[發明專利]基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201911297310.3
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111123365B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 徐洪濤;于師建;賀潤山;張曉穎;劉震
• 申請（專利權）人: 山西石泉煤業有限責任公司;山東科技大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明公開了一種基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統及其使用方法，屬于煤礦安全技術與工程領域。其包括數據采集裝置、數據處理裝置、預警裝置及自然電位監測裝置，自然電位監測裝置包括一個參考電極和至少一個測量電極，每個測量電極對應連接一個數據采集卡，數據采集卡用于將測量電極采集得到的電位信號暫時存儲，在每個數據采集卡的上方設置一個保護裝置；通過自然電位監測裝置對采空區內自然電位進行實時監測。本發明可以實現對采空區自然電位的實時監測，通過數據采集和處理，可以實時監測采空區地下水流動電位信號，能夠對采空區滯后突水的有效預警，有效減輕或防止采空區滯后突水的安全隱患。

技術領域

本發明屬于煤礦安全技術與工程領域，尤其涉及一種基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統及其該系統的使用方法。

背景技術

我國煤礦水文地質條件復雜，工作面內突水時有發生，尤其是采空區滯后突水。采礦中的礦山壓力，對工作面底板具有嚴重的破壞作用，產生新裂隙，并活化原有斷裂構造，一旦滿足突水條件，則會導致底板突水。

目前探測井下水文地質條件的礦井物探的主要方法有無線電透視法、瞬變電磁法、直流電法。無線電透視法主要是探查工作面內部地質構造發育、煤體結構與厚度變化。瞬變電磁法主要用于探測工作面內頂底板及掘進前方的含水性，對低阻體敏感，探測準確率高，但是很容易受到周圍環境的干擾。井下直流電法施工效率高受周圍環境的影響較小，但是井下直流電法主要是對巷道頂、底板水文地質條件進行探測，對工作面內探測無能為力。

上述幾種物探方法存在的問題是只探查工作面開采前的水文地質條件，而對工作面開采過程中或開采后的水文地質條件動態變化無法做到實時監測。

起阻水作用的主要是有效隔水層，如果礦壓對底板破壞深度大，則隔水層厚度相對減小，所以回采過程中隔水層厚度是不斷變化的。采前的探測并不能保證回采后采空區底板的安全，不能實現對煤層底板狀況進行實時監控，更不可能實時探查突水點的水位變化情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統及其使用方法，其可以實現對煤層底板狀況的實時監控，實時探查突水點的水位變化情況，能夠對采空區滯后突水進行有效預警，并有效減輕或防止采空區滯后突水的安全隱患。

本發明的任務之一在于提供一種基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統，其采用了以下技術方案：

一種基于自然電位法的采空區滯后突水預警系統，其包括數據采集裝置、數據處理裝置、預警裝置，還包括自然電位監測裝置，所述的自然電位監測裝置包括一個參考電極和與所述的參考電極連接的至少一個測量電極，所述的參考電極和所有的測量電極均設置在采空區兩側的巷道內，每個測量電極對應連接一個數據采集卡，所述的數據采集卡用于將所述的測量電極采集得到的電位信號暫時存儲，在所述的每個數據采集卡的上方還設置一個保護裝置；

各個數據采集卡采用串行方式連接到所述的數據采集裝置，所述的數據采集裝置同時向各個數據采集卡發出指令，在同一時間將各個測量電極所處位置的電位信號同時提取，或間隔固定的時間對數據進行采集；

所述的數據處理裝置用于將采集的數據按照時間、測量電極編號、電位大小、以及自然電位信號與地下水流動電位的關系進行處理；

所述的預警裝置根據流動電位動態變化大小設置報警閾值，若電位信號超出閾值，立即發出報警信號。

作為本發明的一個優選方案，每個數據采集卡包含一個前置低通濾波器，其用于采集0～5Hz的自然電位信號；每個數據采集卡通過焊接的方式與其對應的測量電極連接。

作為本發明的另一個優選方案，相鄰的測量電極為等間距排布，間距為10m。

進一步優選，所述的參考電極、測量電極均為不極化電極。