礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)及方法，屬于礦山隱蔽災害監(jiān)測系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)主要由電極、電極處理/控制器、電法儀主機/通訊分站、環(huán)網(wǎng)及監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)定時進行電法主動探測，一個電極處理/控制器通過電極作為源發(fā)射電流，在煤巖體內(nèi)形成主動電場，其它電極處理/控制器通過電極同步接收主動電壓信號，循序逐個進行主動發(fā)射；其它時間進行煤巖體被動電位信號監(jiān)測。通過主動電法探測與被動電位監(jiān)測結(jié)果耦合反映礦山隱蔽災害的演化過程，同時實現(xiàn)動力災害區(qū)域危險性實時探測、評估及臨災危險性實時融合預警。該系統(tǒng)及方法能夠更全面實時的反應(yīng)煤巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)演化信息，抗干擾能力強，預警準確性高。
【專利說明】
礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種礦山隱蔽災害監(jiān)測系統(tǒng)及方法，特別是一種礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦山開采深度的不斷增加，地應(yīng)力、地溫和瓦斯壓力等越來越高，礦山采動影響也越越來越顯著，沖擊地壓、巖爆、煤與瓦斯突出、突水及內(nèi)因火災等隱蔽災害具有區(qū)域性、過程性、突發(fā)性和巨大危險性，對礦山安全和高效生產(chǎn)的影響越來越大。
[0003]目前傳統(tǒng)的隱蔽災害區(qū)域探測方法主要有鉆探法和地球物理探測。鉆探法只是對煤巖動力災害潛在區(qū)域的“點評價”或有限區(qū)域工程探測。電法作為地球物理探測手段之一已有深入的研究，在地質(zhì)勘探、物探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。該方法主要通過向受測區(qū)域施加直流或交流電磁場，用于探測地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)異常、礦山采空區(qū)、礦藏賦存、水流等，也可短時測試區(qū)域煤巖體的自然電位場變化。地球物理探測目前主要是一次性探測。主動探測缺乏實時性和連續(xù)性，無法實現(xiàn)區(qū)內(nèi)煤巖體結(jié)構(gòu)、物理力學特性及過程的時-空演化及連續(xù)評價，無法反映受釆動影響或多因素耦合等形成的新危險區(qū)域，也未應(yīng)用于隱蔽災害危險性的臨災實時預警。
[0004]隨著對煤巖動力災害和地球物理手段研究的不斷深入，提出了多種地球物理災害危險監(jiān)測預警方法，包括聲發(fā)射法、地音法、微震法和電磁輻射法等。目前的被動電位/電磁監(jiān)測結(jié)果主要應(yīng)用于礦山隱蔽災害的臨災實時預警，還未應(yīng)用于區(qū)域危險性監(jiān)測與評估，且臨災危險時間預警和空間區(qū)域確定的準確率有待進一步提高。
[0005]另外，目前的水力化等瓦斯治理和防災措施等缺乏有效的全過程、全空間探測和評價方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對礦山隱蔽災害演化過程，提供一種礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)定時電法主動探測，其它時間電位信號被動監(jiān)測;實現(xiàn)動力災害危險性評估及實時融合預警。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測包括一體化系統(tǒng)和融合預警方法，
[0008]—體化系統(tǒng)包括:監(jiān)控中心、環(huán)網(wǎng)、電法儀主機通訊分站、測量分站、電極處理控制器、電極、公共負電極和同步線;每個電極連接有電極處理控制器，多個電極處理控制器串聯(lián)后通過測量分站與電法儀主機通訊分站連接，電法儀主機通訊分站的輸出端與監(jiān)控中心連接；電極處理控制器之間連接有同步線，多個電極處理控制器串聯(lián)連接后與一個測量分站連接，測量分站受電法儀主機通訊分站控制；電法儀主機通訊分站包括電法儀主機和通訊分站；電法儀主機通過環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控中心連接，監(jiān)控中心對電法儀主機進行控制，電法儀主機與電極和公共負電極連接，電極既單獨作為源發(fā)射電流，在煤巖體內(nèi)形成主動電場，同時還作為單獨同步接收主動電壓或被動電位信號。
[0009]所述的電極在一條巷道中等間距布置η個，或者在回采工作面上、下順槽中等間距共布置η個。
[0010]融合預警方法:基于上述系統(tǒng)通過電法主動探測與電位被動監(jiān)測結(jié)果獲得礦山隱蔽災害的演化過程，進行動力災害危險性評估及實時融合預警，步驟如下:
[0011](I)在回采工作面上、下順槽中等間距布置η個電極；
[0012](2)由監(jiān)測中心控制，定期進行主動探測，當?shù)趇 = j個電極處理控制器發(fā)射，其他電極處理控制器i在j，通過電極同步接收電壓信號，i代表發(fā)射電流的電極控制器，j = 1、2、3……η個電極控制器標號;其他時間，所有電極進行被動電位監(jiān)測，處理控制器通過電極接收煤巖體本身電位信號；(3)將主動探測得到的電壓云圖、電阻率云圖與被動監(jiān)測得到的電位云圖進行耦合形成區(qū)域云圖，符合相應(yīng)隱蔽災害區(qū)域性特征的異常區(qū)域判定為具有區(qū)域危險性；區(qū)域云圖的變化趨勢反應(yīng)隱蔽災害的演化過程，超過給定的臨界值或符合給定的趨勢變化特征時判定為有臨災危險性，相應(yīng)的區(qū)域為臨災危險區(qū)域。
[0013]所述的步驟(3)采用對等時間間隔進行的電法主、被動區(qū)域探測進行預警等級量化;所述的等時間間隔電法主、被動探測得到的區(qū)域云圖，將電位異常區(qū)域面積的變化率作為臨界值1，當實測相鄰2次電位云圖異常區(qū)域面積變化率nsHJt，系統(tǒng)進行一級預警;將電位被動監(jiān)測時一定時間段內(nèi)電位信號變化率At作為臨界值2，當實測電位被動監(jiān)測信號變化率，系統(tǒng)亦定進行一級預警；當同時滿足，系統(tǒng)進行二級融合預塾目ο
[0014]所述的\、\設(shè)置多個臨界值，劃分區(qū)域危險等級，實現(xiàn)對潛在礦山隱蔽災害的多級融合危險性評價。
[0015]有益效果及優(yōu)點:由于采用了上述方案，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)共極探(監(jiān))測及分布式探(監(jiān))測的方法，其中，定時進行電法主動探測，其它時間進行電位信號被動監(jiān)測?；谙到y(tǒng)電法主動探測與電位被動監(jiān)測結(jié)果研究礦山隱蔽災害的演化過程，實現(xiàn)動力災害危險性評估及實時融合預警。
[0016]實時主動探測與被動監(jiān)測隱蔽災害，實現(xiàn)隱蔽災害區(qū)域預測實時化、區(qū)域預測與局部監(jiān)測預警協(xié)同化，實現(xiàn)區(qū)域措施的實時、有效探測與評價，提高地球物理信息的利用率，顯著提高區(qū)域預測與局部監(jiān)測預警的可靠性和準確率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測融合預警方法的流程示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)雙巷布置示意圖。
[0020]圖中，1、監(jiān)控中心；2、環(huán)網(wǎng)；3、電法儀主機/通訊分站;4、測量分站;5、電極處理/控制器;6、電極;7、公共負電極;8、同步線。
【具體實施方式】
[0021]該礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測包括一體化系統(tǒng)和融合預警方法，
[0022]一體化系統(tǒng)包括:監(jiān)控中心1、環(huán)網(wǎng)2、電法儀主機通訊分站3、測量分站4、電極處理控制器5、電極6、公共負電極7和同步線8;每個電極6連接有電極處理控制器5，多個電極處理控制器5串聯(lián)后通過測量分站4與電法儀主機通訊分站3連接，電法儀主機通訊分站3的輸出端與監(jiān)控中心I連接；電極處理控制器5之間連接有同步線8，多個電極處理控制器5串聯(lián)連接后與一個測量分站4連接，測量分站4受電法儀主機通訊分站3控制；電法儀主機通訊分站3包括電法儀主機和通訊分站；電法儀主機通過環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控中心I連接，監(jiān)控中心I對電法儀主機進行控制，電法儀主機與電極6和公共負電極7連接，電極6既單獨作為源發(fā)射電流，在煤巖體內(nèi)形成主動電場，同時還作為單獨同步接收主動電壓或被動電位信號。
[0023]所述的電極6在一條巷道中等間距布置η個，或者在回采工作面上、下順槽中等間距共布置η個。
[0024]融合預警方法:基于上述系統(tǒng)通過電法主動探測與電位被動監(jiān)測結(jié)果獲得礦山隱蔽災害的演化過程，進行動力災害危險性評估及實時融合預警，步驟如下:
[0025](I)在回采工作面上、下順槽中等間距布置η個電極；
[0026](2)由監(jiān)測中心控制，定期進行主動探測，當?shù)趇 = j個電極處理控制器發(fā)射，其他電極處理控制器i在j，通過電極同步接收電壓信號，i代表發(fā)射電流的電極控制器，j = 1、2、3……η個電極控制器標號;其他時間，所有電極進行被動電位監(jiān)測，處理控制器通過電極接收煤巖體本身電位信號；(3)將主動探測得到的電壓云圖、電阻率云圖與被動監(jiān)測得到的電位云圖進行耦合形成區(qū)域云圖，符合相應(yīng)隱蔽災害區(qū)域性特征的異常區(qū)域判定為具有區(qū)域危險性；區(qū)域云圖的變化趨勢反應(yīng)隱蔽災害的演化過程，超過給定的臨界值或符合給定的趨勢變化特征時判定為有臨災危險性，相應(yīng)的區(qū)域為臨災危險區(qū)域。
[0027]所述的步驟(3)采用對等時間間隔進行的電法主、被動區(qū)域探測進行預警等級量化;所述的等時間間隔電法主、被動探測得到的區(qū)域云圖，將電位異常區(qū)域面積的變化率作為臨界值1，當實測相鄰2次電位云圖異常區(qū)域面積變化率nsHJt，系統(tǒng)進行一級預警;將電位被動監(jiān)測時一定時間段內(nèi)電位信號變化率At作為臨界值2，當實測電位被動監(jiān)測信號變化率，系統(tǒng)亦定進行一級預警；當同時滿足，系統(tǒng)進行二級融合預塾目ο
[0028]所述的\、\設(shè)置多個臨界值，劃分區(qū)域危險等級，實現(xiàn)對潛在礦山隱蔽災害的多級融合危險性評價。
【主權(quán)項】
1.一種礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)，其特征在于:一體化系統(tǒng)包括:監(jiān)控中心、環(huán)網(wǎng)、電法儀主機通訊分站、測量分站、電極處理控制器、電極、公共負電極和同步線;每個電極連接有電極處理控制器，多個電極處理控制器串聯(lián)后通過測量分站與電法儀主機通訊分站連接，電法儀主機通訊分站的輸出端與監(jiān)控中心連接；電極處理控制器之間連接有同步線，多個電極處理控制器串聯(lián)連接后與一個測量分站連接，測量分站受電法儀主機通訊分站控制；電法儀主機通訊分站包括電法儀主機和通訊分站；電法儀主機通過環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控中心連接，監(jiān)控中心對電法儀主機進行控制，電法儀主機與電極和公共負電極連接，電極既單獨作為源發(fā)射電流，在煤巖體內(nèi)形成主動電場，同時還作為單獨同步接收主動電壓或被動電位信號。2.根據(jù)使用權(quán)利要求1所述礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)，所述的電極在一條巷道中等間距布置η個，或者在回采工作面上、下順槽中等間距共布置η個。3.權(quán)利要求1所述的礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測一體化系統(tǒng)的方法，其特征在于:融合預警方法:基于上述系統(tǒng)通過電法主動探測與電位被動監(jiān)測結(jié)果獲得礦山隱蔽災害的演化過程，進行動力災害危險性評估及實時融合預警，步驟如下: (1)在回采工作面上、下順槽中等間距布置η個電極； (2)由監(jiān)測中心控制，定期進行主動探測，當?shù)趇= j時電極處理控制器發(fā)射，其他電極處理控制器i在j，通過電極同步接收電壓信號，式中i代表發(fā)射電流的電極控制器，j = 1、2、3……η個電極控制器標號;其他時間，所有電極進行被動電位監(jiān)測，處理控制器通過電極接收煤巖體本身電位信號； (3)將主動探測得到的電壓云圖、電阻率云圖與被動監(jiān)測得到的電位云圖進行耦合形成區(qū)域云圖，符合相應(yīng)隱蔽災害區(qū)域性特征的異常區(qū)域判定為具有區(qū)域危險性；區(qū)域云圖的變化趨勢反應(yīng)隱蔽災害的演化過程，超過給定的臨界值或符合給定的趨勢變化特征時判定為有臨災危險性，相應(yīng)的區(qū)域為臨災危險區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測方法，其特征在于:所述的步驟(3)采用對等時間間隔進行的電法主、被動區(qū)域探測進行預警等級量化;所述的等時間間隔電法主、被動探測得到的區(qū)域云圖，將電位異常區(qū)域面積的變化率作為臨界值I，當實測相鄰2次電位云圖異常區(qū)域面積變化率4>\時，系統(tǒng)進行一級預警;將電位被動監(jiān)測時一定時間段內(nèi)電位信號變化率λ*作為臨界值2，當實測電位被動監(jiān)測信號變化率IhHt時，系統(tǒng)亦定進行一級預警；當同時滿足4>\及％>\時，系統(tǒng)進行二級融合預警。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦山隱蔽災害實時主動探測與被動監(jiān)測方法，其特征在于:所述的\、\設(shè)置多個臨界值，劃分區(qū)域危險等級，實現(xiàn)對潛在礦山隱蔽災害的多級融合危險性評價。
【文檔編號】E21F17/18GK105840239SQ201610207904
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】王恩元, 宋大釗, 何學秋, 李忠輝, 邱黎明, 高勤瓊
【申請人】中國礦業(yè)大學