CN111123372B - 一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法 - Google Patents

一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法，包括：主机终端、现场主机、控制器和电极串；电极串置于煤矿底板钻孔内，用于检测煤矿底板钻孔周围岩的电场信号；控制器与电极串连接，用于控制电极串对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量；现场主机与控制器连接，用于向控制器发送控制信号，以及接收电极串输出的电场信号，并对电场信号进行处理；主机终端与现场主机连接，用于接收处理后的电场信号，并计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水；该系统能够实时监测底板周围岩的视电阻率和视极化率，达到了快速准确确定煤矿底板的突水情况。

Description

一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法
技术领域
本发明涉及煤矿水防治安全技术领域，尤其涉及一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法。
背景技术
矿井水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的变化过程，在这一变化过程中的不同阶段都有其对应的前兆。微震监测就是要找到导水通道的具体参数，包括时空位置、能量和通道类型，并根据水源、水量和水温等因素的变化情况，结合矿山压力、水文地质等多学科理论，进行突水的超前预测预警。
现有的煤矿底板突水监测方法是通过微震监测或巷道高密度电法监测或矿山围岩压力、变形等方法对煤矿底板进行突水监测。但微震和巷道高密度电法主要是布置在巷道中，而巷道因有机电、皮带、锚网、轨道及电网等设备影响，往往监测结果干扰因素较多，效果不理想，而围岩压力和变形又与突水没有直接相关联的参数；这样容易造成煤矿底板突水监测结果的准确性下降，存在一定的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法，以解决现有监测方法准确度较低而存在安全隐患的问题。
基于上述目的，本发明第一方面提供了一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统，所述突水监测预报系统包括：主机终端、现场主机、控制器和电极串；
所述电极串置于煤矿底板钻孔内，用于检测煤矿底板钻孔周围岩的电场信号；
所述控制器与所述电极串连接，用于控制所述电极串对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量；
所述现场主机与所述控制器连接，用于向所述控制器发送控制信号，以及接收所述电极串输出的电场信号，并对电场信号进行处理；
所述主机终端与所述现场主机连接，用于接收处理后的电场信号，并计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水。
矿山发生水害必须具备的3个条件是水源、水量和导水通道，而激发极化高密度电法可以很好地监测地层结构产生的断层、陷落柱及导水通道发生变化的情况；若产生的结构构造中有水的情况下，激发极化高密度电法的视电阻率值会变小，而视极化率值则会变大；本发明上述突水监测系统通过在煤矿底板设置电极串，再通过现场主机和控制器能够控制电极串对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量，并通过主机终端计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，达到只需探测钻孔周围岩层的视电阻率和视极化率有无变化就能够很好地监测煤矿底板是否存在突水；解决了导水通道(断层、陷落柱)存在极强的局部性和隐蔽性，以及克服巷道的锚杆、锚索、锚网和轨道等对电法探测的干扰因素，提高了突水监测的准确性。
可选地，所述电极串为多个，且分别位于不同的煤矿底板钻孔内，所述控制器与所述电极串的个数相同且一一相连，所述现场主机与多个所述控制器依次串联连接。通过多个电极串的设置，能够同时监测不同位置突水情况，而且能够进行多种电极排列方式，能够获得较丰富的具有断面结构特征的地质信息。
可选地，所述电极串由至少4个电极串联而成，所述电极等间隔分布，且相邻两个所述电极距离为1-5m。
可选地，所述电极包括电路板和铜环，所述电路板和所述铜环连接，所述电路板上设置有控制及放大电路及切换开关，用于控制所述铜环在供电电极和测量电极之间切换，以及放大所述铜环上的电场信号。
可选地，所述现场主机包括中央控制器，以及与所述中央控制器分别连接的发射模块、接收放大处理模块、数字化模块、存储器、光纤网口、人机交互设备和电源；
所述接收放大处理模块和所述发射模块分别与所述控制器连接，分别用于接收放大所述电极串输出的电场信号和向所述控制器发射控制信号；
所述数字化模块与所述接收放大处理模块连接，用于将所述接收放大处理模块接收的信号进行数字化；
所述光纤网口与所述主机终端连接，用于所述主机终端和所述现场主机之间的通信。
可选地，所述突水监测预报系统还包括防爆本安电源，所述防爆本安电源用于为所述现场主机供电。
本发明第二方面提供一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报方法，所述监测预报方法采用上述突水监测预报系统进行，具体包括如下步骤：
(a)在煤矿底板上进行钻孔，并将所述电极串置于钻孔中，再采用水泥浆进行灌封；
(b)采用所述多芯电缆将所述电极串和所述控制器连接，再采用综合控制电缆将所述控制器与所述现场主机连接，所述现场主机通过工业环网光纤与所述主机终端连接；
(c)通过所述主机终端启动所述现场主机进行监测，所述现场主机向所述控制器发出循环控制信号，再通过所述控制器控制所述电极串进行高密度激发极化测量，并将测量数据通过工业环网光纤传输至主机终端，然后，所述主机终端计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水。
可选地，所述变化数据为当前测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率与同一煤矿底板钻孔周围岩参考值的差值；所述参考值为初始测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的平均值。
可选地，所述根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水具体包括：
当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据小于设定值时，且视极化率的变化数据小于视极化率数据的二倍标准差时，确定煤矿底板钻孔周围岩不存在突水；当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据大于等于设定值时，且视极化率的变化数据大于视极化率数据的二倍标准差时，并且出现异常信号的位置是从上往下或从下往上逐渐演变，确定煤矿底板钻孔周围岩存在突水；
所述设定值为被测煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率背景值的二倍标准差。
可选地，所述步骤(c)中，所述主机终端还可以通过所述现场主机和所述控制器单独控制每个所述电极串进行高密度激发极化测量。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法至少包括如下有益效果：
(1)本发明突水监测系统通过在煤矿底板设置电极串，再通过现场主机和控制器能够控制电极串对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量，并通过主机终端计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，达到只需探测钻孔周围岩层的视电阻率和视极化率有无变化就能够很好地监测煤矿底板是否存在突水；解决了导水通道(断层、陷落柱)存在极强的局部性和隐蔽性，以及克服巷道的锚杆、锚索、锚网和轨道等对电法探测的干扰因素，提高了突水监测的准确性。
(2)本发明能够实时监测底板周围岩的视电阻率和视极化率，然而，矿井发生底板突水时首先表现在底板围岩的视电阻率和视极化率的变化，因此，本发明监测系统可以快速准确的监测煤层底板突水情况。
(3)本发明电极串布设可以一次完成，不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为数据的快速和自动测量奠定了基础；此外，煤矿井下数据采集实现了全自动化，可以避免了由于手工操作所出现的错误，与传统的电阻率法相比，本发明监测系统监测成本低、效率高且信息量丰富。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电极串结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电极结构示意图；
图4为本发明实施例提供的现场主机的结构示意图。
图中所示：
1-主机终端；2-现场主机，21-央控制器，22-发射模块，23-接收放大处理模块，24-数字化模块，25-存储器，26-光纤网口，27-人机交互设备；3-控制器；4-电极串；5-煤矿底板钻孔；6-防爆本安电源；7-电极，71-电路板，72-铜环，73-控制及放大电路，74-切换开关。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
矿山发生水害必须具备的3个条件是水源、水量和导水通道，而激发极化高密度电法可以很好地监测地层结构产生的断层、陷落柱及导水通道发生变化的情况；若产生的结构构造中有水的情况下，激发极化高密度电法的视电阻率值会变小，而视极化率值则会变大。
本发明技术方案是通过在煤矿底板的钻孔中设置电极串，通过高密度激发极化法来监测煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化；由于底板钻孔是钻进到煤层以下的底板围岩靠近底板含水层处，底板若会突水则是底板围岩慢慢产生裂纹并被水浸润而使围岩的电阻率降低，而激发极化率增高，本发明根据监测整个钻孔周围围岩的电阻率和激发极化率的演变变化过程可以准确监测煤矿底板突水，大大提高煤矿底板突水监测结果的准确性和实时性。
下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统的结构示意图；如图1所示，该突水监测预报系统包括：主机终端1、现场主机2、控制器3和电极串4；
其中，电极串4为6个，且分别位于不同的煤矿底板钻孔5内，控制器3与电极串4的个数相同且一一相连，现场主机2与多个控制器3依次串联连接，在其他实施例中，电极串4还可以为任意整数个；通过多个电极串4的设置，能够同时监测煤矿底板不同位置突水情况，而且能够进行多种电极排列方式，能够获得较丰富的具有断面结构特征的地质信息；
电极串4用于检测煤矿底板钻孔5周围岩的电场信号；控制器3用于控制电极串4对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量；现场主机2用于向控制器3发送控制信号控制电极串4进行高密度激发极化测量，以及接收电极串4输出的电场信号，并对电场信号进行处理；
主机终端1与现场主机2连接，用于接收处理后的电场信号，并计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水。
进一步地，本发明煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统还包括防爆本安电源6，防爆本安电源6用于为现场主机2供电。
在本发明中对电极串4的具体结构不作严格限制，例如可以采用本领域的常规电极串联而成，具体地，如图2所示，电极串4由至少4个电极7串联而成，电极7等间隔分布，且相邻两个电极7距离为1-5m。通过设置多个电极7，能够实现对煤矿底板钻孔中从上往下或从下往上的检测不同区段之间的周围岩的视电阻率和视极化率，能够确定煤矿底板钻孔周围岩异常信号的演变规律，进而能够准确确定是否存在突水。
其中，如图3所示，电极7包括电路板71和铜环72，电路板71和铜环72连接，电路板71上设置有控制及放大电路73及切换开关74，用于控制铜环72在供电电极和测量电极之间切换，以及放大铜环72上的电场信号；
具体地，切换开关74的个数为4个，分别为A开关、B开关、M开关以及N开关；控制及放大电路73与4个切换开关74分别连接，并根据高密度电法的排列控制关系来控制铜环72来与A开关、B开关、M开关、N开关的连接，实现电极7在供电电极和测量电极之间的切换。
其中，如图4所示，现场主机2包括中央控制器21，以及与中央控制器21分别连接的发射模块22、接收放大处理模块23、数字化模块24、存储器25、光纤网口26、人机交互设备27和电源(图中未示)；
接收放大处理模块23和发射模块22分别与控制器3连接，分别用于接收放大电极串4输出的电场信号和向控制器3发射控制信号；
数字化模块24与接收放大处理模块23连接，用于将接收放大处理模块23接收的信号进行数字化；
光纤网口26与主机终端1连接，用于主机终端1和现场主机2之间的通信；
电源用于为现场主机1中各个模块供电。
其中，现场主机2通过综合控制电缆与控制器3连接，综合控制电缆包括两根第一供电线、两根第一控制线、两根第一电源线、一根第一信号线以及一根第一整体屏蔽线；
具体地，两根第一供电线用于给电极串4进行供电以提供电场信号，两根第一控制线用于现场主机2对控制器3之间进行通信控制，两根第一电源线用于给控制器3供电，一根第一信号线用于传输监测信号，一根第一屏蔽线用于屏蔽外面电磁干扰。
其中，控制器3通过多芯电缆与电极串4连接，多芯电缆包括两根测量线、两根第二供电线、两根第二控制线、两根第二电源线、一根第二信号线和一根第二整体屏蔽线；
具体地，两根第二供电线连接电极串4和两根第一供电线，用于给电极串4提供电场信号；两根第二控制线用于控制器3与电极串4连接，实现控制器3对电极串4的通信控制；两根第二电源线用于为电极7中电路板的供电；两根测量线用于测量经放大后电极串4输出的电场信号，一根第二信号线用于输出放大的电场信号；一根第二屏蔽线用于屏蔽电磁干扰。
本发明实施例还提供了一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报方法，该监测预报方法基于上述实施例1的突水监测预报系统进行，具体包括如下步骤：
(a)在煤矿底板上进行钻孔，并将电极串4置于钻孔5中，再采用水泥浆进行灌封；
(b)采用多芯电缆将电极串4和控制器3连接，再采用综合控制电缆将控制器3与现场主机2连接，现场主机2通过工业环网光纤与主机终端1连接；
(c)通过主机终端1启动现场主机2进行监测，现场主机2向控制器3发出循环控制信号和/或重点关注的某些特殊位置进行监测的信号，再通过控制器3控制所有电极串4或特定位置电极串4进行高密度激发极化测量，并将测量数据通过工业环网光纤传输至主机终端1，然后，主机终端1计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水。
其中，变化数据为当前测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率与同一煤矿底板钻孔周围岩参考值的差值；参考值为初始测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的平均值。
其中，根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水具体包括：
当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据小于设定值时，且视极化率的变化数据小于视极化率数据的二倍标准差时，确定煤矿底板钻孔周围岩不存在突水；当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据大于等于设定值时，且视极化率的变化数据大于视极化率数据的二倍标准差时，并且出现异常信号的位置是从上往下或从下往上逐渐演变，确定煤矿底板钻孔周围岩存在突水；
所述设定值为被测煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率背景值的二倍标准差。
实验例
将本发明煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统置于煤矿工作面巷道中，主机终端1位于地面上，用于启动井下现场主机2、控制器3和电极串4对煤层底板钻孔周围岩5进行高密度激发极化法测量；并将测量结果由井下现场主机2传输给主机终端1，在主机终端1计算分析煤矿底板钻孔5周围岩的视电阻率为300Ω/m(矿井底板视电阻率背景值为400Ω/m，标准差值为25Ω/m)，此时，煤矿底板的视电阻率变小为100Ω/m，100Ω/m大于两倍标准差值(50Ω/m)；同时，在主机终端1计算得到煤矿底板钻孔5周围岩的视极化率为15％(煤矿底板钻孔5周围岩视极化率背景值为8％，标准差值为2％)，此时，煤矿底板钻孔5周围岩的视极化率的变化为7％，7％大于两倍标准差值(4％)；再结合出现异常信号的位置是从上往下或从下往上逐渐演变，确定煤矿底板钻孔5周围岩存在突水；经过以上判断即实现煤层底板钻孔5周围岩的突水监测预报。
本发明煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法通过在煤矿底板设置电极串4，再通过现场主机2和控制器3能够控制电极串4对煤矿底板钻孔5周围岩进行高密度激发极化测量，并通过主机终端1计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，达到只需探测钻孔周围岩层的视电阻率和视极化率有无变化就能够很好地监测煤矿底板是否存在突水；解决了导水通道(断层、陷落柱)存在极强的局部性和隐蔽性，以及克服巷道的锚杆、锚索、锚网和轨道等对电法探测的干扰因素，提高了突水监测的准确性。
此外，本发明电极串4布设可以一次完成，不仅减少了因电极串4设置而引起的故障和干扰，而且为数据的快速和自动测量奠定了基础；另外，煤矿井下数据采集实现了全自动化，可以避免了由于手工操作所出现的错误，与传统的电阻率法相比，本发明监测系统监测成本低、效率高且信息量丰富。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统，其特征在于，包括：主机终端、现场主机、控制器和电极串；
所述电极串置于煤矿底板钻孔内，用于检测煤矿底板钻孔周围岩的电场信号；
所述控制器与所述电极串连接，用于控制所述电极串对煤矿底板钻孔周围岩进行高密度激发极化测量；
所述现场主机与所述控制器连接，用于向所述控制器发送控制信号，以及接收所述电极串输出的电场信号，并对电场信号进行处理；
所述主机终端与所述现场主机连接，用于接收处理后的电场信号，并计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水；
所述电极串由至少4个电极串联而成，所述电极等间隔分布，且相邻两个所述电极距离为1-5m；
所述电极包括电路板和铜环，所述电路板和所述铜环连接，所述电路板上设置有控制及放大电路及切换开关，用于控制所述铜环在供电电极和测量电极之间切换，以及放大所述铜环上的电场信号。
2.根据权利要求1所述的突水监测预报系统，其特征在于，所述电极串为多个，且分别位于不同的煤矿底板钻孔内，所述控制器与所述电极串的个数相同且一一相连，所述现场主机与多个所述控制器依次串联连接。
3.根据权利要求1所述的突水监测预报系统，其特征在于，所述现场主机包括中央控制器，以及与所述中央控制器分别连接的发射模块、接收放大处理模块、数字化模块、存储器、光纤网口、人机交互设备和电源；
所述接收放大处理模块和所述发射模块分别与所述控制器连接，分别用于接收放大所述电极串输出的电场信号和向所述控制器发射控制信号；
所述数字化模块与所述接收放大处理模块连接，用于将所述接收放大处理模块接收的信号进行数字化；
所述光纤网口与所述主机终端连接，用于所述主机终端和所述现场主机之间的通信。
4.根据权利要求1所述的突水监测预报系统，其特征在于，所述突水监测预报系统还包括防爆本安电源，所述防爆本安电源用于为所述现场主机供电。
5.一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的突水监测预报系统进行，具体包括如下步骤：
(a)在煤矿底板上进行钻孔，并将所述电极串置于钻孔中，再采用水泥浆进行灌封；
(b)采用多芯电缆将所述电极串和所述控制器连接，再采用综合控制电缆将所述控制器与所述现场主机连接，所述现场主机通过工业环网光纤与所述主机终端连接；
(c)通过所述主机终端启动所述现场主机进行监测，所述现场主机向所述控制器发出循环控制信号，再通过所述控制器控制所述电极串进行高密度激发极化测量，并将测量数据通过工业环网光纤传输至主机终端，然后，所述主机终端计算煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的变化数据，再根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水。
6.根据权利要求5所述的突水监测预报方法，其特征在于，所述变化数据为当前测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率与同一煤矿底板钻孔周围岩参考值的差值；所述参考值为初始测试的煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率和视极化率的平均值。
7.根据权利要求5所述的突水监测预报方法，其特征在于，所述根据变化数据确定煤矿底板钻孔周围岩是否存在突水具体包括：
当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据小于设定值时，且视极化率的变化数据小于视极化率数据的二倍标准差时，确定煤矿底板钻孔周围岩不存在突水；当煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率的变化数据大于等于设定值时，且视极化率的变化数据大于视极化率数据的二倍标准差时，并且出现异常信号的位置是从上往下或从下往上逐渐演变，确定煤矿底板钻孔周围岩存在突水；
所述设定值为被测煤矿底板钻孔周围岩的视电阻率背景值的二倍标准差。
8.根据权利要求5所述的突水监测预报方法，其特征在于，所述(c)中，所述主机终端还可以通过所述现场主机和所述控制器单独控制每个所述电极串进行高密度激发极化测量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114088782B (zh) * 2021-10-18 2022-05-17 中国矿业大学 一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114087015A (zh) * 2021-11-12 2022-02-25 中国矿业大学 一种矿山固废处置与工作面过陷落柱协同方法
CN114089440B (zh) * 2021-11-22 2023-12-12 山东科技大学 一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统
CN217305563U (zh) * 2022-03-30 2022-08-26 河南省许昌新龙矿业有限责任公司 一种互联式矿井突水灾害微地震监测系统
CN116699707B (zh) * 2023-08-01 2023-10-13 北京建工环境修复股份有限公司 一种地表激发极化探测集成装置及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660411A (zh) * 2009-05-08 2010-03-03 中国矿业大学(北京) 一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法
CN103529488A (zh) * 2013-09-30 2014-01-22 武汉长盛煤安科技有限公司 矿井顶底板突水监测预报系统及方法
CN110361783A (zh) * 2019-08-01 2019-10-22 神华神东煤炭集团有限责任公司 顶板变形监测方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173140A (en) * 1978-02-03 1979-11-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Trigger device for explosion barrier
US4295096A (en) * 1978-12-20 1981-10-13 Conoco, Inc. Electrode prospecting method providing calculable electromagnetic coupling for the indirect detection of hydrocarbon reservoirs
US4642570A (en) * 1983-03-25 1987-02-10 Conoco Inc. Method and apparatus for complex resistivity measurements with elimination of electromagnetic coupling effects
JP4311745B2 (ja) * 2003-07-16 2009-08-12 キヤノン株式会社 地中探査装置、システム及び方法
US7233150B2 (en) * 2004-06-18 2007-06-19 Schlumberger Technology Corporation While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics
US7773883B1 (en) * 2007-05-04 2010-08-10 Vello Systems, Inc. Single-fiber optical ring networks based on optical double sideband modulation
CN202001063U (zh) * 2010-07-15 2011-10-05 北京华安奥特科技有限公司 矿井底板水害预警系统
US8680866B2 (en) * 2011-04-20 2014-03-25 Saudi Arabian Oil Company Borehole to surface electromagnetic transmitter
US8873334B2 (en) * 2013-03-05 2014-10-28 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Correlation techniques for passive electroseismic and seismoelectric surveying
CN104135373B (zh) * 2014-08-01 2017-10-31 淮南润成科技股份有限公司 矿用传感器信号分离器
CN105044790B (zh) * 2015-06-23 2017-07-25 华中科技大学 一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统及方法
CN110552741B (zh) * 2019-09-09 2021-01-19 中煤科工集团西安研究院有限公司 一种采煤工作面底板突水综合监测与预警系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660411A (zh) * 2009-05-08 2010-03-03 中国矿业大学(北京) 一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法
CN103529488A (zh) * 2013-09-30 2014-01-22 武汉长盛煤安科技有限公司 矿井顶底板突水监测预报系统及方法
CN110361783A (zh) * 2019-08-01 2019-10-22 神华神东煤炭集团有限责任公司 顶板变形监测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
综合物探勘查陷落柱及充水性的应用研究;潘西平，等;《山西建筑》;20050430;第31卷(第7期);79-80 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114088782B (zh) * 2021-10-18 2022-05-17 中国矿业大学 一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法

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