一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法及监测系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108412547A(43)申请公布日2018.08.17(21)申请号201810191356.6(22)申请日2018.03.08(71)申请人安徽理工大学地址232001安徽省淮南市泰丰大街168号(72)发明人孙建赵光明(74)专利代理机构重庆百润洪知识产权代理有限公司50219代理人常晓莉(51)Int.Cl.E21F17/18(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图2页(54)发明名称一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法及监测系统(57)摘要本发明公开了一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法及监测系统，在含断层煤层开采过程中，采动引起采场围岩应力变化，使采场围岩产生位移，进而产生破坏裂隙，形成渗流突水通道，导致采场围岩渗流、温度变化。通过光纤应力传感器、光纤位移传感器、光纤渗压传感器、光纤温度传感器、光纤微震传感器和网络并行电路铜片电极，采集开采过程中断层围岩应力、位移、渗压、温度、微震和视电阻率这些断层活化突水前兆信息。依据应力、位移、渗压、温度、微震和视电阻率这些前兆信息的初值及变化幅值，确定这些前兆信息相应的预警阈值与判识准则。利用承压断层活化突水多场信息协同监测系统，实现承压断层采动活化突水的实时、动态监测预警。CN108412547ACN108412547A权利要求书1/3页1.一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法，其特征在于：包括，(1)承压断层多场信息监测系统测点布置与安装，在断层围岩内按需打设一定数量、深度的钻孔，通过钻孔注浆的方法，将用于采集承压断层采动活化突水过程中断层围岩应力、位移、渗压、温度和微震这些前兆信息的光纤应力传感器、光纤位移传感器、光纤渗压传感器、光纤温度传感器、光纤微震传感器和采集承压断层采动活化突水过程中断层围岩视电阻率信号的网络并行电路铜片电极埋设固定在断层围岩内，并将上述传感器及网络并行电路铜片电极通过相应的导线与监测仪器连接；(2)承压断层多场信息临突阈值与判识准则，依据应力、位移、渗压、温度和微震这些前兆信息的初值及变化幅值，确定这些前兆信息相应的预警阈值与判识准则，并在监测仪器中设置应力、位移、渗压、温度和微震的临突阈值，根据临突阈值设定三个预警等级，第一等级为安全，允许继续带压开采，第二等级为前兆，钻孔勘探后决定是否继续带压开采，第三等级为预警，暂停开采，并注浆加固断层围岩，封阻渗流突水通道；(3)承压断层多场信息监测结果与临突预报，当测得的应力、位移中一个或两个达到第三等级，同时微震也达到第三等级，并且渗压、温度中一个或两个达到第三等级时，发出预警，暂停开采，注浆加固断层围岩，封阻渗流突水通道；与此同时，若网络并行电路铜片电极采集的承压断层采动活化突水过程中断层围岩视电阻率信号经安装有视电阻率信号反演成像程序的PC机得到承压断层围岩视电阻率响应云图也发生变化，进一步表明发出预警的可靠性和必要性，必须暂停开采，注浆加固断层围岩，封阻渗流突水通道；若承压断层围岩视电阻率响应云图不发生变化或几乎不变，也必须注浆加固断层围岩，钻孔勘探后决定是否继续带压开采，并做好突水防治措施。2.根据权利要求1所述的一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法，其特征在于：应力预警阈值与判识准则，将含断层采场围岩第i测点开采前的垂直应力设为σi，采动过程中断层围岩第i测点的垂直应力为σi'，用第i测点垂直应力的比值kRi＝σi'/σi判断该测点的垂直应力是升高还是降低，当承压断层围岩第i测点的垂直应力先升高后降低时，承压断层围岩第i测点可能发生破坏，形成渗流突水通道，诱发断层活化突水；将第i测点的垂直应力比值ki＝1.5作为承压断层活化突水应力升高的预警阈值，在垂直应力升高后，将第i测点的垂直应力比值ki＝0.8作为承压断层活化突水应力降低的预警阈值；当kRi>1，且kRi≤80％ki时，达到第一等级；当kRi>1，且80％ki<kRi<90％ki时，之后，当kRi<1，且kRi≤70％ki时，达到第二等级；当kRi>1，且90％ki≤kRi时，之后，当kRi<1，且kRi≤70％ki时，达到第三等级。3.根据权利要求2所述的一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法，其特征在于：当承压含水层位于采场顶板时，垂直应力监测点布置在采场顶板断层围岩附近；当承压含水层位于采场底板时，垂直应力监测点布置在采场底板断层围岩附近。4.根据权利要求1所述的一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法，其特征在于：位移预警阈值与判识准则，uRi为断层围岩第i测点产生的位移，将第i测点产生的位移ui＝5mm作为承压断层活化突水的位移预警阈值，当第i测点产生的位移uRi≤50