《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》是河北煤炭科學研究院於2015年4月16日申請的發明專利，該專利的申請號為2015202296965，公布號為CN204716292U，授權公布日為2015年10月21日，發明人是劉建功、李玉寶、啜曉宇、趙立松、孫新博、孟凡嶺、王丹，該發明涉及井下監控裝置或系統技術領域。
《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》所述採集系統包括若干個檢波器、若干個採集分站、若干個子交換機、集團核心交換機以及監控中心主伺服器，所述檢波器布置於井下的相應鑽孔內，若干個檢波器構成一組，每組檢波器通過電纜與一個採集分站連線，採集分站布置於不同的礦井內，每個採集分站對應一個子交換機，每個交換機通過光纖與對應的井下環網連線，井下環網與採集分站通過光纖連線，若干個子交換機與集團核心交換機之間通過有線網路或無線網路進行數據傳輸，集團核心交換機與監控中心主伺服器之間通過有線網路進行數據傳輸。所述採集系統具有成本低、數據分析準確、可靠的特點。
2019年9月29日，《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
（概述圖為《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統
- 公布號：CN204716292U
- 公布日：2015年10月21日
- 申請號：2015202296965
- 申請日：2015年4月16日
- 專利權人：河北煤炭科學研究院
- 地址：河北省邢台市團結西大街126號
- 發明人：劉建功、李玉寶、啜曉宇、趙立松、孫新博、孟凡嶺、王丹
- Int.Cl.：E21F17/00(2006.01)I、G01V1/16(2006.01)I、G01V1/22(2006.01)I
- 代理機構：石家莊國為智慧財產權事務所
- 代理人：米文智
- 類別：實用新型專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
常規監測一般採用“一礦一系統”相對獨立的工作模式，井下數據採集、地面數據分析都在一個礦進行，如圖1所示。井下檢波器接收到信號，通過專用電纜傳輸到井下採集分站，採集分站通過光纖傳輸到礦井地面監控室，由監控室技術人員進行分析、處理，如圖2所示。這種工作模式具有操作簡便、易於管理、工作效率較高等優點，但同時也存在如下不足：
（1）作為一種精密監測設備，整套設備造價一般在三、四百萬元以上，“一礦一系統”成本明顯偏高，既造成礦井經濟負擔過重，也影響該技術推廣；
（2）受人員素質、技術能力等所限，專業技術人員缺乏，後續數據分析工作跟不上，許多礦井儘管安裝了微震監測系統，但使用效果並不明顯，系統先進的技術功能未能完全發揮；
（3）系統主伺服器本身具有強大的擴充功能，一個主伺服器至少具有256道容量（根據實際需要還可進一步擴充），可連線256個檢波器，一個礦所能布置的檢波器總數一般只有幾十個，“一礦一系統”模式制約了系統硬體功能的擴充。
2015年4月前，中國國內常用的微震監測網路，都是將單個礦井作為一個相對獨立的完整監測單元，每一個礦井地面都配備一台主伺服器，微震數據處理都在本礦井完成。每個礦井主伺服器再通過物聯網系統，將監測處理結果傳輸到監測監控中心。這種數據傳輸模式也可稱後置式傳輸模式，實質上只起到對監測結果的集中顯示、管理、調度作用。
發明內容
專利目的
《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》所要解決的技術問題是提供一種基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統，所述採集系統具有成本低、數據分析準確、可靠的特點。
技術方案
《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》特徵在於：所述採集系統包括若干個檢波器、若干個採集分站、若干個子交換機、集團核心交換機以及監控中心主伺服器，所述檢波器布置於井下的相應鑽孔內，若干個檢波器構成一組，每組檢波器通過電纜與一個採集分站連線，採集分站布置於不同的礦井內，每個採集分站對應一個子交換機，每個交換機通過光纖與對應的井下環網連線，井下環網與採集分站通過光纖連線，若干個子交換機與集團核心交換機之間通過有線網路或無線網路進行數據傳輸，集團核心交換機與監控中心主伺服器之間通過有線網路進行數據傳輸。
進一步優選的技術方案在於：所述無線網路為3G/4G無線網路。
進一步優選的技術方案在於：所述檢波器包括三軸檢波器和單軸檢波器，三軸檢波器與單軸檢波器相間布置於鑽孔內。
進一步優選的技術方案在於：單軸檢波器布置在下斜鑽孔內，鑽孔傾角-15°～-30°，三軸檢波器布置在水平鑽孔或上斜鑽孔內，鑽孔傾角0°～+30°。
進一步優選的技術方案在於：所述鑽孔的孔深在4米-20米之間。
有益效果
《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》將採集系統前移，多個礦井共用一台主伺服器，每個礦井只配置井下數據採集系統即可，井下監測數據通過物聯網直接傳輸到監控中心主伺服器，傳輸的是原始數據，礦井只是一個數據採集站，數據分析、處理都由監控中心主伺服器完成。既能充分發揮監控中心專業技術人員資料分析處理技術優勢，又可充分發揮一台主伺服器的龐大處理功能，每個礦作為一個監測單元只需配備一套井下數據採集系統，無需配備專門資料分析人員和主伺服器、電腦、分析軟體等設備，設備投資和人力資源成本下降。同時，由於傳輸的是原始數據，避免了礦井非專業人員處理可能造成的有效信息遺漏、誤判，因此，資料分析解釋的可靠性大幅提高。
附圖說明
圖1是2015年4月前已有技術中單礦井微震監測系統；
圖2是2015年4月前已有技術中傳統後置式傳輸模式多礦井微震監測系統；
圖3是《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》的原理框圖。
權利要求
1.《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》特徵在於：所述採集系統包括若干個檢波器、若干個採集分站、若干個子交換機、集團核心交換機以及監控中心主伺服器，所述檢波器布置於井下的相應鑽孔內，若干個檢波器構成一組，每組檢波器通過電纜與一個採集分站連線，採集分站布置於不同的礦井內，每個採集分站對應一個子交換機，每個交換機通過光纖與對應的井下環網連線，井下環網與採集分站通過光纖連線，若干個子交換機與集團核心交換機之間通過有線網路或無線網路進行數據傳輸，集團核心交換機與監控中心主伺服器之間通過有線網路進行數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統，其特徵在於：所述無線網路為3G/4G無線網路。
3.根據權利要求1所述的基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統，其特徵在於：所述檢波器包括三軸檢波器和單軸檢波器，三軸檢波器與單軸檢波器相間布置於鑽孔內。
4.根據權利要求3所述的基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統，其特徵在於：單軸檢波器布置在下斜鑽孔內，鑽孔傾角-15°～-30°，三軸檢波器布置在水平鑽孔或上斜鑽孔內，鑽孔傾角0°～+30°。
5.根據權利要求1所述的基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統，其特徵在於：所述鑽孔的孔深在4米-20米之間。
實施方式
如圖3所示，《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》所述採集系統包括若干個檢波器、若干個採集分站、若干個子交換機、集團核心交換機以及監控中心主伺服器。所述檢波器布置於井下的相應鑽孔內，若干個檢波器構成一組，每組檢波器通過電纜與一個採集分站連線，採集分站布置於不同的礦井內，每個採集分站對應一個子交換機，每個交換機通過光纖與對應的井下環網連線，井下環網與採集分站通過光纖連線，若干個子交換機與集團核心交換機之間通過有線網路或無線網路進行數據傳輸，集團核心交換機與監控中心主伺服器之間通過有線網路進行數據傳輸。
布置方法及工作原理：首先，根據工程目的對礦井A井下監測系統進行專門設計，施工井下鑽孔，每個鑽孔中布置1個檢波器，各個檢波器通過電纜連線到井下採集分站A，組成礦井井下監測子系統A。採集分站A通過光纖與井下環網相連，通過礦井A的子交換機接入企業集團物理網路，到集團核心交換機，再由集團核心交換機傳輸數據到監控中心主伺服器，由專業人員進行分析、處理，實現系統的監測預警功能。
與常規後置式傳輸模式相比，《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》將採集系統前移，多個礦井共用一台主伺服器，每個礦井只配置井下數據採集系統即可，井下監測數據通過物聯網直接傳輸到監控中心主伺服器，傳輸的是原始數據，礦井只是一個數據採集站，數據分析、處理都由監控中心主伺服器完成。既能充分發揮監控中心專業技術人員資料分析處理技術優勢，又可充分發揮一台主伺服器的龐大處理功能，每個礦作為一個監測單元只需配備一套井下數據採集系統，無需配備專門資料分析人員和主伺服器、電腦、分析軟體等設備，設備投資和人力資源成本下降。同時，由於傳輸的是原始數據，避免了礦井非專業人員處理可能造成的有效信息遺漏、誤判，因此，資料分析解釋的可靠性大幅提高。
井下監測系統布置一般採用環繞式布置方式，以監測目標區域為中心，沿周圍巷道均勻布置檢波器，相鄰檢波器間距一般100米-200米，三軸檢波器與單軸檢波器相間布置。單軸檢波器一般布置在下斜鑽孔內，鑽孔傾角-15°～-30°，三軸檢波器一般布置在水平鑽孔或上斜鑽孔內，鑽孔傾角0°～+30°。檢波器埋設深度要求避開巷道鬆動圈破壞範圍，孔深一般在4米-20米之間，並與圍岩緊密接觸。檢波器空間位置儘量不在一個水平面或一個岩層層位，形成一個空間、立體監測網路。
各個檢波器監測到的微震信號通過井下採集分站，進入井下環網，通過礦井子交換機傳輸到集團核心交換機，再傳輸到監測監控中心，進入主伺服器，由專業人員進行分析、處理，實現系統的監測預警功能。對於企業集團物理網路缺乏或獨立礦井，可藉助於3G/4G基站通過網際網路實現數據的實時遠程傳輸。
針對常規微震設備自身要求主伺服器與井下採集分站IP段必須一致問題，通過在子公司子交換機進行硬設，可以順利實現跨網路、跨地區傳輸。
榮譽表彰
2019年9月29日，《基於物聯網的前置式井下微震數據採集系統》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
