深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法，包括：获得煤层开采技术条件、矿井水文地质基础资料，对深部厚煤层开采工作面可能出现灾害情况进行初步判定，由冲击地压灾害分析与预警模块对工作面冲击地压危险性实时评价分析，由工作面突涌水分析与预警模块对采集到的信息进行工作面突涌水灾害分析判定，根据系统子预警模块分析结果分别采取相应灾害控制措施，由预警平台综合分析给出工作面复合动力灾害发生机理及预警结果，与预警标准进行对比，提出处治方法。本发明专利技术系统科学、安全实用，可操作性强，便于实现深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害综合监测预警与一体化防控。

Monitoring and Early Warning System and Method of Compound Dynamic Disaster in Deep Water-rich Overburden Thick Coal Seam Mining

The invention provides a monitoring and early warning system and method for compound dynamic disasters in deep water-rich overburden thick coal seam mining, which includes: obtaining technical conditions of coal seam mining, basic data of mine hydrogeology, preliminary judging of possible disasters in deep thick coal seam mining face, and real-time evaluation of the risk of rock burst in working face by the analysis and early warning module of rock burst disasters. The information collected is analyzed and judged by the water inrush analysis and early warning module. The corresponding disaster control measures are taken according to the results of the sub-early warning module analysis. The mechanism and early warning results of the compound dynamic disasters are given by the comprehensive analysis of the early warning platform, and the treatment methods are put forward by comparing with the early warning standard. The system of the invention is scientific, safe and practical, and has strong operability, and is convenient for realizing comprehensive monitoring, early warning and integrated prevention and control of compound dynamic disasters in deep water-rich overburden thick coal seam mining.

【技术实现步骤摘要】
深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法
本专利技术涉及深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法，特别适用于深部富含水环境下高强度煤层开采过程中的突水-冲击地压复合动力灾害实时监测与预警。
技术介绍
随着西部矿区开采规模与强度的进一步加大，开采过程中采动应力场、煤岩体动力学响应特征以及能量的集聚释放规律均发生了显著的变化，如陕西彬长矿区胡家河煤矿埋深630m，已成为首个出现冲击矿压现象的矿井；甘肃华能集团核桃峪煤矿副立井深度已达到975m，井巷工程矿压显现剧烈，支护困难；西部矿区“深部”开采矿压显现特征正日趋凸显。深部煤层开采中围岩“三高一扰动”的工程属性以及地下水、瓦斯、温度等多场、多相耦合作用是诱发冲击地压、突水、煤与瓦斯突出等多源动力灾害的根本原因，研究西部深井高强度开采过程中采动应力状态、围岩属性改变以及多灾源耦合作用致灾与控制机理，对于改善西部矿井开采环境条件、保障矿井安全绿色开采具有重要理论与工程实践价值，也是西部采矿工程领域面临的难点课题之一。西部矿区水文地质条件复杂，陕西黄陇彬长矿区洛河组砂岩含水层广泛分布，厚及特厚煤层高强度开采过程中工作面顶板突涌水现象时有发生，当高强度开采空间(一次采厚、采宽加大、连续大面积开采)到一定临界尺寸时，采场围岩关键岩层结构失稳或破断，造成采场剧烈来压的同时造成更大范围的岩层移动和垮落，诱发采动煤岩体渗流场突变甚至局部失稳，是产生西部矿井突涌水事故或溃砂灾害的根本原因。由于西部矿区地质和水文条件的复杂性和特殊性，高强度开采矿井开始出现矿震、冲击地压以及诱发的煤与瓦斯突出、突水等复合性动力灾害之间具有明显的相关性，目前煤矿常用的冲击地压预警技术已不能满足安全生产的需要。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供本专利技术涉及一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法，是一种地表水文地质动态观测、井下突涌水动态观测、顶板导水裂隙带观测、开采扰动区煤岩体冲击地压实时监测方法的系统集成，采用本专利技术的系统能够动态监测深部厚煤层开采工作面突涌水与冲击地压现象并实时分析，准确、科学便捷地实现深部富含水环境下高强度煤层开采过程中的突水-冲击地压复合动力灾害实时监测与预警，最大限度的避免多源动力灾害事故的发生；同时为研究采场顶板突水与冲击地压灾害机理相关性，揭示深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害发生机制，指导制定综合防控施工方案提供基础。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。本专利技术提供了一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，该系统至少包括：冲击地压灾害分析与预警模块，用于将冲击地压基础资料采集模块采集的煤层开采数据和冲击地压前兆信息动态采集模块采集到的煤层数据统一分析显示，并与标准体系对比，综合分析深部煤层开采发生冲击地压灾害的危险性，并进行现场图像显示和信息报警；工作面冲击地压处置措施模块，用于对工作面可能发生冲击地压灾害采取冲击地压处置措施，同时启动矿井突涌水动态信息采集模块实时监测，调整监测采集频率，及时监测施工效果并反馈；工作面突涌水分析与预警模块，用于根据矿井水文地质资料采集模块和矿井突涌水动态采集模块现场测定的数据，确定工作面可能发生突涌水层位、突涌水量大小综合预测；对深部高强开采工作面推进过程中可能发生突涌水灾害程度进行预测预警；工作面疏水降压措施模块，用于针对工作面可能发生突涌水灾害情况，采取工作面疏水降压措施，同时启动冲击地压前兆信息动态采集模块实时监测，调整监测采集频率，及时将动态信息反馈到冲击地压分析与预警模块；复合动力灾害综合监测预警平台，用于针对工作面可能发生突涌水灾害、冲击地压灾害的情况，提出相应施工方案的同时按照原有方案长期监测，若超过预警标准值则通过深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害综合分析监测预警平台分析发生工作面冲击地压与突涌水的相关性，确定复合动力灾害发生机理，发出预警指令；复合动力灾害一体化防治措施模块，根据复合动力灾害综合监测预警平台做出的指令，用于提出突水-冲击地压复合动力灾害综合一体化防治施工方案。进一步，所述冲击地压基础资料采集模块采集的煤层开采数据包括煤层开采技术条件、工作面钻屑量和地应力和煤岩体冲击倾向性试验参数。进一步，所述冲击地压前兆信息动态采集模块采集的煤层数据包括工作面支架工作阻力、采动煤岩体应力和微震信号。进一步，所述采场支架工作阻力时，在采场布置工作面支架压力监测站Zi，测站布置在支架上，每隔3-5个支架布置一个压力传感器；采动煤岩体应力监测时，自工作面切眼后100m开始布置采动煤岩体压力测站Ci，沿运输平巷间隔30-40m布置一个；在采动煤岩体压力测站矩形断面顶板中线附近布置锚杆测力计，在矩形巷道顶板两侧锚杆托盘和单体液压支柱上分别布置压力盒。进一步，所述微震信号监测时，在工作面、巷道围岩布置微震监测站Wi，在井下井底车场、大巷、上山、工作面、运输平巷位置按照一定的辐射半径每隔150-300m布设一个分站，井上一个总站。进一步，所述矿井突涌水动态采集模块包括地表水文动态观测、采场平巷涌水观测、导水裂隙带观测以及涌水水质分析数据的采集与显示；所述采场平巷涌水测站观测相关覆岩含水层水压、流量和水温动态变化信息。进一步，所述地表水文动态观测时，沿工作面推进方向自煤壁300m位置开始布置地表水文动态观测钻孔Si，间隔250-300m布置一个；终孔深度为工作面覆岩含水层底板，并保证动态水文观测孔与矿区水文长期观测孔不重叠。进一步，所述工作面平巷涌水观测时，在工作面切眼后100m开始布置地表水文动态观测站，间隔30-40m布置一个；在回风平巷内帮开钻窝施工，以仰角60°与煤壁夹角45°向煤层顶板工作面切眼方向施工，钻孔内分别布置水温、水压和流量传感器。进一步，所述导水裂隙带高度观测时，自工作面切眼后300m开始布置导水裂隙带高度观测站，间隔300-400m布置一个；在回风平巷内帮开钻窝施工，以仰角60°与煤壁夹角45°向煤层顶板工作面采空区方向施工，钻孔终孔至覆岩含水层，测孔内布置钻孔电视或钻孔窥视仪。进一步，所述矿井水文地质资料采集模块现场测定的数据包括矿井地质综合柱状信息、矿区含水层赋存条件以及开采技术条件基础数据。本专利技术相应地给出了一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警方法，包括如下步骤：1)针对深部富水覆岩厚煤层开采环境，通过现场测定或室内实验室测定获得煤层开采技术条件、工作面钻屑量和地应力、煤岩体冲击倾向性试验参数，将数据结果输入至冲击地压基础资料采集模块；将矿井综合柱状、矿区含水层赋存、开采技术条件输入至矿井水文地质资料采集模块；2)工作面开采过程中，现场采集包括采场支架工作阻力、采动煤岩体应力和微震信号，在采场布置支架工作阻力监测站Zi，在巷道围岩布置微震监测站Wi，在采场布置采动煤岩体压力测站Ci，将各站数据结果输入至冲击地压前兆信息动态采集模块，通过工作面冲击地压分析与预警模块对采场煤岩体冲击地压前兆信息进行分析判定；若未超过预警标准值则按照原有方案继续长期监测，若超过预警标准值则通过复合动力灾害综合监测预警平台分析发生工作面冲击地压与突涌水的相关性，确定复合动力灾害发生机理；3)现场观测采集包括地表动态水文动态观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，该系统至少包括：冲击地压灾害分析与预警模块(5)，用于将冲击地压基础资料采集模块(1)采集的煤层开采数据和冲击地压前兆信息动态采集模块(2)采集到的煤层数据统一分析显示，并与标准体系对比，综合分析深部煤层开采发生冲击地压灾害的危险性，并进行现场图像显示和信息报警；工作面冲击地压处置措施模块(6)，用于对工作面可能发生冲击地压灾害采取冲击地压处置措施，同时启动矿井突涌水动态信息采集模块(3)实时监测，调整监测采集频率，及时监测施工效果并反馈；工作面突涌水分析与预警模块(7)，用于根据矿井水文地质资料采集模块(4)和矿井突涌水动态信息采集模块(3)现场测定的数据，确定工作面可能发生突涌水层位、突涌水量大小综合预测；对深部高强开采工作面推进过程中可能发生突涌水灾害程度进行预测预警；工作面疏水降压措施模块(8)，用于针对工作面可能发生突涌水灾害情况，采取工作面疏水降压措施，同时启动冲击地压前兆信息动态采集模块(2)实时监测，调整监测采集频率，及时将动态信息反馈到冲击地压分析与预警模块(5)；复合动力灾害综合监测预警平台(9)，用于针对工作面可能发生突涌水灾害、冲击地压灾害的情况，提出相应施工方案的同时按照原有方案长期监测，若超过预警标准值则通过深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害综合分析监测预警平台分析发生工作面冲击地压与突涌水的相关性，确定复合动力灾害发生机理，发出预警指令；复合动力灾害一体化防治措施模块(10)，根据复合动力灾害综合监测预警平台(9)做出的指令，用于提出突水‑冲击地压复合动力灾害综合一体化防治施工方案。...

【技术特征摘要】
1.一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，该系统至少包括：冲击地压灾害分析与预警模块(5)，用于将冲击地压基础资料采集模块(1)采集的煤层开采数据和冲击地压前兆信息动态采集模块(2)采集到的煤层数据统一分析显示，并与标准体系对比，综合分析深部煤层开采发生冲击地压灾害的危险性，并进行现场图像显示和信息报警；工作面冲击地压处置措施模块(6)，用于对工作面可能发生冲击地压灾害采取冲击地压处置措施，同时启动矿井突涌水动态信息采集模块(3)实时监测，调整监测采集频率，及时监测施工效果并反馈；工作面突涌水分析与预警模块(7)，用于根据矿井水文地质资料采集模块(4)和矿井突涌水动态信息采集模块(3)现场测定的数据，确定工作面可能发生突涌水层位、突涌水量大小综合预测；对深部高强开采工作面推进过程中可能发生突涌水灾害程度进行预测预警；工作面疏水降压措施模块(8)，用于针对工作面可能发生突涌水灾害情况，采取工作面疏水降压措施，同时启动冲击地压前兆信息动态采集模块(2)实时监测，调整监测采集频率，及时将动态信息反馈到冲击地压分析与预警模块(5)；复合动力灾害综合监测预警平台(9)，用于针对工作面可能发生突涌水灾害、冲击地压灾害的情况，提出相应施工方案的同时按照原有方案长期监测，若超过预警标准值则通过深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害综合分析监测预警平台分析发生工作面冲击地压与突涌水的相关性，确定复合动力灾害发生机理，发出预警指令；复合动力灾害一体化防治措施模块(10)，根据复合动力灾害综合监测预警平台(9)做出的指令，用于提出突水-冲击地压复合动力灾害综合一体化防治施工方案。2.根据权利要求1所述的一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，所述冲击地压基础资料采集模块(1)采集的煤层开采数据包括煤层开采技术条件、工作面钻屑量和地应力和煤岩体冲击倾向性试验参数。3.根据权利要求1所述的一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，所述冲击地压前兆信息动态采集模块(2)采集的煤层数据包括采场支架工作阻力、采动煤岩体应力和微震信号。4.根据权利要求3所述的一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，所述采场支架工作阻力时，在采场布置工作面支架压力监测站Zi，测站布置在支架上，每隔3-5个支架布置一个压力传感器；采动煤岩体应力监测时，自工作面切眼后100m开始布置采动煤岩体压力测站Ci，沿运输平巷间隔30-40m布置一个；在采动煤岩体压力测站矩形断面顶板中线附近布置锚杆测力计，在矩形巷道顶板两侧锚杆托盘和单体液压支柱上分别布置压力盒；所述微震信号监测时，在工作面、巷道围岩布置微震监测站Wi，在井下井底车场、大巷、上山、工作面、运输平巷位置按照一定的辐射半径每隔150-300m布设一个分站，井上一个总站。5.根据权利要求1所述的一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，所述矿井突涌水动态信息采集模块(3)包括地表水文动态观测、采场平巷涌水观测、导水裂隙带观测以及涌水水质分析数据的采集与显示；采场平巷涌水测站观测相关覆岩含水层水压、流量和水温动态变化信息。6.根据权利要求5所述的一种深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统，其特征在于，所述地表水文动态观测时，沿工作面推进方向自煤壁300m位置开始布置地表水文动态观测钻孔Si，间隔250-300m布置一个；终孔深度为工作面覆岩含水层底板，并保...

【专利技术属性】
技术研发人员：高喜才，王琪，王同，伍永平，来兴平，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61