CN104834012B - 矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，属于煤矿井下水害监测预警方法。在选定的测试点将电磁辐射接收天线的有效接收方向朝向顶板待监测区域，采集电磁辐射信号7天，计算电磁辐射强度与脉冲数变化范围与变化率作为标准临界值；继续监测电磁辐射信号，根据监测区域顶板电磁辐射强度值与脉冲数的大小及变化率，制定顶板突水的判定条件，判断该区域顶板是否有突水危险，从而决定是否进行突水灾害预警。其方法操作简单，测试费用低，高效、便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种预警方法，尤其适用于煤岩动力灾害防治领域中使用的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法。
背景技术
随着煤矿开采深度的增加，煤岩层赋存及矿井水文地质条件越来越复杂，突水灾害呈逐年递增的趋势，已成为严重威胁矿井安全生产的五大灾害之一。矿井顶板突水事故通常具有突发性和继发性，如何对顶板突水灾害进行有效监测预警是预防矿井顶板突水事故的关键。
以“突水系数法”和“下三带理论”为代表方法，往往只能对突水的危险性进行静态分析，不能解决实时动态监测的问题。静态预测模型越简单，预测准确性越差，而预测模型越复杂，需要的地质资料统计量就越大，不利于实际操作。
一些学者提出了利用地球物理方法进行矿井突水预测的技术。当前主要有电法探水技术和微震测试技术。电法探水技术利用电阻率层析成像实时监测地下水活动来进行矿井突水预测，具有实时监测、动态成像等显著优点。不足之处在于，电法勘探是一项接触式技术，需要进行复杂的电极布置，操作方法比较复杂，而且，测量数据需要进行复杂的反演工作才能反映煤岩体的真实含水情况。此外，目前的电法勘探往往是通过人工携带监测仪器进行井下监测，在线监测技术还不成熟。微震测试技术通过探测突水过程煤岩体破裂震动情况监测突水过程，能够确定导水通道的形成过程，不足之处在于微震技术是接触式监测，在长期监测的过程中，采掘活动和人为扰动会造成仪器与煤体接触的松动，对其测试会有很大影响。因此，非接触式矿井突水监测预测技术具有很好的发展前景。
现有的非接触式水害监测预警技术，探测成本较高，而且传感器的布置，探测区域及位置容易受到井下环境的限制，对矿井顶板突水的监测预警难度较大，上述问题目前尚缺乏有效解决办法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术中的不足之处，提供一种操作简单，测试费用低，高效、便捷矿井顶板突水的电磁辐射时空连续监测预警方法。
为实现上述目的，本发明的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，使用相互连接的电磁辐射仪和微机，电磁辐射仪通过绝缘支架固定在待测巷道顶板上，电磁辐射仪上设有接收天线，监测预警步骤如下：
a. 在工作面选择顶板待监测区域，选定测试点，所述顶板待监测区域为以电磁辐射仪的接收天线为中心的球冠状监测范围；所述的测试点位于待测区域中心处，误差不大于1m范围；
b. 在顶板待监测区中的顶板下方测试点处的巷道中利用绝缘支架安装电磁辐射仪，调节绝缘支架的高度使电磁辐射仪和其接收天线距离上方顶板不超过0.5m，接收天线的有效接收方向指向顶板1；
c. 启动电磁辐射仪，电磁辐射仪通过接收天线采集巷道中球冠状监测范围位于顶板中检测区域的电磁辐射信号，包括电磁辐射强度和脉冲数，并将采集信号保存，在不发生突水的情况下，连续采集检测区域的电磁辐射信号七天时间；
d. 电磁辐射仪将七天采集到的电磁辐射数据通过网络发送给微机，微机将接收到的电磁辐射数据以1小时为单位，计算监测期间检测区域的电磁辐射强度E平均值和脉冲数N平均值，并得到电磁辐射强度E与脉冲数N正常变化范围(E min , E max )与(N min , N max )，其中E min >0，N min >0，同时计算得到电磁辐射强度变化率P与脉冲数变化率Q的范围(P min , P max )与(Q min , Q max )，其中P min <0，Q min <0；
定义不发生突水情况时顶板待监测区的电磁辐射强度基准值E b =0.5E min ，脉冲数基准值N b =0.5N min ，强度变化率基准值为P b =2P min ，脉冲数变化率基准值Q b= 2Q min ；
e. 将定义不发生突水情况时的电磁辐射强度基准值E b 、脉冲数基准值N b 、强度变化率基准值为P b 和脉冲数变化率基准值Q b 的数值输入微机作为判别参数，在巷道中需要检测预警的区域的顶板上均利用绝缘支架布置电磁辐射仪，通过网线将所有的电磁辐射仪与微机相连，通过微机给每个电磁辐射仪分配编号，开启所有电磁辐射仪进行连续监测工作；
f. 每一个电磁辐射仪均通过接收天线连续监测对应的工作面顶板检测区域的电磁辐射强度E和脉冲数N，并将监测到的数据打上微机分配的编号发分别送给微机，微机将接收到的数据按照电磁辐射仪的编号分类，分别计算同一编号电磁辐射仪每小时中电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q的平均值，将计算出的平均值与作为判别参数的相对应基准值进行比较；
g. 当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数均高于基准值时，则微机判断电磁辐射仪检测的检测区域内不存在突水危险，微机存储电磁辐射仪发送的数据后继续下一个电磁辐射仪的数据的对比；
当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数有任何一个传输低于作为判别参数的基准值时，则微机判断对应电磁辐射仪的检测区域内有突水危险，微机发出警报，并显示出发现突水危险的电磁辐射仪编号。
所述的以接收天线为中心的球冠状监测范围半径为50m；所述的电磁辐射仪型号为KBD7；通过调节电磁辐射仪连接的接收天线的位置，即可实现对巷道顶板（3）不同区域的。
有益效果：
（1）本方法使用电磁辐射仪对顶板的电磁辐射的变化进行监测预警，煤岩体在地应力作用下会产生一定水平的电磁辐射，由于水能吸收电磁辐射，顶板突水时会引起电磁辐射水平的明显降低，因此可以有效检测出巷道顶板是否突水；
（2）顶板中突水规模越大，则利用电磁辐射仪检测到的电磁辐射降低程度越明显，检测效果好；
（3）使用电磁辐射仪同时监测电磁辐射强度和脉冲数变化范围与基准变化率四个变量，能有效避免漏报情况发生；
（4）改变电磁辐射接收天线的位置能对顶板不同区域的电磁辐射信号进行持续监测，使用多个电磁波辐射仪搭配接收天线实现了对矿井下多区域的顶板突水连续监测预警；
（5）本发明方法简单，操作便捷，最大限度的降低井下的人力需要，能有效降低监测成本。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的电磁波辐射仪工作示意图。
图中：1-顶板，2-锚杆，3-巷道，4-底板，5-绝缘支架，6-电磁辐射仪，7-检测区域，8-接收天线，9-微机。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行详细说明。
本发明的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，在巷道3中使用，所述巷道3上方为设有锚杆2的顶板1，下方为底板4，检测使用相互连接的电磁辐射仪6和微机9，电磁辐射仪6型号为KBD7，微机9为矿用计算机，电磁辐射仪6通过绝缘支架5固定在待测顶板1上，电磁辐射仪6上设有接收天线8，监测预警步骤如下：
在工作面选择顶板待监测区域，选定测试点，在顶板待监测区中的顶板1下方测试点处的巷道3中利用绝缘支架5安装电磁辐射仪6，所述顶板待监测区域为以电磁辐射仪6的接收天线8为中心的球冠状监测区域，以接收天线8为中心的球冠状监测范围半径为50m；调节绝缘支架5的高度使电磁辐射仪6和其接收天线8距离上方顶板1不超过0.5m，，接收天线8的有效接收方向指向顶板1，所述的测试点位于待测区域中心处，误差不大于1m范围；
启动电磁辐射仪6，电磁辐射仪6通过接收天线8采集巷道3中球冠状监测范围位于顶板1中检测区域7的电磁辐射信号，顶板1中检测区域7为球冠状，电磁辐射信号包括电磁辐射强度和脉冲数，并将采集信号保存，在不发生突水的情况下，连续采集检测区域7的电磁辐射信号七天时间；
电磁辐射仪6将七天采集到的电磁辐射数据通过网络发送给微机9，微机9将接收到的电磁辐射数据以1小时为单位，计算监测期间检测区域7的电磁辐射强度E平均值和脉冲数N平均值，并得到电磁辐射强度E与脉冲数N正常变化范围(E min , E max )与(N min , N max )，其中E min >0，N min >0，同时计算得到电磁辐射强度变化率P与脉冲数变化率Q的范围(P min , P max )与(Q min , Q max )，其中P min <0，Q min <0；
定义不发生突水情况时顶板1待监测区的电磁辐射强度基准值E b =0.5E min ，脉冲数基准值N b =0.5N min ，强度变化率基准值为P b =2P min ，脉冲数变化率基准值Q b= 2Q min ；
将定义不发生突水情况时的电磁辐射强度基准值E b 、脉冲数基准值N b 、强度变化率基准值为P b 和脉冲数变化率基准值Q b 的数值输入微机9作为判别参数，在巷道中需要检测预警的区域的顶板1上均利用绝缘支架5布置电磁辐射仪6，通过网线将所有的电磁辐射仪6与微机9相连，通过微机9给每个电磁辐射仪6分配编号，开启所有电磁辐射仪6进行连续监测工作；
每一个电磁辐射仪6均通过接收天线8连续监测对应的工作面顶板1检测区域7的电磁辐射强度E和脉冲数N，并将监测到的数据打上微机9分配的编号发分别送给微机9，微机9将接收到的数据按照电磁辐射仪6的编号分类，分别计算同一编号电磁辐射仪6每小时中电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q的平均值，将计算出的平均值与作为判别参数的相对应基准值进行比较；
当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数均高于基准值时，则微机9判断电磁辐射仪6检测的检测区域7内不存在突水危险，微机9存储电磁辐射仪6发送的数据后继续下一个电磁辐射仪6的数据的对比；
当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数有任何一个传输低于作为判别参数的基准值时，即：E<E b 、N<N b ,、P<P b 、Q< Q b 其中任何一种情况满足时，则微机9判断对应电磁辐射仪6的检测区域7内有突水危险，微机9发出警报，并显示出发现突水危险的电磁辐射仪6编号。
所述的通过调节电磁辐射仪6连接的接收天线8的位置，即可实现对监测顶板1不同区域的。
Claims (4)
1.一种矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，其特征在于：使用相互连接的电磁辐射仪（6）和微机（9），电磁辐射仪（6）通过绝缘支架（5）固定在待测巷道顶板（1）上，电磁辐射仪（6）上设有接收天线（8），监测预警步骤如下：
a. 在工作面选择顶板待检测区域，选定测试点，所述顶板待检测区域为以电磁辐射仪（6）的接收天线（8）为中心的球冠状监测范围；所述的测试点位于顶板待检测区域中心处，误差不大于1m范围；
b. 在顶板待检测区域中的顶板（1）下方测试点处的巷道（3）中利用绝缘支架（5）安装电磁辐射仪（6），调节绝缘支架（5）的高度使电磁辐射仪（6）和其接收天线（8）距离上方顶板不超过0.5m，接收天线（8）有效接收方向指向顶板（1）；
c. 启动电磁辐射仪（6），电磁辐射仪（6）通过接收天线（8）采集巷道（3）中球冠状监测范围位于顶板（1）中检测区域（7）的电磁辐射信号，包括电磁辐射强度和脉冲数，并将采集信号保存，在不发生突水的情况下，连续采集检测区域（7）的电磁辐射信号七天时间；
d. 电磁辐射仪（6）将七天采集到的电磁辐射数据通过网络发送给微机（9），微机（9）将接收到的电磁辐射数据以1小时为单位，计算监测期间检测区域（7）的电磁辐射强度E平均值和脉冲数N平均值，并得到电磁辐射强度E与脉冲数N正常变化范围(最小电磁辐射强度E min ，最大电磁辐射强度E max )与(最小脉冲数N min ，最大脉冲数N max )，其中E min >0，N min >0，同时计算得到电磁辐射强度变化率P与脉冲数变化率Q的范围(最小电磁辐射强度变化率P min ，最大电磁辐射强度变化率P max )与(最小脉冲数变化率Q min ，最大脉冲数变化率Q max )，其中P min <0，Q min <0；
定义不发生突水情况时顶板待检测区域的电磁辐射强度基准值E b =0.5E min ，脉冲数基准值N b =0.5N min ，电磁辐射强度变化率基准值为P b =2P min ，脉冲数变化率基准值Q b= 2Q min ；
e. 将定义不发生突水情况时的电磁辐射强度基准值E b 、脉冲数基准值N b 、电磁辐射强度变化率基准值为P b 和脉冲数变化率基准值Q b 的数值输入微机（9）作为判别参数，在巷道（3）中需要检测预警的区域的顶板（1）上均利用绝缘支架（5）布置电磁辐射仪（6），通过网线将所有的电磁辐射仪（6）与微机（9）相连，通过微机（9）给每个电磁辐射仪（6）分配编号，开启所有电磁辐射仪（6）进行连续监测工作；
f. 每一个电磁辐射仪（6）均通过接收天线（8）连续监测对应的工作面顶板（1）检测区域（7）的电磁辐射强度E和脉冲数N，并将监测到的数据打上微机（9）分配的编号分别发送给微机（9），微机（9）将接收到的数据按照电磁辐射仪（6）的编号分类，分别计算同一编号电磁辐射仪（6）每小时中电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q的平均值，将计算出的平均值与作为判别参数的相对应基准值进行比较；
g. 当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数均高于基准值时，则微机（9）判断电磁辐射仪（6）检测的检测区域（7）内不存在突水危险，微机（9）存储电磁辐射仪（6）发送的数据后继续下一个电磁辐射仪（6）的数据的对比；
当电磁辐射强度E、脉冲数N、电磁辐射强度变化率P和脉冲数变化率Q四个判据参数有任何一个传输低于作为判别参数的基准值时，则微机（9）判断对应电磁辐射仪（6）的检测区域（7）内有突水危险，微机（9）发出警报，并显示出发现突水危险的电磁辐射仪（6）编号。
2.根据权利要求1所述的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，其特征在于：所述的以电磁辐射仪（6）的接收天线（8）为中心的球冠状监测范围半径为50m。
3.根据权利要求1所述的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，其特征在于：所述的电磁辐射仪（6）型号为KBD7。
4.根据权利要求1所述的矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法，其特征在于：通过调节电磁辐射仪（6）连接的接收天线（8）的位置，即可实现对巷道顶板（1）不同区域的监测。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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