隨著開采深度的加大，礦山災害不但頻度和強度明顯增加，而且發生范圍廣，嚴重影響著礦山安全、高效生產。本系統通過對礦山的聲發射活動的連續監測，采集山體及巖體內部巖石變化產生的信號，并將采集到數據進行相應處理、分析，通過時差定位到礦山可能發生坍塌、滑坡的位置［1］，使人們可以采取及時有效的補救措施。這對于保障礦山人員的生命安全，維護礦山的正常運作有著重要的意義。

國外已逐步實現聲發射自動化數字監測，并根據監測數據對災害進行預測預警。我國的聲發射災害監測預警工作發展迅速，應用范圍也逐漸得以推廣［2］。傳統的檢測設備使系統的監測局限于一個小的范圍，而網絡化監測使得監測更加靈活，不再局限于某一固定設備，整個網內任意設備均能直接監測，監測的范圍也更加廣闊。

 1監測系統原理

系統原理框圖如圖 1 所示。監控現場埋有精密的傳感器探頭，采集礦山塌方或滑坡等現象發生時產生的聲發射信號; 經聲發射監測儀放大和濾波處理后的信號通過無線數傳電臺和串口服務器發送至服務器端。本系統共設計有 24 個下位機通道，支持多個通道的集中控制，涉及多個下位機設備的數據采集與控制，串口服務器 ＲS485 的通信協議轉換功能將數據封包成 TCP /IP 格式傳輸至服務器，以支持串口和以太網接口的雙向數據傳輸［3］。運行在服務器上的實時監測平臺按照通信協議以命令發送的方式，同時利用下位機設備的應答進行現場設備的控制和數據的采集，并對上傳的聲發射數據進行實時的顯示、處理分析，實現對聲發射源的定位。

數據采集采用狀態查詢的工作模式，有自動和手動 2 種方式。在自動模式下，系統會依據業務流程和通信協議，自動循環對下位機設備發送控制指令，并根據下位機應答自動判斷下一步操作。循環開始時，首先對所有下位機設備發送參數設置命令，對其采集參數進行設置，然后發送 10 次同步命令( 無應答) ，每次間隔 1 s，使得所有下位機自動跟蹤同步節拍，在同一時刻開始工作［6］。之后開始進入數據采集循環，系統會對下位機每間隔 13 s 不停地循環發送狀態查詢命令，根據下位機應答系統監測下位機是否采集到規定數據量，一旦達到要求，系統自動發送數據讀取命令、采集數據并保存至數據庫，然后轉入下一輪循環; 在手動模式下，可手動發送參數設置、同步、狀態查詢等控制指令，以便根據需要更加便捷地對下位機進行相關設置并查看其工作狀態，依據下位機應答亦可手動實現聲發射數據的采集。數據采集完成后，用戶可以查看實時的數據波形以及定位到的聲發射源位置坐標信息。系統工作流程如圖 3 所示。

3. 2 系統上位機開發技術

系統上位機基于 B /S 網絡結構模型設計，使用目前較流行的 Web 應用程序框架 SSH 來實現，其中Struts 負責 MVC 的分離，控制業務跳轉; Hibernate 是一個對象/關系映射框架，對持久層提供支持，使得人們可以使用對象編程思想操作數據庫; Spring 是一個IOC( 依賴注入) 和 AOP( 面向切面) 的容器框架，用來管理 struts 和 hibernate［7］。使用 Ajax 技術通過后臺與服務器進行少量數據交換，而不是刷新整個頁面，從而使網頁實現異步更新，用戶界面的更新速度明顯加快，改善了用戶的體驗［8］。系統界面顯示的聲發射信號實時波形如圖 4 所示。

由最小二乘法得到初始迭代點

5 定位結果測試與分析

系統在某礦山試運行，任意取其中某一處 O 作為原點坐標，使用 8 個通道接收聲發射數據，1 ～ 8 號傳感器的相對坐標分別為( 0，0，0) 、( 20，－3，－9) 、( 120，180，10) 、( 0，50，－50) 、( 70，0，90) 、( 200，－50，50) 、( 150，120，50) 、( 90，－80，80) ，單位為 m。以敲擊山體某處模擬山體的塌方或滑坡，以 A( 100，20，－8) 處為例，通過多次試驗驗證定位的準確性。以下僅列出 3 次試驗結果，各傳感器接收到信號的時差如表 1 所示( 其中 Tij表示通道 i 與通道 j 接收到聲發射信號的時差) ，得出的定位結果如表 2 所示。

6 結 語

針對礦山實際安全問題，構建了此聲發射實時監測系統，以實現對塌方和滑坡等事故的預防。本系統上位機使用網絡化形式監測，網內任意設備都可隨時隨地訪問網站; 由于采用 SSH 框架設計，系統具有良好的可擴展性和可維護性，能方便地移植到不同的礦區使用。系統利用閾值法計算時差，并使用基于最小二乘法的 Geiger 優化迭代定位算法，能更加準確地定位到聲發射源的位置，可以有效地預防災害的發生，提高礦山作業的安全性，有較好的推廣價值。如何加快聲發射數據的采集速度以及進一步提高定位精度，是今后研究待解決的問題。

參 考 文 獻

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