矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法
【专利摘要】一种矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法，属于矿山隐蔽灾害监测系统及方法。所述系统主要由电极、电极处理/控制器、电法仪主机/通讯分站、环网及监控中心组成。系统定时进行电法主动探测，一个电极处理/控制器通过电极作为源发射电流，在煤岩体内形成主动电场，其它电极处理/控制器通过电极同步接收主动电压信号，循序逐个进行主动发射；其它时间进行煤岩体被动电位信号监测。通过主动电法探测与被动电位监测结果耦合反映矿山隐蔽灾害的演化过程，同时实现动力灾害区域危险性实时探测、评估及临灾危险性实时融合预警。该系统及方法能够更全面实时的反应煤岩体内部结构演化信息，抗干扰能力强，预警准确性高。
【专利说明】
矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种矿山隐蔽灾害监测系统及方法，特别是一种矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着矿山开采深度的不断增加，地应力、地温和瓦斯压力等越来越高，矿山采动影响也越越来越显著，冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出、突水及内因火灾等隐蔽灾害具有区域性、过程性、突发性和巨大危险性，对矿山安全和高效生产的影响越来越大。
[0003]目前传统的隐蔽灾害区域探测方法主要有钻探法和地球物理探测。钻探法只是对煤岩动力灾害潜在区域的“点评价”或有限区域工程探测。电法作为地球物理探测手段之一已有深入的研究，在地质勘探、物探等领域应用广泛。该方法主要通过向受测区域施加直流或交流电磁场，用于探测地质构造、地质异常、矿山采空区、矿藏赋存、水流等，也可短时测试区域煤岩体的自然电位场变化。地球物理探测目前主要是一次性探测。主动探测缺乏实时性和连续性，无法实现区内煤岩体结构、物理力学特性及过程的时-空演化及连续评价，无法反映受釆动影响或多因素耦合等形成的新危险区域，也未应用于隐蔽灾害危险性的临灾实时预警。
[0004]随着对煤岩动力灾害和地球物理手段研究的不断深入，提出了多种地球物理灾害危险监测预警方法，包括声发射法、地音法、微震法和电磁辐射法等。目前的被动电位/电磁监测结果主要应用于矿山隐蔽灾害的临灾实时预警，还未应用于区域危险性监测与评估，且临灾危险时间预警和空间区域确定的准确率有待进一步提高。
[0005]另外，目前的水力化等瓦斯治理和防灾措施等缺乏有效的全过程、全空间探测和评价方法。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的是针对矿山隐蔽灾害演化过程，提供一种矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法，实现定时电法主动探测，其它时间电位信号被动监测;实现动力灾害危险性评估及实时融合预警。
[0007]本发明的目的是这样实现的:该矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测包括一体化系统和融合预警方法，
[0008]—体化系统包括:监控中心、环网、电法仪主机通讯分站、测量分站、电极处理控制器、电极、公共负电极和同步线;每个电极连接有电极处理控制器，多个电极处理控制器串联后通过测量分站与电法仪主机通讯分站连接，电法仪主机通讯分站的输出端与监控中心连接；电极处理控制器之间连接有同步线，多个电极处理控制器串联连接后与一个测量分站连接，测量分站受电法仪主机通讯分站控制；电法仪主机通讯分站包括电法仪主机和通讯分站；电法仪主机通过环网与监控中心连接，监控中心对电法仪主机进行控制，电法仪主机与电极和公共负电极连接，电极既单独作为源发射电流，在煤岩体内形成主动电场，同时还作为单独同步接收主动电压或被动电位信号。
[0009]所述的电极在一条巷道中等间距布置η个，或者在回采工作面上、下顺槽中等间距共布置η个。
[0010]融合预警方法:基于上述系统通过电法主动探测与电位被动监测结果获得矿山隐蔽灾害的演化过程，进行动力灾害危险性评估及实时融合预警，步骤如下:
[0011](I)在回采工作面上、下顺槽中等间距布置η个电极；
[0012](2)由监测中心控制，定期进行主动探测，当第i = j个电极处理控制器发射，其他电极处理控制器i在j，通过电极同步接收电压信号，i代表发射电流的电极控制器，j = 1、2、3……η个电极控制器标号;其他时间，所有电极进行被动电位监测，处理控制器通过电极接收煤岩体本身电位信号；(3)将主动探测得到的电压云图、电阻率云图与被动监测得到的电位云图进行耦合形成区域云图，符合相应隐蔽灾害区域性特征的异常区域判定为具有区域危险性；区域云图的变化趋势反应隐蔽灾害的演化过程，超过给定的临界值或符合给定的趋势变化特征时判定为有临灾危险性，相应的区域为临灾危险区域。
[0013]所述的步骤(3)采用对等时间间隔进行的电法主、被动区域探测进行预警等级量化;所述的等时间间隔电法主、被动探测得到的区域云图，将电位异常区域面积的变化率作为临界值1，当实测相邻2次电位云图异常区域面积变化率nsHJt，系统进行一级预警;将电位被动监测时一定时间段内电位信号变化率At作为临界值2，当实测电位被动监测信号变化率，系统亦定进行一级预警；当同时满足，系统进行二级融合预塾目ο
[0014]所述的\、\设置多个临界值，划分区域危险等级，实现对潜在矿山隐蔽灾害的多级融合危险性评价。
[0015]有益效果及优点:由于采用了上述方案，克服了现有技术中存在的不足。本发明提供一种能够实现共极探(监)测及分布式探(监)测的方法，其中，定时进行电法主动探测，其它时间进行电位信号被动监测。基于系统电法主动探测与电位被动监测结果研究矿山隐蔽灾害的演化过程，实现动力灾害危险性评估及实时融合预警。
[0016]实时主动探测与被动监测隐蔽灾害，实现隐蔽灾害区域预测实时化、区域预测与局部监测预警协同化，实现区域措施的实时、有效探测与评价，提高地球物理信息的利用率，显著提高区域预测与局部监测预警的可靠性和准确率。
【附图说明】
[0017]图1是本发明矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统结构示意图。
[0018]图2是本发明矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测融合预警方法的流程示意图。
[0019]图3是本发明矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统双巷布置示意图。
[0020]图中，1、监控中心；2、环网；3、电法仪主机/通讯分站;4、测量分站;5、电极处理/控制器;6、电极;7、公共负电极;8、同步线。
【具体实施方式】
[0021]该矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测包括一体化系统和融合预警方法，
[0022]一体化系统包括:监控中心1、环网2、电法仪主机通讯分站3、测量分站4、电极处理控制器5、电极6、公共负电极7和同步线8;每个电极6连接有电极处理控制器5，多个电极处理控制器5串联后通过测量分站4与电法仪主机通讯分站3连接，电法仪主机通讯分站3的输出端与监控中心I连接；电极处理控制器5之间连接有同步线8，多个电极处理控制器5串联连接后与一个测量分站4连接，测量分站4受电法仪主机通讯分站3控制；电法仪主机通讯分站3包括电法仪主机和通讯分站；电法仪主机通过环网与监控中心I连接，监控中心I对电法仪主机进行控制，电法仪主机与电极6和公共负电极7连接，电极6既单独作为源发射电流，在煤岩体内形成主动电场，同时还作为单独同步接收主动电压或被动电位信号。
[0023]所述的电极6在一条巷道中等间距布置η个，或者在回采工作面上、下顺槽中等间距共布置η个。
[0024]融合预警方法:基于上述系统通过电法主动探测与电位被动监测结果获得矿山隐蔽灾害的演化过程，进行动力灾害危险性评估及实时融合预警，步骤如下:
[0025](I)在回采工作面上、下顺槽中等间距布置η个电极；
[0026](2)由监测中心控制，定期进行主动探测，当第i = j个电极处理控制器发射，其他电极处理控制器i在j，通过电极同步接收电压信号，i代表发射电流的电极控制器，j = 1、2、3……η个电极控制器标号;其他时间，所有电极进行被动电位监测，处理控制器通过电极接收煤岩体本身电位信号；(3)将主动探测得到的电压云图、电阻率云图与被动监测得到的电位云图进行耦合形成区域云图，符合相应隐蔽灾害区域性特征的异常区域判定为具有区域危险性；区域云图的变化趋势反应隐蔽灾害的演化过程，超过给定的临界值或符合给定的趋势变化特征时判定为有临灾危险性，相应的区域为临灾危险区域。
[0027]所述的步骤(3)采用对等时间间隔进行的电法主、被动区域探测进行预警等级量化;所述的等时间间隔电法主、被动探测得到的区域云图，将电位异常区域面积的变化率作为临界值1，当实测相邻2次电位云图异常区域面积变化率nsHJt，系统进行一级预警;将电位被动监测时一定时间段内电位信号变化率At作为临界值2，当实测电位被动监测信号变化率，系统亦定进行一级预警；当同时满足，系统进行二级融合预塾目ο
[0028]所述的\、\设置多个临界值，划分区域危险等级，实现对潜在矿山隐蔽灾害的多级融合危险性评价。
【主权项】
1.一种矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统，其特征在于:一体化系统包括:监控中心、环网、电法仪主机通讯分站、测量分站、电极处理控制器、电极、公共负电极和同步线;每个电极连接有电极处理控制器，多个电极处理控制器串联后通过测量分站与电法仪主机通讯分站连接，电法仪主机通讯分站的输出端与监控中心连接；电极处理控制器之间连接有同步线，多个电极处理控制器串联连接后与一个测量分站连接，测量分站受电法仪主机通讯分站控制；电法仪主机通讯分站包括电法仪主机和通讯分站；电法仪主机通过环网与监控中心连接，监控中心对电法仪主机进行控制，电法仪主机与电极和公共负电极连接，电极既单独作为源发射电流，在煤岩体内形成主动电场，同时还作为单独同步接收主动电压或被动电位信号。2.根据使用权利要求1所述矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统，所述的电极在一条巷道中等间距布置η个，或者在回采工作面上、下顺槽中等间距共布置η个。3.权利要求1所述的矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统的方法，其特征在于:融合预警方法:基于上述系统通过电法主动探测与电位被动监测结果获得矿山隐蔽灾害的演化过程，进行动力灾害危险性评估及实时融合预警，步骤如下: (1)在回采工作面上、下顺槽中等间距布置η个电极； (2)由监测中心控制，定期进行主动探测，当第i= j时电极处理控制器发射，其他电极处理控制器i在j，通过电极同步接收电压信号，式中i代表发射电流的电极控制器，j = 1、2、3……η个电极控制器标号;其他时间，所有电极进行被动电位监测，处理控制器通过电极接收煤岩体本身电位信号； (3)将主动探测得到的电压云图、电阻率云图与被动监测得到的电位云图进行耦合形成区域云图，符合相应隐蔽灾害区域性特征的异常区域判定为具有区域危险性；区域云图的变化趋势反应隐蔽灾害的演化过程，超过给定的临界值或符合给定的趋势变化特征时判定为有临灾危险性，相应的区域为临灾危险区域。4.根据权利要求3所述的矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测方法，其特征在于:所述的步骤(3)采用对等时间间隔进行的电法主、被动区域探测进行预警等级量化;所述的等时间间隔电法主、被动探测得到的区域云图，将电位异常区域面积的变化率作为临界值I，当实测相邻2次电位云图异常区域面积变化率4>\时，系统进行一级预警;将电位被动监测时一定时间段内电位信号变化率λ*作为临界值2，当实测电位被动监测信号变化率IhHt时，系统亦定进行一级预警；当同时满足4>\及％>\时，系统进行二级融合预警。5.根据权利要求4所述的矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测方法，其特征在于:所述的\、\设置多个临界值，划分区域危险等级，实现对潜在矿山隐蔽灾害的多级融合危险性评价。
【文档编号】E21F17/18GK105840239SQ201610207904
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】王恩元, 宋大钊, 何学秋, 李忠辉, 邱黎明, 高勤琼
【申请人】中国矿业大学