[发明专利]一种分布式煤岩动力灾害电位实时监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式煤岩动力灾害电位实时监测方法及系统，通过监测煤岩体破坏产生的电位信号变化来进行煤岩动力灾害的监测，属于煤岩动力灾害地球物理监测及矿山安全监控技术，主要用于矿山冲击地压、煤与瓦斯突出、压出、巷道顶板失稳冒落、突水和地质滑坡等动力灾害演化过程研究及危险性监测预警。

背景技术

随着煤矿开采深度的逐年增加，冲击地压、煤岩层顶板失稳冒落、煤与瓦斯突出、突水等突发性煤岩动力灾害发生的可能性和危险性也逐渐增大，部分原来无危险的煤矿也开始出现动力现象。如此形势下，煤矿的正常生产和煤炭工业的可持续发展将受到极大威胁。对上述动力灾害发生之前进行有效识别预警并及时采取预防措施对煤岩动力灾害防治工作尤为重要。

目前对于煤岩动力灾害的预测预报常采用钻孔法，但该方法需要耗费大量人力物力来专门进行施工作业，不利于采掘生产，也不能实现连续实时监测，且该方法在实施过程中有诱发煤岩动力灾害发生的可能。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监测方法，包括声发射法、地音法、微震法和电磁辐射法等。其中，电磁辐射法在煤岩动力灾害监测技术方面实现了非接触式动态监测。但是这些地球物理方法仍有诸如传感器安设、准确定位监测、提高抗干扰能力、提高响应准确性等方面的很多问题需要解决。煤岩体应力监测也被应用于矿山压力及冲击地压的监测，但需要传感器与煤岩体进行良好耦合，这在现场中比较困难。

电法作为地球物理手段之一也有深入的研究，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，也可探测受测区域煤岩体的自然电位场变化，但分析处理时一般将该自然电位场作为背景场考虑而不做深入研究。该方法未涉及针对煤岩动力破坏诱发的电位信号的连续实时监测与分析。

近年来，中国矿业大学对不同受载方式下煤岩体变形破裂过程的电位信号进行了大量的测试和研究。研究结果表明，煤岩体受载或变形破裂时有电位信号产生，电位信号对煤岩体受载程度比电磁辐射、微震和声发射等更好。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种分布式煤岩动力灾害电位实时监测方法及系统，能够对监测区域内的煤岩体电位信号变化进行同步多点连续实时监测，能够对矿山生产过程中潜在的冲击地压(岩爆)、煤与瓦斯突出、压出、巷道顶板失稳冒落等动力灾害危险区域及危险性监测预警。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分布式煤岩动力灾害电位实时监测方法，在煤岩巷道表面或钻孔内分布式布置若干监测电极，电位监测仪按照不同监测方式连续实时采集监测电极接收到的煤岩体受载产生的电位信号差，电位监测系统对电位信号差进行实时分析，根据电位信号差对煤岩动力灾害危险性及危险区域进行实时监测与预警。

所述监测电极的布置方式为以下两种方式中的一种：第一种、等距电位差方式，测得的电位信号差为正负电极间的电位差；第二种、共地点电位差方式，测得的电位信号差为正电极处相对于共地负电极处的电位差。

所述监测方式包括以下两种方式中的一种或两种的结合：第一种、煤岩动力灾害电位实时监测、定期采集与分析方式；第二种、煤岩动力灾害电位实时在线监测与分析方式；其中第一种监测方式是对第二种的补充与验证。

所述监测与预警方式为电位监测系统对煤岩体产生的电位信号差进行分析，获取电位信号的分布和变化规律，采用临界值法与动态趋势法相结合的方式，对煤岩动力灾害危险性及危险区域进行实时监测与预警。比如当某一区域的电位信号平均值或动态趋势变化率超过设定的预警临界值时，预警有危险，超限的区域即为危险区域。

所述临界值法为：电位监测仪按照预设的采样周期N对监测区域煤岩电位信号进行实时采集，然后地面终端计算出采样周期N时间内电位差的平均值PD-avg₁；当N时间内电位差的平均值PD-avg₁超过预定的预警临界值时，系统发出灾变警报；所述动态趋势法为：指对每个采样周期内的电位差的平均值PD-avg₂进行分析，并计算PD-avg₂的增长趋势，当T时间内PD-avg₂呈连续变化趋势且变化率ΔPD超过预设临界增长率n时，系统发出灾变警报。