[发明专利]基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统及其使用方法，属于煤矿安全技术与工程领域。其包括数据采集装置、数据处理装置、预警装置及自然电位监测装置，自然电位监测装置包括一个参考电极和至少一个测量电极，每个测量电极对应连接一个数据采集卡，数据采集卡用于将测量电极采集得到的电位信号暂时存储，在每个数据采集卡的上方设置一个保护装置；通过自然电位监测装置对采空区内自然电位进行实时监测。本发明可以实现对采空区自然电位的实时监测，通过数据采集和处理，可以实时监测采空区地下水流动电位信号，能够对采空区滞后突水的有效预警，有效减轻或防止采空区滞后突水的安全隐患。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术与工程领域，尤其涉及一种基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统及其该系统的使用方法。

背景技术

我国煤矿水文地质条件复杂，工作面内突水时有发生，尤其是采空区滞后突水。采矿中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并活化原有断裂构造，一旦满足突水条件，则会导致底板突水。

目前探测井下水文地质条件的矿井物探的主要方法有无线电透视法、瞬变电磁法、直流电法。无线电透视法主要是探查工作面内部地质构造发育、煤体结构与厚度变化。瞬变电磁法主要用于探测工作面内顶底板及掘进前方的含水性，对低阻体敏感，探测准确率高，但是很容易受到周围环境的干扰。井下直流电法施工效率高受周围环境的影响较小，但是井下直流电法主要是对巷道顶、底板水文地质条件进行探测，对工作面内探测无能为力。

上述几种物探方法存在的问题是只探查工作面开采前的水文地质条件，而对工作面开采过程中或开采后的水文地质条件动态变化无法做到实时监测。

起阻水作用的主要是有效隔水层，如果矿压对底板破坏深度大，则隔水层厚度相对减小，所以回采过程中隔水层厚度是不断变化的。采前的探测并不能保证回采后采空区底板的安全，不能实现对煤层底板状况进行实时监控，更不可能实时探查突水点的水位变化情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统及其使用方法，其可以实现对煤层底板状况的实时监控，实时探查突水点的水位变化情况，能够对采空区滞后突水进行有效预警，并有效减轻或防止采空区滞后突水的安全隐患。

本发明的任务之一在于提供一种基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统，其采用了以下技术方案：

一种基于自然电位法的采空区滞后突水预警系统，其包括数据采集装置、数据处理装置、预警装置，还包括自然电位监测装置，所述的自然电位监测装置包括一个参考电极和与所述的参考电极连接的至少一个测量电极，所述的参考电极和所有的测量电极均设置在采空区两侧的巷道内，每个测量电极对应连接一个数据采集卡，所述的数据采集卡用于将所述的测量电极采集得到的电位信号暂时存储，在所述的每个数据采集卡的上方还设置一个保护装置；

各个数据采集卡采用串行方式连接到所述的数据采集装置，所述的数据采集装置同时向各个数据采集卡发出指令，在同一时间将各个测量电极所处位置的电位信号同时提取，或间隔固定的时间对数据进行采集；

所述的数据处理装置用于将采集的数据按照时间、测量电极编号、电位大小、以及自然电位信号与地下水流动电位的关系进行处理；

所述的预警装置根据流动电位动态变化大小设置报警阈值，若电位信号超出阈值，立即发出报警信号。

作为本发明的一个优选方案，每个数据采集卡包含一个前置低通滤波器，其用于采集0～5Hz的自然电位信号；每个数据采集卡通过焊接的方式与其对应的测量电极连接。

作为本发明的另一个优选方案，相邻的测量电极为等间距排布，间距为10m。

进一步优选，所述的参考电极、测量电极均为不极化电极。