本發明涉及礦山安全，尤其涉及一種煤礦礦震監控的動態控制系統及方法。

背景技術：

1、煤礦開采過程中，礦震是由采礦活動引發的一種地質動力現象，具有突發性、破壞性和不可預測性，礦震不僅可能導致礦井巷道塌方、設備損毀，還會對礦工生命安全構成嚴重威脅，目前的礦震監控系統通常依賴于單一類型傳感器或簡單的靜態分析方法，無法全面捕捉礦震波的傳播特性和動態變化，同時，由于礦井環境復雜，傳統監控技術在震源定位、震級評估以及風險響應等方面存在較大局限性，難以形成有效的動態控制機制。

2、現有技術在應對礦震時存在以下主要問題：第一，傳感器網絡部署不足，無法實現礦井全覆蓋監測，尤其是復雜巖層中的信號采集不完整；第二，礦震波傳播模型的構建方法過于簡單，未能充分考慮巖層的非均質性和各向異性，導致震源定位和震級計算精度不高；第三，現有系統缺乏基于震級和震源位置的動態風險評估和響應機制，導致礦震發生后的控制指令生成與執行缺乏針對性和時效性。因此，迫切需要一種能夠集成多種技術手段，精準監測礦震事件、動態評估風險并高效實施控制的煤礦礦震監控與動態控制系統，以保障煤礦生產安全。

技術實現思路

1、基于上述目的，本發明提供了一種煤礦礦震監控的動態控制系統及方法。

2、一種煤礦礦震監控的動態控制系統，包括礦震信號采集模塊、礦震波傳播建模模塊、礦震識別模塊、風險預警與響應模塊以及動態控制執行模塊；其中：

3、礦震信號采集模塊：用于采集煤礦深井處的震動波形數據、應力分布數據及溫度變化數據，并將采集的數據傳輸至礦震波傳播建模模塊；

4、礦震波傳播建模模塊：基于礦震信號采集模塊傳輸的數據，建立礦震波傳播模型，用于分析礦震波的傳播路徑、能量衰減規律和反射特性，并生成礦震波傳播特性數據，傳輸至礦震事件識別模塊；

5、礦震識別模塊：基于礦震波傳播特性數據，識別出震源位置和震級大小，并將識別結果傳輸至風險預警與響應模塊；

6、風險預警與響應模塊：用于根據震級大小生成風險等級，并根據風險等級生成對應的控制指令，并傳輸至動態控制執行模塊；

7、動態控制執行模塊：用于接收風險預警與響應模塊傳輸的控制指令，并根據控制指令執行礦井相關控制操作。

8、可選的，所述礦震信號采集模塊包括傳感器部署單元、數據采集單元以及數據處理單元；其中：

9、傳感器部署單元：用于在煤礦深井的監測區域布設多個傳感器節點，每個節點包括震動傳感器、應力傳感器和溫度傳感器，所述傳感器節點通過固定支架或嵌入式安裝方式固定在礦井巖壁表面；

10、數據采集單元：與傳感器部署單元連接，用于從傳感器節點接收采集的實時數據；其中，震動傳感器用于采集礦震動波形數據，包括振幅、頻率及傳播方向；應力傳感器用于采集礦井巖層內部的應力分布數據；溫度傳感器用于采集巖層溫度變化數據；同時實時記錄礦震波的傳播路徑和能量衰減信息；

11、數據處理單元：用于對數據采集單元采集的數據進行初步處理，包括去除無效信號、數據歸一化及格式轉換，并將初步處理后的數據打包為統一格式后傳輸至礦震波傳播建模模塊。

12、可選的，所述礦震波傳播建模模塊包括傳播路徑建模單元、模型構建單元、模型校正單元以及特性分析單元；其中：

13、地質參數獲取單元：用于采集礦井巖層的地質參數，包括巖層厚度、密度、彈性模量和波速；

14、模型構建單元：基于數據處理單元輸出的數據和地質參數獲取單元采集的地質參數，利用有限差分法建立礦震波傳播模型，模擬礦震波的傳播路徑、衰減規律和反射特性；

15、模型校正單元：用于對礦震波傳播模型進行校正，基于歷史礦震事件數據和實時記錄的信息，對模型參數進行調整，所述歷史礦震事件數據包括震源位置、震級大小、波形特征和傳播路徑；

16、特性分析單元：用于利用校正后的傳播模型，分析礦震波的傳播路徑、能量衰減規律和在不同巖層界面上的反射特性，生成礦震波傳播特性數據。

17、可選的，所述模型構建單元包括：

18、建立礦震波動方程：基于彈性動力學理論，礦震波在巖層中的傳播行為通過波動方程進行描述；

19、離散化波動方程：采用有限差分法對波動方程進行離散化處理，將連續的時間和空間變量轉換為離散的時間步長和空間網格；

20、迭代計算傳播路徑：基于離散化后的波動方程，構建礦震波傳播模型；具體在每個時間步上，利用當前和先前時間步的位移數據，計算下一個時間步各網格點的位移；通過反復迭代，模擬礦震波在巖層網格中的傳播路徑和動態行為，完成礦震波傳播模型的初步構建。

21、可選的，所述模型校正單元包括：

22、數據獲?。韩@取歷史礦震事件數據，同時從礦震信號采集模塊中獲取實際記錄的礦震波傳播路徑和能量衰減信息，作為校正的基準數據；

23、建立誤差關系：對比礦震波傳播模型的計算值與實際監測值，將二者之間的差異定義為誤差；

24、分析誤差：通過敏感性分析方法，確定礦震波傳播模型參數對誤差的影響程度；

25、調整模型參數：根據分析結果，調整礦震波傳播模型中的參數；

26、迭代校正模型：重復誤差分析和調整模型參數的步驟，直至模型計算結果與實際監測結果的誤差降低到預定范圍。

27、可選的，所述礦震事件識別模塊包括震源定位單元和震級計算單元；其中：

28、震源定位單元：用于根據礦震波傳播特性數據，結合傳感器節點的位置坐標和信號到達時間差，通過三角測量法計算震源的空間位置坐標；

29、震級計算單元：用于根據礦震波的能量衰減特性計算震級大小。

30、可選的，所述震級計算單元具體包括：

31、接收數據：接收礦震波能量衰減數據，包括各傳感器的振幅和傳播路徑長度；

32、計算震源初始振幅：根據能量衰減規律，利用多個傳感器的振幅和傳播路徑數據反推出震源的初始振幅，公式為：；反解得：，其中，為第個傳感器處的振幅；為巖層的能量衰減系數；為震源到傳感器的傳播路徑長度；

33、計算震級大?。焊鶕鸺売嬎愎?，將震源初始振幅轉化為震級大小，公式為：，其中，為礦震的震級大小；為修正系數。

34、可選的，所述風險預警與響應模塊包括風險評估單元和控制指令生成單元；其中：

35、風險評估單元：用于根據震級大小生成礦震風險等級，將風險等級分成三級，包括低風險等級、中風險等級和高當風險等級

36、控制指令生成單元：用于根據風險等級生成對應的控制指令；

37、當風險等級為低時，生成預警指令，包括發送通知并建議巡查重點區域；

38、當風險等級為中時，生成部分控制指令，包括疏散人員或停運設備；

39、當風險等級為高時，生成全面控制指令，包括人員全面疏散、礦區全面停運以及觸發應急燈光和聲光報警。

40、可選的，所述動態控制執行模塊包括設備控制單元、區域隔離單元和應急響應單元；其中：

41、設備控制單元：用于接收控制指令生成單元生成的控制指令，控制礦井內設備的運行狀態；

42、所述設備控制單元包括：

43、設備識別與選擇子單元：用于根據控制指令識別需要停運的設備類型和具體設備編號，設備類型包括采掘設備、運輸設備和提升設備；

44、設備停運執行子單元：用于通過控制接口向設備的遠程控制系統發送停運信號，逐步停止設備運行；

45、區域隔離單元：用于接收區域封閉指令，對礦井預定區域進行隔離；

46、所述區域隔離單元包括：

47、隔離區域確認子單元：用于根據控制指令中指定的震源附近區域或受影響區域，確認需封閉的礦井區域范圍；

48、隔離設備啟用子單元：用于控制區域內的隔離門、閘門和通風擋板設備，逐一啟動封閉操作，形成物理隔離屏障，阻止人員和設備進入危險區域；

49、應急響應單元：用于接收應急響應指令，包括人員疏散、應急燈光觸發及聲光報警；

50、應急響應單元包括：

51、人員疏散指引子單元：用于通過礦井內的廣播系統和照明系統向人員發布疏散指令，并引導至安全出口；

52、聲光報警觸發子單元：用于激活聲光報警裝置，通過持續警報提醒礦井內所有人員撤離至安全區域。

53、一種煤礦礦震監控的動態控制方法，由上述的一種煤礦礦震監控的動態控制系統實現，包括以下步驟：

54、s1：在煤礦深井部署多個傳感器節點，采集礦震波形數據、應力分布數據和溫度變化數據；并進行數據清洗和格式轉換處理；

55、s2：基于s1中處理后的數據，結合礦井地質參數，采用有限差分法建立礦震波傳播模型，用于分析礦震波的傳播路徑、能量衰減規律和反射特性，并生成礦震波傳播特性數據；

56、s3：基于s2生成的礦震波傳播特性數據，確定震源的空間位置和震級大??；

57、s4：根據震級大小，評估礦震事件的風險等級；風險等級分為低、中、高，并根據風險等級生成對應的控制指令；

58、s5：根據s4生成的控制指令，執行礦井相關控制操作，確保礦井安全運行。

59、本發明的有益效果：

60、本發明，通過引入多類型傳感器網絡和信號處理技術，能夠全面采集礦井中的震動波形、應力分布及溫度變化數據，結合有限差分法建立礦震波傳播模型，精準模擬礦震波的傳播路徑和能量衰減規律，相比現有技術，實現了對震源位置和震級大小的高精度識別，為礦震風險的動態評估提供了可靠的數據支持，有效解決了傳統技術中監測覆蓋不足、建模精度低的問題。

61、本發明，通過震級大小和震源位置的綜合評估，動態生成不同等級的風險響應策略，包括預警、疏散和設備停運等具體措施，實現了礦震事件從監測到響應的閉環控制，能夠顯著提升礦井安全管理的時效性和精準度，降低礦震對人員和設備的潛在威脅。