CN114089440B - 一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统，涉及矿山灾害防治技术领域，方法包括：根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；根据时空节点得到突水灾变阶段；根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定构造活化阶段是否活化；当构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据微震信号预测突水导升阶段的突水导升路线；对突水导升路线和突水位置进行预警和防控，并对突水导升路线和突水位置进行监测；当监测到突水导升路线形成完整的突水通道，对通道形成演变阶段的突水通道进行预警和防控。本发明能针对不同突水灾变阶段进行治理，形成完整的突水防控技术体系。
Description
技术领域
本发明涉及矿山灾害防治技术领域，特别是涉及一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统。
背景技术
水害是中国煤炭行业的主要灾害之一，对煤炭资源的安全回采和人民的生命财产带来了巨大威胁。随着矿井逐渐转入深部开采，水文地质条件较浅部更为复杂，探查和治理难度明显加大，煤炭开采受水压威胁更为严峻，造成事故多发且难以预测和防控。
煤矿深部开采突水灾害，即矿山岩体采动构造活化突水灾变呈现出突发性、滞后性、隐蔽性等特征。矿山岩体采动构造活化突水是在地应力、采动应力等外力和承压水等多种因素共同作用下，采场围岩应力场能量释放、构造发生活化、隔水煤岩体结构失稳破坏造成裂隙产生贯通、突水导升，并形成宏观突水通道的过程。
目前，传统构造水害监测方法多为单一监测系统，例如微震监测系统、矿井瞬变电磁探查技术、矿用水文监测系统、矿井直流电法等物探技术，防治技术多为超前探水进行抽水泵抽水、建水闸门或防水煤柱堵水、注浆堵水等。传统深部构造水害监测及防治技术单一，防控针对性不强，即无法针对不同突水灾变阶段进行治理，未形成完整的突水防控技术体系，采动突水致灾已成为煤矿深部开采安全生产中的重大隐患和焦点问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统，以针对不同突水灾变阶段进行治理，形成完整的突水防控技术体系。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法，所述方法包括：
根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；所述因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；所述时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成；
根据所述时空节点得到突水灾变阶段；所述突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段；
根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定所述构造活化阶段是否活化；所述微震信号是由微震监测系统获取到的；
当所述构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据所述微震信号预测所述突水导升阶段的突水导升路线；所述突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的；
对所述突水导升路线和所述突水位置进行预警和防控，并对所述突水导升路线和所述突水位置进行监测；
当监测到所述突水导升路线形成完整的突水通道，对所述通道形成演变阶段的所述突水通道进行预警和防控。
可选地，所述根据所述时空节点得到突水灾变阶段，具体包括：
将所述应力平衡和所述应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段；
将所述应力剧变和所述裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段；
将所述裂隙扩展和所述通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段。
可选地，所述根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定所述构造活化阶段是否活化，具体包括：
根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定所述构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定所述构造活化阶段活化。
可选地，所述根据所述微震信号预测所述突水导升阶段的突水导升路线，具体包括：
根据所述微震信号进行构造活化位置和扩展裂隙的时空定位；
根据所述时空定位预测所述突水导升阶段的突水导升路线。
本发明还提供了如下方案：
一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控系统，所述系统包括：
时空节点划分模块，用于根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；所述因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；所述时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成；
突水灾变阶段得到模块，用于根据所述时空节点得到突水灾变阶段；所述突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段；
活化确定模块，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定所述构造活化阶段是否活化；所述微震信号是由微震监测系统获取到的；
突水导升路线预测模块，用于当所述构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据所述微震信号预测所述突水导升阶段的突水导升路线；所述突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的；
监测模块，用于对所述突水导升路线和所述突水位置进行预警和防控，并对所述突水导升路线和所述突水位置进行监测；
预警和防控模块，用于当监测到所述突水导升路线形成完整的突水通道，对所述通道形成演变阶段的所述突水通道进行预警和防控。
可选地，所述突水灾变阶段得到模块具体包括：
构造活化阶段划分单元，用于将所述应力平衡和所述应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段；
突水导升阶段划分单元，用于将所述应力剧变和所述裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段；
通道形成演变阶段划分单元，用于将所述裂隙扩展和所述通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段。
可选地，所述活化确定模块具体包括：
活化确定单元，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定所述构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定所述构造活化阶段活化。
可选地，所述突水导升路线预测模块具体包括：
时空定位单元，用于根据所述微震信号进行构造活化位置和扩展裂隙的时空定位；
突水导升路线预测单元，用于根据所述时空定位预测所述突水导升阶段的突水导升路线。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开的构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统，通过对突水过程划分时空节点，根据时空节点划分出构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段，针对构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段分别进行预警和防控，实现了采用分阶段防控治理方法体系，防控针对性强，能够准确有效针对不同突水灾变阶段进行治理，形成了完整的突水防控技术体系。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法实施例的流程图；
图2为本发明第一阶段构造活化示意图；
图3为本发明第二阶段突水导升示意图；
图4为本发明第三阶段通道形成示意图；
图5为本发明构造活化突水灾变预警与分阶段防控系统实施例的结构图；
符号说明：1-含水层，2-承压水导升带，3-隔水层，4-底板破坏带，5-煤层，6-断层构造，7-突水通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法及系统，以针对不同突水灾变阶段进行治理，形成完整的突水防控技术体系。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法实施例的流程图。参见图1，该构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法包括：
步骤101：根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成。
该步骤101基于构造活化突水灾变整个时空演化过程的应力、岩体位移、水压、水量、水位等多因素变化规律，将突水过程中划分出应力平衡、应力剧变、裂隙扩展、通道形成等显著变化的重要时空节点，具体为：
采动未开始时底板处于应力平衡状态；煤层开采后围岩应力发生变化，应力重新分布，底板应力剧变，由矿用应力监测系统可测得，划分出应力剧变节点；随着应力剧烈变化重新分布，岩体发生位移，隔水层内裂隙周围出现翼状裂隙，裂隙组数逐渐增多，形成局部化剪切裂隙带，划分出裂隙扩展节点，通过裂隙探测仪可测得裂隙扩展情况；承压水沿裂隙扩展方向向上导升与底板破坏带连通，形成完整突水通道，水位、水量急剧上升，划分出通道形成节点。
其中，多因素变化规律根据多年来矿山采动发生的突水灾变事故总结规律得到。
步骤102：根据时空节点得到突水灾变阶段；突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段。
该步骤102具体包括：
将应力平衡和应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段。
将应力剧变和裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段。
将裂隙扩展和通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段。
该步骤102将两个节点之间的过程分为构造活化阶段、突水导升阶段、通道形成演变阶段等多个重要灾变阶段；根据应力因素显著变化情况(即步骤101中的应力因素变化规律)将应力平衡到应力剧变划分为构造活化阶段；根据岩体位移、水压水位等因素将应力剧变到裂隙扩展可划分为突水导升阶段；根据水量水位变化因素将裂隙扩展到通道形成可划分为第三阶段通道形成演变(通道形成演变阶段)。
其中，突水导升阶段中水位变化是从含水层导升到各裂隙带中，水位上升量不定且比较分散，而该阶段水位变化是裂隙带贯通形成通道后水位直接导升至工作面，水位上升量大且集中于突水通道，水参数在突水导升和通道形成皆有影响。
步骤103：根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定构造活化阶段是否活化；微震信号是由微震监测系统获取到的。
该步骤103具体包括：
根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定构造活化阶段活化。
步骤104：当构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据微震信号预测突水导升阶段的突水导升路线；突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的。
该步骤104中，根据微震信号预测突水导升阶段的突水导升路线，具体包括：
根据微震信号进行构造活化位置和扩展裂隙的时空定位。
根据时空定位预测突水导升阶段的突水导升路线。
步骤105：对突水导升路线和突水位置进行预警和防控，并对突水导升路线和突水位置进行监测。
步骤106：当监测到突水导升路线形成完整的突水通道，对通道形成演变阶段的突水通道进行预警和防控。
该步骤103-步骤106依据各阶段中应力、位移、水参数、能量等关键突变特征，综合分析、判别构造活化、突水导升、通道贯通等，结合微震监测、矿用电法等物探手段进行智能识别预警，具体包括：
针对第一阶段，即图2所示的构造活化阶段：
主要基于岩石能量、应力等参数获取工具，如微震监测系统获得围岩破坏贯通产生的微震信号，进行构造活化预警。微震信号即设备捕捉到的岩石破裂产生微小震动释放的能量，微震信号即微震事件。应力可用矿用应力监测系统测得，位移可由裂隙探测仪测得，水参数可由矿用水文监测仪、矿用电法监测系统测得，能量和微震事件可由微震监测设备测得。
其中，微震监测系统和矿用电法监测系统均为现有设备。矿用电法监测系统可用于顶底板导水通道发育过程监测、顶底板突水和顶板溃水预警、底板承压水导升高度监测。通过微震监测系统布置在采掘空间内的多组高灵敏度检波器捕捉构造附近岩石破裂产生的微小震动信号，以此进行构造活化位置和扩展裂隙的时空定位，通过微震信号频次和能量变动判断构造活化情况。高灵敏检波器将捕捉到的微震信号传输至地面监测平台，平台根据三维可视化系统中显示的构造附近圆圈大小以及密集程度判断构造是否活化，信号圆圈越大表示微震能量越大，信号圆圈越密集表示微震频次越高，同一区域微震信号频次和能量大幅度增加则表示构造有活化迹象。
从应力平衡到应力剧变可划分为第一阶段构造活化。开采过程中，开采和掘进导致岩体所受应力超过了其屈服极限，打破了原有的应力平衡状态，在地应力、采动应力等外力作用下采场围岩应力场能量释放，底板岩体卸载后应力松弛，此时应力为了达到平衡重新分布，应力大小急剧变化，构造发生活化，该阶段的岩石能量和应力是突水过程中的关键特征参数，也是容易借助物探手段监测到的现象。在该阶段，可以通过布置在采掘空间内的多组高灵敏度检波器捕捉构造附近岩石破裂产生的微小震动信号，以此进行构造活化位置的时空定位，通过微震信号频次和能量变动判断构造活化情况，平台三维可视化系统中显示的构造附近信号圆圈越大表示微震能量越大，信号圆圈越密集表示微震频次越高，同一区域微震信号频次和能量大幅度增加则表示岩石能量和应力剧烈变化，构造有活化迹象，应进行加固处理。针对预警结果进行防控，第一阶段微震监测系统中监测到构造附近微震信号圆圈较大且密集则表明构造活化需预警，针对预警结果应采取人工强制放顶等措施对底板进行加固，加快应力重新分布速度，缩短应力达到平衡时间，降低底板破坏程度。
针对第二阶段，即图3所示的突水导升阶段：
主要基于应力与水参数相结合获取判别，即获取第一阶段是否活化的判别结果，在第一阶段构造活化后才有可能发生第二阶段突水导升，如微震监测系统与矿用电法监测耦合手段，探测水开始导升进行灾变预警；基于微震监测系统对应力变化感应产生的微震信号对构造活化位置和扩展裂隙时空定位预测突水导升路线(突水导升通道是由裂隙贯通产生，故构造活化位置和裂隙距离较近处及裂隙扩展较快处更容易导致裂隙带相互贯通形成完整通道，以此预测突水路线)，基于矿用电法监测系统对水位、水量的感应确定具体突水位置，将两者信息结合可以判断突水通道形成路径，并提前进行注浆处理加以巩固，以此联合智能预警。由于可能形成完整突水通道的路径并不唯一，提前注浆是对底板中所有有可能形成完整突水通道的裂隙进行注浆加固。
其中，突水通道形成路径即突水导升路线，突水位置是突水导升路线中的某一位置，突水位置是指水已经上升到的地方，但此时还未形成完整突水通道，故突水位置是指水在裂隙带中已经导升的高度，裂隙有很多，所以突水位置也有很多。
从应力剧变到裂隙扩展可划分为第二阶段突水导升。煤层底板隔水层内存在许多天然的缺陷裂隙群，降低了底板隔水层强度及完整性，进而降低了底板隔水层阻水能力。随着应力剧烈变化重新分布，隔水层内裂隙周围出现翼状裂隙，裂隙组数逐渐增多，形成局部化剪切裂隙带。由于承压水的渗水软化和压裂扩容的相互作用、相互促进，底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方向进一步扩展，与周围裂隙带逐步沟通，导致裂隙扩展，承压水沿裂隙扩展方向向上导升，可以基于应力与水参数相结合的关键特征进行构造活化时空定位并预测突水导升路线和矿用电法监测系统确定具体突水位置联合智能预警。其中矿用电法监测系统是根据监测电极电阻率变化判断突水位置，电阻率越低，地面服务器中显示的该处颜色越红，表示该处突水越严重。针对突水导升阶段中智能预警感知得到的突水路径应及时进行注浆封堵处理。第二阶段微震监测系统监测到隔水层内裂隙附近微震信号圆圈较大且密集，同时矿用电法监测系统监测到该裂隙电阻率极低即裂隙内部已有承压水则表明突水导升，针对预警结果应通过使用注浆加固材料及成套注浆装备，对底板裂隙附近进行注浆封堵处理，即针对突水位置和突水通道的预警结果进行注浆处理加以巩固。
针对第三阶段，即图4所示的通道形成演变阶段：
主要基于水参数等获取工具、矿用电法监测系统，对突水形成的灾变通道进行预警。根据不同阶段突变特征智能预警感知到的信号变化，判别过程节点、阶段，进行采取合理化针对性防控措施治理。矿用电法监测系统是根据监测电极电阻率变化判断突水位置，突水位置是指水已经上升到的地方，随着裂隙逐渐贯通，突水位置也会上升，若形成了完整突水通道，突水位置会很快涌至工作面。电阻率越低，地面服务器中显示的该处颜色越红，表示该处突水越严重。矿用电法监测系统基于此原理对采动破坏进行动态监测，监测设备布置于工作面两侧巷道中，利用局部光纤和井下工业环网，通过地面服务器远程监测回采工作面围岩破坏情况以及突水导升过程。简单来说，通道形成演变阶段主要是监测突水导升阶段得到的结果(包括突水导升路线和突水位置)是否变严重，如果发现颜色变化则表示情况严重，立即进行预警。
其中，监测电极就是矿用电法监测系统安装在底板中的探头，与微震监测系统的检波器类似，可以铺设很多根监测电极，每个监测电极都有一定的监测范围，监测范围内裂隙中出现水就会导致监测到的电阻率降低。
从裂隙扩展到通道形成可划分为第三阶段通道形成演变。随着承压水沿裂隙扩展方向向上导升，最终会与底板破坏带连通，形成完整突水通道并导致突水事故发生。通道形成演变阶段期间承压水会在应力的作用下水位不断上升直至通道贯通造成工作面突水，危害矿井安全生产和人身安全。在该阶段，可以基于水参数的关键特征通过矿用电法监测系统监测到完整连续的红色线条，表明该路径监测到的全部为低电阻率，即该路径已经形成了完整的突水通道，该阶段应进行泄压注浆治理，即针对预警结果应选择合适安全的地方进行钻孔，人为改变原有突水路径，形成新突水通道，并通过抽水设备将水抽出排至地表进行泄压，然后使用高压注浆机在钻孔处注浆治理。
本发明提供了一种矿山岩体采动构造活化突水灾变智能预警与分阶段防控方法，根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的应力、位移、水压、水量、水位等多因素变化将突水过程划分出应力剧变、裂隙扩展、通道形成、承压水导升等显著变化的重要时空节点，将两个节点之间的过程划分为阶段并根据各阶段特征进行相应预警及治理，有效处理了现有条件下采矿极易引发突水安全事故的问题，根据分阶段防控方法，具有能对矿井深部含水构造威胁条件下工作面采动不同时期采用不同措施，进而有效防控突水的良好效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)采用分阶段防控治理方法体系，防控针对性强，能够准确有效针对不同突水灾变阶段进行治理，形成完整的突水防控技术体系。
(2)可以将微震监测系统中的检波器与矿用电法监测系统中的监测电极融为一体进行耦合监测，两个监控系统在时间和空间上达到同步则能更精准判断突水情况及预测突水路径，较传统深部构造水害监测技术的准确度和时效性更高。
图5为本发明构造活化突水灾变预警与分阶段防控系统实施例的结构图。参见图5，该构造活化突水灾变预警与分阶段防控系统包括：
时空节点划分模块501，用于根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成。
突水灾变阶段得到模块502，用于根据时空节点得到突水灾变阶段；突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段。
该突水灾变阶段得到模块502具体包括：
构造活化阶段划分单元，用于将应力平衡和应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段。
突水导升阶段划分单元，用于将应力剧变和裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段。
通道形成演变阶段划分单元，用于将裂隙扩展和通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段。
活化确定模块503，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定构造活化阶段是否活化；微震信号是由微震监测系统获取到的。
该活化确定模块503具体包括：
活化确定单元，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定构造活化阶段活化。
突水导升路线预测模块504，用于当构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据微震信号预测突水导升阶段的突水导升路线；突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的。
该突水导升路线预测模块504具体包括：
时空定位单元，用于根据微震信号进行构造活化位置和扩展裂隙的时空定位。
突水导升路线预测单元，用于根据时空定位预测突水导升阶段的突水导升路线。
监测模块505，用于对突水导升路线和突水位置进行预警和防控，并对突水导升路线和突水位置进行监测。
预警和防控模块506，用于当监测到突水导升路线形成完整的突水通道，对通道形成演变阶段的突水通道进行预警和防控。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控方法，其特征在于，所述方法包括：
根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；所述因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；所述时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成；
根据所述时空节点得到突水灾变阶段，具体包括：将所述应力平衡和所述应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段；将所述应力剧变和所述裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段；将所述裂隙扩展和所述通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段；所述突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段；
根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定所述构造活化阶段是否活化，具体包括：根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定所述构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定所述构造活化阶段活化；所述微震信号是由微震监测系统获取到的；
当所述构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据所述微震信号预测所述突水导升阶段的突水导升路线；所述突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的；矿用电法监测系统是根据监测电极电阻率变化判断突水位置，电阻率越低，表示突水越严重；
对所述突水导升路线和所述突水位置进行预警和防控，并对所述突水导升路线和所述突水位置进行监测；
当监测到所述突水导升路线形成完整的突水通道，对所述通道形成演变阶段的所述突水通道进行预警和防控；针对突水导升阶段：微震监测系统与矿用电法监测耦合手段，探测水开始导升进行灾变预警；将微震监测系统中的检波器与矿用电法监测系统中的监测电极融为一体进行耦合监测，两个监控系统在时间和空间上达到同步判断突水情况及预测突水路径；基于微震监测系统对应力变化感应产生的微震信号对构造活化位置和扩展裂隙时空定位预测突水导升路线，基于矿用电法监测系统对水位、水量的感应确定具体突水位置，将两者信息结合判断突水通道形成路径，并提前进行注浆处理加以巩固，以此联合智能预警。
2.一种构造活化突水灾变预警与分阶段防控系统，其特征在于，所述系统包括：
时空节点划分模块，用于根据构造活化突水灾变整个时空演化过程的因素变化规律，对突水过程划分时空节点；所述因素变化规律包括应力变化规律、岩体位移变化规律、水压变化规律、水量变化规律和水位变化规律；所述时空节点包括应力平衡、应力剧变、裂隙扩展和通道形成；
突水灾变阶段得到模块，用于根据所述时空节点得到突水灾变阶段；所述突水灾变阶段包括构造活化阶段、突水导升阶段和通道形成演变阶段；所述突水灾变阶段得到模块具体包括：构造活化阶段划分单元，用于将所述应力平衡和所述应力剧变之间的过程划分为构造活化阶段；突水导升阶段划分单元，用于将所述应力剧变和所述裂隙扩展之间的过程划分为突水导升阶段；通道形成演变阶段划分单元，用于将所述裂隙扩展和所述通道形成之间的过程划分为通道形成演变阶段；
活化确定模块，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号，确定所述构造活化阶段是否活化；所述微震信号是由微震监测系统获取到的；所述活化确定模块具体包括：活化确定单元，用于根据采掘空间内构造附近岩石破裂产生的微震信号的频次和能量变动确定所述构造活化阶段是否活化；当同一区域微震信号的频次和能量大幅度增加，确定所述构造活化阶段活化；
突水导升路线预测模块，用于当所述构造活化阶段活化，进行构造活化预警和防控，并根据所述微震信号预测所述突水导升阶段的突水导升路线；所述突水导升路线中的突水位置是由矿用电法监测系统获取到的；矿用电法监测系统是根据监测电极电阻率变化判断突水位置，电阻率越低，表示突水越严重；
监测模块，用于对所述突水导升路线和所述突水位置进行预警和防控，并对所述突水导升路线和所述突水位置进行监测；
预警和防控模块，用于当监测到所述突水导升路线形成完整的突水通道，对所述通道形成演变阶段的所述突水通道进行预警和防控；针对突水导升阶段：微震监测系统与矿用电法监测耦合手段，探测水开始导升进行灾变预警；将微震监测系统中的检波器与矿用电法监测系统中的监测电极融为一体进行耦合监测，两个监控系统在时间和空间上达到同步判断突水情况及预测突水路径；基于微震监测系统对应力变化感应产生的微震信号对构造活化位置和扩展裂隙时空定位预测突水导升路线，基于矿用电法监测系统对水位、水量的感应确定具体突水位置，将两者信息结合判断突水通道形成路径，并提前进行注浆处理加以巩固，以此联合智能预警。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN109405880A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 东北大学 | 一种浅部采空区地表与地下相结合监测预警系统及方法 |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111123372B (zh) * | 2019-12-24 | 2020-11-17 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤矿底板钻孔激发极化法突水监测预报系统及方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN109405880A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 东北大学 | 一种浅部采空区地表与地下相结合监测预警系统及方法 |
| CN110671153A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-10 | 山东大学 | 用于隧道及地下工程突涌水灾害的监测预警系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张集煤矿Fs866导水断层注浆治理及微震监测断层活化技术探讨;魏廷双;《北京工业职业技术学院学报》;第15卷(第3期);第110-115页 * |
| 深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究;张士川 等;《岩土力学》;第36卷(第11期);第3111-3120页 * |
| 矿井工作面底板突水安全预警系统构建研究;隋海波 等;《矿业安全与环保》;第36卷(第1期);第58-60页 * |
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