ARES5/E地音監(jiān)測探頭的安裝方式優(yōu)化研究

摘 要：文章重點(diǎn)對ARES 5/E地音監(jiān)測系統(tǒng)的探頭在井下的不同安裝方式上進(jìn)行了試驗(yàn)，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，對不同安裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，找到了傳遞信號質(zhì)量較好的安裝方式。

關(guān)鍵詞：地音監(jiān)測；探頭；安裝方式；優(yōu)化研究

引言

ARES 5/E地音監(jiān)測系統(tǒng)是由波蘭EMAG工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院制造的，該系統(tǒng)主要由井下監(jiān)測分站、地面中心站及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器三部分構(gòu)成。胡家河礦于2013年9月份引進(jìn)地音監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測巷道發(fā)生的地音事件，并通過計(jì)算地音事件釋放的能量和頻次，評價(jià)巷道內(nèi)煤巖體動力災(zāi)害危險(xiǎn)性等。

1 研究背景

ARES 5/E地音監(jiān)測系統(tǒng)探頭需要通過螺紋固定在巷道幫部的錨桿上，探頭上螺紋為M20內(nèi)螺紋，需配套使用螺紋為M20的錨桿，且錨桿應(yīng)為全長錨固，巷道回采（掘進(jìn)）50m探頭移動一次。

引進(jìn)該系統(tǒng)初期，胡家河礦井各巷道使用的錨桿螺紋為M20，現(xiàn)在礦井對錨桿型號進(jìn)行了調(diào)整，其螺紋變更為M22，導(dǎo)致地音探頭無法直接固定在錨桿上，影響震動波的接收；為保證震動波傳輸質(zhì)量，需要借助中間接頭進(jìn)行固定。因此，設(shè)計(jì)了1#和2#兩種中間接頭，監(jiān)測探頭安裝方式如圖1和圖2所示，1#中間接頭由一端為M20的外螺紋和另一端為M22的內(nèi)螺紋組成，通過兩種螺紋將探頭和錨桿連接在一起。2#中間接頭由一端為M20的外螺紋和一端使用徑向緊固螺栓組成，中間接頭與M22錨桿通過緊固螺栓夾緊的方式進(jìn)行連接。

2 試驗(yàn)方法

為保證試驗(yàn)的地音探頭具有相同的震動環(huán)境，在礦井401103工作面回風(fēng)巷950m處安裝三個相同型號的地音探頭，探頭間距0.7m，直接安裝于錨桿上的探頭編號D1、使用1#中間接頭的探頭編號為D2、使用2#中間接頭的探頭編號為D3，通過三個探頭在同一時(shí)間段內(nèi)接收到的震動能量和頻次偏差分析使用不同中間接頭接收震動信息受影響程度。為了排除人為影響和偶然出現(xiàn)的較大誤差對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，分別做了三組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)收集24個小時(shí)數(shù)據(jù)，得到客觀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，偏差值較小者為最優(yōu)方案。

3 數(shù)據(jù)分析

通過對收集三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，三個探頭均接收到大量的震動信息，三個探頭接收到的能量與頻次見表1。

通過表1中數(shù)據(jù)可得，能量相差較小。利用以下公式分析偏差：

D2探頭接收能量偏差值得出計(jì)算結(jié)果如表2：D2探頭的綜合偏差值為3.44%，D3探頭的綜合偏差值為7.45%，使用1#中間接頭的D2探頭接收震動信息的偏差值明顯低于使用2#中間接頭的D3探頭，說明使用1#中間接頭時(shí)探頭接收振動波質(zhì)量比使用2#中間接頭接收振動波質(zhì)量好。

4 原因分析

通過分析1#中間接頭和2#中間接頭，發(fā)現(xiàn)其在連接方式上有以下特點(diǎn)：

（1）1#中間接頭使用內(nèi)、外螺紋將探頭與錨桿通過軸向連接，螺紋連接緊固性較好，“探頭—中間接頭—錨桿”之間的連接均為面接觸，緊固性好，震動波在傳播時(shí)衰減較小。

（2）2#中間接頭使用外螺紋與探頭連接，使用緊固螺栓和V型槽通過夾緊的方式連接錨桿。其中“探頭—中間接頭”的接觸為面接觸，接觸面積大，震動波在此傳播時(shí)衰減較小，“中間接頭—錨桿”的接觸為點(diǎn)接觸，接觸面積小，震動波在此傳播時(shí)衰減較大。

通過研究2個中間接頭的連接方式特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)2#中間接頭不但使用了螺紋連接，還使用了點(diǎn)接觸和線接觸的連接方式，振動波從錨桿向探頭傳遞過程中會在接觸點(diǎn)會出現(xiàn)衰減、分流等現(xiàn)象。因此可以斷定接觸點(diǎn)多且方式多樣是導(dǎo)致綜合偏差值偏大的主要原因。

5 結(jié)束語

（1）分析了分別使用兩種中間接頭的兩個探頭的震動數(shù)據(jù)，計(jì)

算出了能量偏差值、頻次偏差值和綜合偏差值。

（2）分析了兩種中間接頭的連接方式和特點(diǎn)，并找到了2#中間接頭綜合偏差值偏大的原因。

（3）通過研究，為胡家河礦井ARES 5/E地音監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測探頭選擇了一種振動波傳輸質(zhì)量較好的安裝方式。

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