CN103267977B - 地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法 - Google Patents

Abstract

地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。由供电电极(1)、测量电极(2)、数字直流激电仪(3)、主控计算机(4)、声光报警装置(5)共同组成，供电电极(1)和测量电极(2)分别与数字直流激电仪(3)通过连接导线连接，数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)相互通信，主控计算机(4)与声光报警装置(5)通信，将供电电极(1)和测量电极(2)布置在地下工程巷道或隧道围岩监测区域，数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析。具有监测范围大、安全性高、无损伤、监测数据实时可靠、分级预警等优点。

Description

地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法

技术领域

地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。

背景技术

地下工程围岩存在片帮、底鼓、顶板冒落、岩爆动力灾害、突水等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁。单就矿山井下而言，仅从2012年初到2012年9月底，冒顶事故就发生了11起，死亡44人，围岩安全问题亟待解决。

要保证安全必须针对上述问题的发生进行事先预防和预警，需要对围岩状态进行监测监控。目前关于围岩监测主要有围岩变形监测（可细分为表面位移监测、顶板离层和松动范围监测）、巷道支架载荷监测、巷道围岩的应力监测以及针对以上监测开发的实时动态监测的仪器设备比如有顶板动态监测系统、顶板在线监测系统等，单纯的围岩位移监测、支架压力监测和应力监测难以真正反映围岩内部的变化情况即损伤演化情况，因此监测监控及预警效果不理想，针对围岩的声发射监测，其安装监测过程相对繁琐复杂而且费用高，对整个安装质量的要求也较高，监测数据的后期分析复杂和不方便，实际效果并不理想，有必要探寻新的有效监测与预警技术。

在人工电流场一次场或激发场作用下，具有不同电化学性质的岩石或矿石，由于电化学作用将产生随时间变化的二次电场(激发极化场)，这种物理化学作用称为激发极化效应。二次场电位差与一次场电位差的比值称为极化率。激发极化法是根据岩石的激发极化效应来解决地质问题的电法勘探方法，迄今为止，该方法都主要着眼于找矿、水文、工程及其它地质方面的应用，而对于将激发极化法用于围岩灾害监测的还未见报道。应用激发极化法仪器直接测定得到的一个重要参数是极化率，而围岩破裂前一般会有突跳、波动、加速下降或急剧上升等极化率前兆现象，将激发极化法用于围岩灾害监测可实现地下工程围岩的大范围监测及操作简单、安全性高、自动化程度高、无损伤、监测数据实时、可靠、应用范围广、分级预警等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种监测范围大、操作简便、安全性高、自动化程度高、无损伤、监测数据实时、可靠的地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法，其特征在于：由供电电极、测量电极、数字直流激电仪、主控计算机、声光报警装置共同组成地下工程围岩灾害激发极化实时监测装置，供电电极和测量电极分别与数字直流激电仪通过连接导线连接，数字直流激电仪与主控计算机相互通信，主控计算机与声光报警装置通信，将供电电极和测量电极布置在地下工程巷道或隧道围岩监测区域，数字直流激电仪与主控计算机对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析；

监测步骤如下：

步骤3001：在地下工程巷道或隧道围岩监测区，按一定间距布置A、B两个供电电极，在A、B两个供电电极之间按一定间距布置M、N两个测量电极；

步骤3002：将A、B两个供电电极和M、N两个测量电极分别与数字直流激电仪通过连接导线连接；

步骤3003：数字直流激电仪与主控计算机和声光报警装置相连，数字直流激电仪与主控计算机相互通信，主控计算机与声光报警装置通信；

步骤3004：开启设备实施监测，数字直流激电仪与主控计算机对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析；

步骤3005：主控计算机和数字直流激电仪通过对监测到的围岩极化率的实时分析，得到监测范围内不同间隔时段的围岩极化率及其变化规律与特征，判断间隔时段围岩极化率的变化趋势、规律与特征是否符合设定的前兆模式，如果符合设定的前兆模式进入步骤3006；如果不符合设定的前兆模式，返回主控计算机继续监测和分析；

步骤3006：符合设定的前兆模式，主控计算机启动声光报警装置发出预警同时返回主控计算机继续分析。

所述的步骤3006符合设定的前兆模式，返回主控计算机继续分析的步骤如下：

步骤4001：如果符合设定的前兆模式情况，判定围岩破坏或失稳类型及潜在危险；

步骤4002：根据围岩破坏或失稳类型及潜在危险，进一步判断其是否发生围岩灾害，如果发生灾害则进入步骤4003；

步骤4003：如果发生围岩灾害则根据供电电极和测量电极的布置情况所确定的监测范围来确定灾害范围；

步骤4004：根据步骤4003确定的灾害范围，主控计算机启动声光报警装置；

步骤4005：主控计算机同时发布预警及级别。

所述的步骤3005设定的前兆模式为极化率的突跳、波动、加速下降或急剧上升等。

所述的步骤3001供电电极的布置间距为10m-100m。

所述的步骤3001中布置在A、B两个供电电极中部内的M、N两个测量电极的间距小于等于A、B两个供电电极间距的2/3，并且MN≥AB／50。

设置与地下工程围岩灾害激发极化实时监测装置相连接的交换机、路由器、移动基站设备实现在地面远程监测监控。

与现有技术相比，本发明的地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法所具有的有益效果是：

1、自动化程度高、无损伤：通过激发极化监测，实现了对围岩的无损监测，由数字直流激电仪及主控计算机程序实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，自动化程度进一步增强，节省了人力、物力；

2、监测数据实时、可靠、应用范围广：激发极化监测方法对极化率的监测精度高，受外界的干扰影响小，使得监测到的数据更真实可靠；数字直流激电仪及主控计算机程序实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了对围岩的全程实时监测；对围岩的激发极化监测可应用于围岩的大变形、片帮、底鼓、顶板冒落、岩爆动力灾害、突水等预测预报上；

3、大范围监测、分级预警：实现了对围岩大范围的全时段间隔实时监测，通过对监测到的围岩极化率的实时分析，得到间隔时段围岩极化率的变化趋势、规律与特征，根据其符合设定的前兆模式的情况，判断其是否发生灾害及确定灾害范围，发出预警并根据灾害范围发布预警级别；

4、操作与后期分析简单：采用激发极化监测具有简单、易于操作的特点，整个监测过程不影响工程的正常进行。激发极化监测的后期分析包括电阻率、极化率及半衰时等，针对围岩灾害主要分析极化率，后期分析简单，如果符合设定的前兆模式即发出预警，进一步确保工作人员和设备的安全。

附图说明

图1是实施例1地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测装置结构示意图。

图2是A、B两个供电电极和M、N两个测量电极布置示意图。

图3是地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测流程图。

图4是步骤3006符合设定的前兆模式，主控计算机继续分析流程图。

图1中：1、供电电极2、测量电极3、数字直流激电仪4、主控计算机5、声光报警装置。

图2中：A、B为供电电极；M、N为测量电极。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法做进一步说明。

具体实施方式

实施例1

参照附图1-图4：本发明地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测装置，由供电电极1、测量电极2、数字直流激电仪3、主控计算机4、声光报警装置5共同组成。

供电电极1和测量电极2分别与数字直流激电仪3通过连接导线连接，数字直流激电仪3与主控计算机4相互通信，主控计算机4与声光报警装置5通信，将供电电极1和测量电极2布置在地下工程巷道或隧道围岩监测区域，数字直流激电仪3与主控计算机4对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析；

本装置直接在地下使用，具体监测步骤如下：

步骤3001：在地下工程巷道或隧道工作区域确定所需监测区或随工作面推进布置监测区，确定好地下工程围岩监测区后，按一定间距布置A、B两个供电电极1，A、B两个供电电极1间距根据所需监测范围和仪器条件确定，如10m、20m、30m、40m、50m…100m等等，甚至更远，并使供电电极1和测量电极2可靠接触围岩，用于向围岩发射电流，以建立人工电场，在A、B两个供电电极1间距内按一定间距布置M、N两个测量电极2，M、N两个测量电极2间距范围限于A、B两个供电电极1中间部位，且M、N两个测量电极2的范围不应大于A、B两个供电电极1间距的2/3，即MN≥1／50～1／30AB，具体间距根据监测范围和相应要求确定；

步骤3002：将A、B两个供电电极1和M、N两个测量电极2分别与数字直流激电仪3通过连接导线连接；

步骤3003：数字直流激电仪3与主控计算机4和声光报警装置5相连，数字直流激电仪3与主控计算机4相互通信，主控计算机4与声光报警装置5通信；

步骤3004：开启设备实施监测，数字直流激电仪3与主控计算机4对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析，得到电场控制范围内围岩的极化率，数字直流激电仪3与主控计算机4对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析，整个监测全时段内A、B两个供电电极1和M、N两个测量电极2的位置不改变；

步骤3005：主控计算机4和数字直流激电仪3通过对监测到的围岩极化率的实时分析，得到监测范围内不同间隔时段的围岩极化率及其变化规律与特征，判断间隔时段围岩极化率的变化趋势、规律与特征是否符合设定的前兆模式，如果符合设定的前兆模式进入步骤3006；如果不符合设定的前兆模式，返回主控计算机4继续监测和分析；

步骤3006：符合设定的前兆模式，主控计算机4启动声光报警装置5发出预警同时返回主控计算机4继续监测与分析。

如图4所示：

所述的步骤3006符合设定的前兆模式，返回主控计算机继续分析的步骤如下：

步骤4001：如果符合设定的前兆模式情况，判定围岩破坏或失稳类型及潜在危险；

步骤4002：根据围岩破坏或失稳类型及潜在危险，进一步判断其是否发生围岩灾害及确定围岩灾害范围，如果不发生灾害则主控计算机4启动声光报警装置5发出预警，并要求管理人员和施工人员防控，如果发生灾害则进入步骤4003；

步骤4003：如果发生灾害则根据供电电极1和测量电极2的布置情况所确定的监测范围来确定灾害范围；

步骤4004：根据步骤4003确定的灾害范围，主控计算机4启动声光报警装置5；

步骤4005：主控计算机4同时发布预警及级别。

也可通过增加交换机、路由器、移动基站等设备实现地面远程监测监控。

在本发明中，所述的前兆模式为预先设定的，根据监测分析得出的参数、曲线及趋势，符合设定的模式表示该围岩具有发生灾害的可能。

所述的步骤3005设定的前兆模式为极化率的突跳、波动、加速下降或急剧上升等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法，其特征在于：由供电电极(1)、测量电极(2)、数字直流激电仪(3)、主控计算机(4)、声光报警装置(5)共同组成地下工程围岩灾害激发极化实时监测装置，供电电极(1)和测量电极(2)分别与数字直流激电仪(3)通过连接导线连接，数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)相互通信，主控计算机(4)与声光报警装置(5)通信，将供电电极(1)和测量电极(2)布置在地下工程巷道或隧道围岩监测区域，数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析；

监测步骤如下：

步骤3001：在地下工程巷道或隧道围岩监测区，按一定间距布置A、B两个供电电极（1），所述的A、B两个供电电极（1）的间距为10m-100m；在A、B两个供电电极（1）之间按一定间距布置M、N两个测量电极（2），所述的M、N两个测量电极（2）的间距小于等于A、B两个供电电极（1）间距的2/3，并且MN≥AB／50；

步骤3002：将A、B两个供电电极（1）和M、N两个测量电极（2）分别与数字直流激电仪(3)通过连接导线连接；

步骤3003：数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)和声光报警装置(5)相连，数字直流激电仪(3)能与主控计算机(4)相互通信，主控计算机(4)能与声光报警装置(5)通信；

步骤3004：开启设备实施监测，数字直流激电仪(3)与主控计算机(4)对间隔时段监测到的地下工程巷道或隧道围岩的极化率进行实时记录和分析；

步骤3005：主控计算机(4)和数字直流激电仪(3)通过对监测到的围岩极化率的实时分析，得到监测范围内不同间隔时段的围岩极化率及其变化规律与特征，判断间隔时段围岩极化率的变化趋势、规律与特征是否符合设定的前兆模式，所述的设定的前兆模式为极化率的突跳、波动、加速下降或急剧上升，如果符合设定的前兆模式进入步骤3006；如果不符合设定的前兆模式，返回主控计算机(4)继续监测和分析，继续分析的步骤如下：

步骤4001：如果符合设定的前兆模式情况，判定围岩破坏或失稳类型及潜在危险；

步骤4002：根据围岩破坏或失稳类型及潜在危险，进一步判断其是否发生围岩灾害，如果发生灾害则进入步骤4003；

步骤4003：如果发生围岩灾害则根据供电电极(1)和测量电极(2)的布置情况所确定的监测范围来确定灾害范围；

步骤4004：根据步骤4003确定的灾害范围，主控计算机(4)启动声光报警装置(5)；

步骤4005：主控计算机(4)同时发布预警及级别；

步骤3006：符合设定的前兆模式，主控计算机(4)启动声光报警装置(5)发出预警同时返回主控计算机(4)继续分析。

2.根据权利要求1所述的地下工程围岩灾害全时段间隔激发极化监测方法，其特征在于：设置与地下工程围岩灾害激发极化实时监测装置相连接的交换机、路由器、移动基站设备实现在地面远程监测监控。