突出与冲击监测Word文档格式.docx
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(a)原煤电磁辐射信号强度(幅值)与载荷间关系(b)原煤的电磁辐射脉冲数与载荷间关系
图1电磁辐射与载荷间关系
图2煤岩破坏过程中原始信号图3声发射与电磁辐射相互关系
对电磁辐射的频谱分析表明,含瓦斯煤岩变形破裂过程中的电磁辐射是频谱很宽的脉冲信号,而且电磁辐射的频谱随着载荷及变形破裂强度的增加而增高。
电磁辐射主要源于受载煤岩体产生的非均匀变速形变引起的诱导极化及变形破裂过程中产生的带电粒子变速运动。
瓦斯对电磁辐射有影响。
一方面,瓦斯的存在,使煤岩体强度降低,变形破裂过程增强,因而使电磁辐射的强度及脉冲数增加,且瓦斯的吸附性越强,瓦斯压力越大,这种效应越显著;
另一方面,瓦斯在煤岩体中的流动,除了冲击煤岩体孔隙裂隙表面外,还会在煤岩体裂隙表面引起流动电势,产生电磁辐射,并且瓦斯压力越大,冲击越强烈,瓦斯在煤体中的流速越高,电磁辐射信号越强。
电磁辐射的强度和脉冲数可作为预测预报含气煤岩材料变形及破裂过程的动态监测指标,二者缺一不可。
上述实验和理论研究为预测煤与瓦斯动力灾害现象技术及应用提供了坚实的技术基础。
第二节电磁辐射法预测煤岩瓦斯动力灾害原理
根据煤岩流变破坏电磁辐射特性及规律,提出了利用煤岩流变破坏电磁辐射特性监测煤岩流变破坏过程及非接触式预测煤与瓦斯突出、冲击地压(岩爆)等煤岩动力灾害危险性的技术方法。
掘进或回采空间形成后,工作面煤体失去应力平衡,处于不稳定状态,煤壁中的煤体必然要发生变形或破裂,以向新的应力平衡状态过渡;
煤体中的瓦斯也失去动态平衡,在瓦斯压力梯度的作用下,沿煤体中的裂隙向工作面空间涌出,这两种过程均会引起电磁辐射。
由松驰区域到应力集中区,应力及瓦斯压力越来越高,因此电磁辐射信号也越来越强。
在应力集中区,应力和瓦斯压力达最大值,因此煤体的变形破裂过程也较强烈,电磁辐射信号最强。
进入原始应力区,电磁辐射强度将有所下降,且趋于平衡。
采用非接触方式接收的信号主要是松驰区和应力集中区中产生的电磁辐射信号的总体反映(叠加场)。
电磁辐射和煤的应力状态及瓦斯状态有关,应力高、瓦斯压力大时电磁辐射信号就强,电磁辐射频率就高,应力和瓦斯压力越高,则突出危险越大。
电磁辐射强度和脉冲数两个参数综合反映了煤体前方应力的集中程度和瓦斯压力的大小,因此可用电磁辐射法进行突出预测。
第三节电磁辐射技术的应用
在徐州矿务集团三河尖矿,平顶山煤业(集团)有限公司八矿、十矿,焦作矿务局朱村、位村、韩王矿,金牛集团有限责任公司、新汶矿业集团华丰矿等局矿进行了电磁辐射法预测含瓦斯煤岩动力灾害的推广应用。
有突出危险时,工作面煤体电磁辐射信号强度(E)较强,超过设定的临界值60,脉冲数(N)较高,超过设定的临界值100且有向上增长的趋势,见图4。
没有突出危险工作面煤体电磁辐射信号较弱,脉冲数较低,见图5,均低于临界值。
对于没有动力灾害危险的煤层,工作面煤体的电磁辐射信号非常弱,脉冲数几乎为零。
图6为某工作面发生冲击地压前后电磁辐射变化情况。
因此可用电磁辐射法对煤与瓦斯突出、冲击地压进行预测。
有灾害危险时,电磁辐射强度和脉冲数超过临界值,采取卸压爆破措施后,电磁辐射强度和脉冲数大幅度降低,低于临界值。
图7为某工作面测试结果,17日夜班测试超过临界值,工作面停采,早班测试也超过临界值且有增大趋势,此时已达到相当危险的状态。
早班工作面采取了卸压爆破措施。
采取措施后,中班进行测试,结果表明电磁辐射幅值大幅度下降,低于临界值,说明防治效果明显。
因此,可以用电磁辐射方法检验防治措施的效果。
(a)电磁辐射强度(b)电磁辐射脉冲数变化
图4有突出危险时测试结果
(a)电磁辐射强度(b)电磁辐射脉冲数变化
图5没有突出危险时测定结果
图6华丰矿3月9日冲击地压前后电磁辐射变化规律
图7有灾害危险采取防治措施前后电磁辐射幅值变化情况
在采用电磁辐射法监测工作面煤层突出危险性的同时,用常规预测方法进行了预测。
监测结果表明,电磁辐射强度和电磁辐射脉冲数与钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑瓦斯解吸指标间基本上呈正相关。
钻孔瓦斯涌出初速度或钻屑瓦斯解吸指标大的地方,电磁辐射强度或脉冲数也较大(见图8所示)。
可见,用电磁辐射法可以取代现行常规煤与瓦斯突出预测方法。
(a)钻孔瓦斯涌出初速度测定结果(b)钻屑瓦斯解吸指标h2测定结果
(c)电磁辐射脉冲数测定结果(d)电磁辐射强度部分测定结果
图8电磁辐射与钻孔瓦斯涌出初速度间的关系
第三章电磁辐射监测仪功能原理
第一节工作原理
工作原理框图见图9所示。
图9原理框图
第二节功能特点
功能特点
✧电磁辐射技术及监测仪实现了非接触、定向、区域及连续预测。
✧信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成。
✧监测仪具有人机对话、远程PC机(上位机)控制(或本地键盘控制)、定向接收、数据处理、数据存储、数据查询和报警等功能。
使用范围
✧矿山冲击地压的预测预报
✧煤与瓦斯突出的预测预报
✧其它煤岩动力灾害现象的预测预报
✧矿井采掘工作面前方应力状态的监测
第三节主要技术参数
✧频率带宽:
宽频带
✧测试方式:
非接触式定向测试
在固定地点连续测试/按给定组数(或时间)或便携式多点测试
✧控制方式:
远程控制(小于10km)/键盘控制
✧有效预测距离:
7~22m,最大50m
✧报警方式:
手动设置预警临界值,超限自动报警
✧工作电压:
120.5V
✧电源:
内置可充电电源,可工作8小时,电压在子菜单(MENU3)下显示,不足(低于11V)时接收机会自动报警提示;
也可使用外部电源
✧工作电流:
不大于500mA
✧防爆型式:
ExibI,矿用本安型
✧数据保留时间:
断电保持,直至复位格式化
✧键盘:
防尘防水触摸式
变量:
通过键盘上“菜单”键、“选择”键、“加减”键和“100”、“10”、“1”数字键进行设定,也可在PC中通过设置子菜单“通信参数”进行设置并传送给接收机。
✧FDBS:
放大倍数,1~50可调,对于某矿已设定为一定值
✧MXZ:
门限值,0~512可调,对于某矿为一定值,用于统计脉冲数和电磁辐射强度的平均值
✧ZS:
测试组数,10~14400可调,组数为0时为实时不间断监测
✧E_BJZ:
电磁辐射强度极大值报警值,20~512,对于某矿为一定值
✧N_BJZ:
电磁辐射脉冲数报警值,1~32767,或32k~375k,对于某矿为一定值
✧BAUD:
波特率,300和19200,通过“加/减”键可调,缺省值为300,便于远程控制及监测;
短程通讯时可设置为19200,传送速度较快
按给定组数(或给定时间)测试时:
✧最小测试组数:
10,测试10S;
最大测试组数:
14400,测试时间4h
✧最大测试组数:
230
第四章电磁辐射监测仪的使用方法
第一节使用环境
适用于在矿山井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所及地面上电磁干扰较弱的地方。
✧环境温度:
-0℃~+40℃
✧相对湿度:
≤95%
✧振动:
不大于20m/s2
✧无腐蚀性气体
第二节仪器组成及面板介绍
仪器组成
✧组件
全套仪器包括接收机(监测仪、下位机)、高灵敏度宽频带定向接收天线、充电器、数据转换接口装置、短程通讯电缆及KBD5-1电磁辐射监测及数据处理软件等。
✧接收机前面板结构见图10
接收机及天线尺寸
接收机尺寸:
l×
b×
h,224×
238×
98mm;
天线尺寸:
φ70×
300mm
接收机重量:
2.5Kg。
图10KBD5电磁辐射监测仪面板
接收机接口
✧“电源”:
接外部关联电源或充电器
✧“天线”:
接接收天线
✧“通讯”:
接远程通讯电缆或RS232通讯电缆
接收机开关
✧“开关”:
为电源开关,开的方向为电源开,关的方向为关闭电源
变量或词语解释
✧SelectMenu!
:
请选择菜单
✧MENU:
菜单
✧Date:
日期,格式为年月日
✧Time:
时间,格式为时分秒。
日期和时间由PC机“传送参数”时隐含传送
✧Start:
开始按设定组数测试
✧SSCJ:
对于本机,暂不用
✧KSPS:
开始显示批数
✧KSZS:
开始显示组数
✧ZDZS:
该批测试数据的最大组数
✧Display:
开始显示,在菜单4(MENU4)下,按“开始”键从设定批数和组数开始显示
✧PS:
按设定组数测试一次为1批
✧Emax:
电磁辐射强度的极大值
✧Eavg:
电磁辐射强度的平均值
✧N:
电磁辐射的脉冲数值
✧DC=12.0V:
表示电源电压,电压不足时,监测仪提示并响铃。
接收机面板按键
用键盘可设置参数及控制接收机的工作
✧“菜单”:
选择菜单1(MENU1)~菜单4(MENU4),循环切换。
✧“选择”:
在某一菜单下,选择项目,便于对该项目进行操作,选中的项目右侧显示“□”,循环切换。
✧“加/减”:
当菜单右上角出现“+”或“-”号,按“加/减”键选择变号,循环切换,用于对选中的数字变量进行调整;
也可对BAUD进行切换。
✧“复位”:
在任意屏幕下,连续2次“复位”键,出现提示符:
“RESET?
”,按“复位”键,系统复位,存储器格式化,数据丢失,出现提示符后,按“菜单”键或其它键则不进行复位。
“复位”键谨慎使用,以免测试数据非正常丢失。
在其它菜单上,按1次“复位”键则回到主屏幕;
监测仪工作(监测、通讯、显示)过程中,按1次“复位”键停止工作。
✧“100”、“10”、“1”:
数字键,为数字变量的增量。
当设定N_BJZ或ZS时,增量为10倍,即每按一次键增量为键值×
10;
设定其它变量时,增量为按键值。
✧“开始”:
当在菜单3(MENU3)下进行监测或数据实时采集(选中SSCJ!
),或在菜单4下进行数据查询显示时,按“开始”键开始。
在其它菜单下按“开始”键,进入MENU3。
第三节安装使用
3.1便携式监测
3.1.1准备工作
3.1.1.1接收机时间设置:
开机,观察接收机屏幕上显示的日期和时间是否正确,如不正确,在PC机中运行KBD5-1软件,打开串口或在选项中选择串口,用鼠标点击“通信”菜单下“通信参数”子菜单,按下“传送参数”按钮,传送参数完毕后接收机中的日期和时间即与PC机中的日期和时间同步。
3.1.1.2将接收机及天线带入井下预测地点。
3.1.1.3用固定可伸缩可旋转支架固定好天线,或将天线用软皮包吊挂。
天线开口朝向含气煤岩砼的被监测区域,使天线的轴向垂直于被测煤岩砼的外表面,天线置于被测区域的中心,距离煤岩体表面小于2米。
注意:
接收机及天线周围5米内禁止机械工作,应避开动力电缆2米以上,天线周围1米内不得有人员。
3.1.1.4将天线引线(同轴屏蔽电缆)末端的2芯插头接入接收机“天线”接口并拧紧。
3.1.1.5使用外部电源时,电源由橡胶电缆接到接收机“电源”接口上并拧紧。
3.1.2开机
将“开关”拨到开的位置,开机。
屏幕上显示:
3.1.3参数设定
初始化(监测仪复位)及参数设定最好在上次传输数据结束后由PC机控制及传输,尽可能少用键盘控制,减少对键盘的磨损。
在“通信”菜单下按“监测仪复位”即可使监测仪初始化,之后可将测试参数传送给监测仪,准备好下次测试。
注意远程传送数据时,一定要将波特率设定为300。
每次初始化后,参数设定为缺省值。
初始化前,仪器参数保持为设定值,直到改变设定或初始化为止。
3.1.3.1FDBS(放大倍数,初始化后缺省值为1)
选择MENU1,选中FDBS(缺省方式已选中,“□”指向FDBS),通过“加/减”键和数字增量键进行调整。
对于某一台接收机,内部已将放大倍数设为固定值,外部设置无效。
3.1.3.2MXZ(门限值,初始化后缺省值为120)
选择MENU1,选中MXZ,使“□”指向MXZ,通过“加/减”键和数字增量键进行调整。
3.1.3.3ZS(测试组数,初始化后缺省值为120)
选择MENU1,选中ZS,使“□”指向ZS,通过“加/减”键和数字增量键进行调整。
设定ZS和N_BJZ,增量为键值的10倍。
3.1.3.4E_BJZ(电磁辐射强度极大值报警值,初始化后缺省值为不报警)
选择MENU2,选中E_BJZ,使“□”指向E_BJZ,通过“加/减”和数字增量键进行调整。
3.1.3.5N_BJZ(电磁辐射脉冲数报警值,初始化后缺省值为不报警)
选择MENU2,选中N_BJZ,使“□”指向N_BJZ时,通过“加/减”键和数字增量键进行调整。
设定ZS和N_BJZ时,增量为键值的10倍。
3.1.3.6BAUD(波特率,初始化后缺省值为300)
选择MENU2,选中BAUD,使“□”指向BAUD,通过“加/减”键在300和19200之间进行切换。
3.1.4测试
开机预热1分钟后,选择MENU3,选中Start!
(缺省方式为“□”指向Start!
),按“开始”键开始测试(在其它菜单下按“开始”键,进入MENU3;
在菜单4下按“开始”键开始数据显示)。
当测试数据超过设定的报警临界值时,仪器报警。
在采样过程中按下“复位”键即可停止测试或采样。
3.1.5数据查询
测试结束后,选择MENU4,设定KSPS(开始显示批数)和KSZS(开始显示组数),按下“开始”键,从给定的批数和组数开始显示数据,数据显示结束前,按任意键可结束查询显示。
3.1.6数据通讯
测试完成后,可将测试数据传入PC机,在PC机中进行数据或图形显示。
通讯方式有两种,一是将接收机带到井上,通过短程通讯电缆快速传输到PC机中,传输波特率可设置为19200;
二是将井下或现场的接收机通过远程通讯电缆或无源电话线及“数据转换接口装置”与PC机连接,进行通讯,其优点是不用将接收机带到井上,避免对接收机的碰撞,但此种方式的传输速率较低。
两种通讯方式在PC机中的操作基本相同,只是远程通讯的波特率必须为300。
在KBD5-1软件中“通信”菜单上,选择子菜单“测试一批”中的“接收数据”即可完成数据传输。
3.1.7数据的图表显示
测试数据传送到PC机中后,可以用图或表的方式显示,并可通过鼠标(或左、右方向键)移动图形上面的标示查看不同时刻的曲线图。
每幅图的点数和纵坐标可通过“选项”菜单中“数据显示”选项卡进行设置。
可通过选择表格右上方的“请选择表”中的表名来选择要显示的批数。
在图形上方有一文字框,可输入文字串,如连接标记(便于按时间进行连接,进行动态分析)等情况。
3.1.8图表的打印
数据在屏幕上显示后,通过“文件”菜单中“打印数据列表”可打印选定的数据表。
也可通过“文件”菜单中“打印图表”打印显示图形。
3.2远程控制与监测
对于固定监测区域,可采用远程控制与监测。
3.2.1准备工作
3.2.1.1用固定可伸缩可旋转支架固定好天线,或将天线用绳索悬吊。
天线开口朝向含气煤岩砼的被监测区域,使天线的轴向平行于被测煤岩砼的外表面,天线置于被测区域的中心,距离煤岩体表面小于2米。
3.2.1.2将天线引线(同轴屏蔽电缆)末端的2芯插头接入接收机“天线”接口并拧紧。
3.2.1.3将电源由矿用橡胶电缆通过4芯插头接到接收机“电源”接口上并拧紧。
3.2.1.4将远程通讯专用的电缆或电话线上的5芯接头接到“通讯”接口上,地面上则通过“数据转换接口装置”与PC机连接。
3.2.2开机
参数设定控制及监测可通过操作地面上PC机中的KBD5-1电磁辐射监测及数据处理软件完成。
3.2.3参数设定及传送
进入KBD5-1软件后,在“通信”菜单下,选择“通信参数”子菜单,设定好参数(注意:
远程控制及监测时,波特率必须为300)后,按“传送参数”按钮,当“通信参数”子菜单屏幕下方状态栏提示“参数传送完毕”,在接收机中显示“JSSJJS!
”即可。
3.2.4测样(或采样)
新建库文件名和表名后,在“通信”菜单下,选择“实时监测”子菜单中的“开始实时监测”即可开始长时间实时监测。
在“通信”菜单下,选择“实时监测”子菜单中的“停止实时监测”即可停止测试。
该软件的另一远程控制及测试功能是,按照参数设备中给定的组数进行测试一批或多批。
具体操作为:
新建库文件名和表名后,在“通信参数”中设置好测试组数和波特率(300)等参数后,传送给接收机;
在“通信”菜单下,选择“测试一批”子菜单中的“开始测试”即可开始;
要中途停止测试时,在“通信”菜单下,选择“测试一批”子菜单中的“停止测试”即可。
测试完成后,在“通信”菜单下,选择“测试一批”子菜单中的“接收数据”可将测试数据传送到PC机进一步处理或查看。
3.2.5数据的图表显示
实时监测时,测试数据实时传送到PC机中,并以图或表的方式显示。
每幅图的纵坐标则可通过设置“选项”菜单“数据显示”选项卡中的坐标范围来实现。
第四节软件的安装与使用
4.1微机的要求
硬件要求:
586以上微机,带光驱。
操作系统:
Windows95以上系统。
4.2软件安装
首先在硬盘上建立子目录如KBD5或电磁辐射等。
将安装光盘插入光驱,运行光盘中的setup.exe,按提示进行安装。
在安装过程中该软件如果注册不成功,按“忽略”继续进行即可。
4.3软件使用
4.3.1软件运行
启动Windows,在开始/程序/中选择该软件系统并将其拖到桌面上,以后只要双击桌面上的该软件图标即可运行KBD5-1.exe进入电磁辐射监测及数据处理软件。
4.3.2“文件”菜单操作
“新建库”用于新建库文件名和表名。
接收数据或实时监测前要输入库文件名和表名。
为了便于查找和区别,库文件名和表名可取相同。
注意新建库时不能使用已经存在的数据库,否则易出错;
也尽量不要使用已经存在的数据库,否则数据易混淆。
库文件中存放原始测试数据,表中存放每批测试数据。
如表名为ABC,则ABC-1为第一批测试数据,ABC-2为第二批测试数据。
库文件名要带路径,或通过“浏览”选择子目录。
“打开”用于打开已经存在的数据库。
“列表页面设置”用于打印数据列表时对打印机及页面进行设置。
“打印数据列表”用于打印选定的数据列表。
“打印图表”用于打印曲线图形,也可在其中进行打印机或页面设置。
“数据连接”用于连接同一次或不同次测试中不同批数,形成连接图形。
在“请选择文件夹”中选择库文件所在路径,并双击该子目录;
在“选择库”中选择要连接的库名,并双击或通过“>”导入到“已选择库”中,也可从“已选择库”中通过“<”移走某一数据库;
在“已选择库”中双击要选择的库,从下面的选择框中选择要连接的批数或表名,通过“>”导入“已选择表”中,也可从“已选择表”中通过“<”移去某一表名或批数。
连接同次测试的不同批数或表时,在“已选择库”中双击该库,该库中的表名出现在下面的选择框中,连击“>”即可将所有表名或批数依次添加到“已选择表”中。
在“已选择表”中也可通过用鼠标拖动来改变连接次序。
按下“现在连接”即可连接已经选择的表或批数。
按下“以后连接”后可把要连接的表或批存储到设定的TXT文件中,以后通过“打开”该文件进行连接。
表或批连接好后,可通过选择“文件”菜单中的“打印图表”进行打印,并可在图的上方输入说明文字,如测试日期、测试条件、测试人员等。
选择“数据输出到EXCEL”可将同一次的测试数据导入到EXCEL格式。
文件菜单的其它操作同Windows系统,也可参考KBD5-1帮助系统。
4.3.3“通信”菜单操作
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