摘要：通过对目前广泛使用的有线越界监测系统与本文设计的无线越界监测系统测试结果进行对比，判断无线监测系统计算结果是否在系统允许误差范围之内，确定所设计系统能够准确实现爆破点的震源定位，确定是否有越界开采情况发生。
0 引言
目前，与国外在矿山微震监测方面的应用相比较，国内应用非常少，还没有成型的矿山微震监测定位系统，且煤矿监管部门所使用的监测设备多数无法实现长期远距离在线监测，同时因其是通过有线方法布置传感器节点，不仅加大了人力、物力、财力的投入，也难以有效地保障信号电缆等设备设施可靠安全的工作[1-3]。因此，为了能够便于对矿山井下开采巷道和采掘工作面进行实时监测，判断是否存在越界开采情况，本文提出一套基于无线传感器网络的、检测精度高、适于井下、机动快捷、高可靠性的煤矿越界开采监测方案，进行监测试验。
1 无线越界监测系统方案
开采监测系统分为三级结构:第一级是布置现场的无线传感器网络采集节点，第二级为中心节点，最终连接到第三级用户网络。每个现场采集节点都是一个独立完整的设备，通过单点跟第二级中心站进行数据传输，所以任何一个节点设备故障都不会影响其他各个现场节点与系统的正常工作[4]。
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图1 三级系统框架图
2 无线越界监测系统
在无线越界监测系统方案基础上，进行系统的硬件设计与选型、软件设计：硬件选型与设计，主要包括检波器的选型、信号调理电路结构设计、低通滤波器选型、放大器选型、单片机选型、无线通讯设计、时钟同步设计、供电设计以及其它接口电路设计等，系统硬件连接图如图2所示；软件设计，主要包括数据采集与处理、数字滤波设计、小波去噪设计、无线通讯设计、基于竞争协议的无线数据传输流程设计等，采集的矿震信号和降噪如图3所示。
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3 两种监测系统比较
（1）有线监测系统
有线监测系统的数字采集装置选用的是阿尔泰公司的USB2085数据采集卡和一些外围器件，USB2085的主处理器采用的是美国TI公司的TMS320VC5509A DSP，其主频为144MHz，通过USB与PC机相连，软件是基于LabVIEW平台实现的数据采集控制，如图5-4所示。
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图4 有线监测系统结构图
（2）无线监测系统
本文设计的无线传感器网络监测系统能够在复杂环境的监测区域内实现多路在线同步实时网络监测，可以提供分析的历史数据。硬件核心控制器选用C8051F020，整套系统体积小、架设方便、系统功耗低、无需人员值守、多路数据采集精度高、能够稳定可靠的无线传输数据，无线监测系统试验图如图5-5所示。
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图5 无线监测系统试验图
4 系统测试方法及实验结论
所设计的基于无线传感器网络的煤矿越界开采监测系统中，检波器个数选择及布点规则与震源定位精度有着密切关系。根据煤矿井下采掘工作面参数规格及矿界范围的具体情况。监测点布置时应尽可能的覆盖在整个监测区域，采集节点用于监测的坐标如图5-6所示，节点布点方式采用扇形布设，为了保证检波器与大地紧密耦合，可将其埋置地表以下20cm，监测的炮点位置如图5-6所示。
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图6 监测点和炮点位置
通过对比实际炮点和监测炮点坐标位置表明，所提出的监测系统方法，开展的硬件、软件设计均合理可行，研发的越界开采监测系统能够准确的实现震源定位，准确判断是否有越界开采情况发生，计算结果在误差允许范围之内，系统能够有效运行并实现预期目标。
5 结论
本文对无线越界监测系统的方案架构、硬件、软件、数据采集与处理等进行设计研究，形成了适合煤矿井下的无线越界监测系统，与目前广泛使用的有线监测对比表明所设计系统能够准确实现爆破点的震源定位，可以实现井下越界的远程监测。
参考文献
[1]于克君,骆循,张兴民.煤层顶板“两带”高度的微地震监测技术[J].煤田地地质与勘探,2002,1:223-224．
[2]李庶林,尹贤刚,郑文达等.凡口铅锌矿多通道微震监测系统及其应用研究.岩石力学与工程学报,2005,24(12):2048-2053.
[3]马国庆,王辉明，李守才,等.无线扩频技术在地震勘探数据采集系统中的应用[J].勘探地球物理进展,2009,32(3):224-227.
[4] 刘书龙. 基于无线传感网络的煤矿越界开采监测系统.煤炭科学技术,2018,46(S2), 166-169.
作者简介：1986- ，辽宁铁岭人，本科毕业于中国矿业大学，工程师，主要从事煤矿生产技术、设备安装拆除等工作。
单位：中煤资源发展集团有限公司