[發明專利]基于核磁傳感器的煤礦井下含水量實時監測系統及方法

有效

• 申請號: 202110711039.4
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113309575B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 翟成;唐偉;孫勇;徐吉釗;叢鈺洲;鄭仰峰;李宇杰;黃婷;王宇;王帥
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種基于核磁傳感器的煤礦井下含水量實時監測系統及方法，適用于煤礦井下使用。包括設置在煤層中的核磁探測系統，核磁探測系統通過井下電纜連接有井下分站，井下分站通過電纜與設置在地面的地面基站連接，地面基站通過無線信號與指揮中心連接；巷道掘進期間，在鉆場內向煤層、煤層頂底板打鉆孔安裝玻纖筒，玻纖筒內裝有微核磁傳感器，并可在鋼絲牽引下實現微核磁傳感器在玻纖筒內的移動，傳感器采集到的回波信號又實時的傳回地面指揮中心。其結構簡單，使用效果好，能夠快速準確的獲取煤巖體內的含水量信息。

技術領域

本發明涉及一種煤礦井下含水量實時監測系統及方法，尤其適用于煤礦井下使用的一種基于核磁傳感器的煤礦井下含水量實時監測系統及方法，屬于煤礦防突水的預警技術。

背景技術

礦井水害是煤礦重點災害之一，每年因水害事故造成的礦業經濟損失量巨大并嚴重威脅職工生命安全。建立可靠完善的礦井突涌水害實時監測系統是防治事故發生、保障人員安全、減少經濟損失的基礎屏障，意義重大。現如今，對礦井水害的精準描述較為困難，相關經驗公式和參數指標的建立多依賴于煤層靜態參數和前人經驗，如煤層采高及埋深、頂底板巖性、局部地質構造等。即便考慮礦山壓力、含水層壓力等動態參數，但由于其間接性、地質賦存的復雜性、影響因素的多元性等也使得礦井水害的精準預測十分困難。

科學技術提高了裝備水平，在線監測彌補了前人經驗的不足。當前礦井水害的主要監測方法為電法和微震，即以電信號和聲信號的變化反演水源賦存狀態。靳德武等考慮了應力、應變、原生裂隙和水溫4方面因素，建立了煤層底板突水監測系統，相關參數的采集通過相應的傳感器；劉斌等提出了突水過程電阻率約束反演成像實時監測方法，利用灰度相關系數理論定量評價了突水過程中的電阻率反演圖像特征；劉樹才等公開了一種礦井突水垂直電性源TEM實時監測系統，以監測巷道掘進及工作面回采過程中的突水狀況；姜福興等通過微震監測技術預測井下突水危險，通過巖體破裂信號間接反映水源狀態。

上述聲、電方法皆為間接反映介質水源，未立足于‘水信號’的變化，難以實現礦井網絡化監測且線路復雜。突涌水事故在發生時伴隨著較高的聲、電信號，可通過微震和電法探測，對于突涌水發生的前兆信息并不能及時感知，因此其預警時間十分有限。氫質子核磁共振技術可通過激發磁場探測介質中的氫元素含量，因而可以直接推斷介質的含水狀態，長期實時監測還可總結水分遷移規律，做到超前預警，因此核磁共振技術在礦山突涌水防治中具有重大應用價值。

發明內容

針對現有技術的不足之處，提供一種結構簡單，使用效果好，使用靈活的基于核磁傳感器的煤礦井下含水量實時監測系統及方法。

為實現上述技術目的，本發明基于核磁傳感器的煤礦井下含水量實時監測系統，包括設置在煤層中的核磁探測系統，核磁探測系統通過井下電纜連接有井下分站，井下分站通過電纜與設置在地面的地面基站連接，地面基站通過無線信號與指揮中心連接；

所述核磁探測系統包括玻纖筒，玻纖筒內設有微核磁傳感器，微核磁傳感器通過提拉鋼絲與設置在玻纖筒外側的轉輪相連接，其中微核磁傳感器還通過信號線連接有設置在玻纖筒外側的核磁控制器，控制器用以控制微核磁傳感器所發射的射頻脈沖和回波信號的采集；

所述玻纖筒為長度可調的密封結構，包括多節能夠首尾連接的連接玻纖筒，連接玻纖筒的底部設有玻纖筒底部，頂部設有玻纖筒頂蓋，其中連接玻纖筒的數量根據需要設定，通過加減連接玻纖筒改變玻纖筒的長度，其中連接玻纖筒之間以及玻纖筒底部、玻纖筒頂蓋通過螺紋連接；玻纖筒內側與微核磁傳感器外側之間等間距設有四組支撐臺，便于微核磁傳感器在玻纖筒內滑動。

微核磁傳感器前端和后端均覆蓋有墊塊，微核磁傳感器的前端設有用以連接提拉鋼絲的固定扣，微核磁傳感器的后端連接有信號線，信號線延伸出玻纖筒。