一种矿山断层稳定性的智能监测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种矿山断层稳定性的智能监测方法，包括步骤：在矿山待监测断层附近设置至少一条监测巷道，在监测巷道一侧巷帮中独立钻凿一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，在至少两个中深孔内固定埋设断层应力监测装置，余下至少两个中深孔内固定埋设断层位移监测装置，且同一装置的监测点在上下盘中均有分布，构建断层稳定性多源信息立体监测网络，监测数据通过数据采集发射装置和无线传输技术发送到通讯基站，并传输到地面数据处理系统进行分析处理。还提供一种矿山断层稳定性的智能监测系统。本发明专利技术能实现断层活化前兆信息的高效识别及断层应力和位移的立体监测和预警，监测系统稳定性好、可靠度高、成本低。

An Intelligent Monitoring Method and System for Mine Fault Stability

The invention provides an intelligent monitoring method for mine fault stability, which comprises the following steps: setting at least one monitoring roadway near the fault to be monitored in the mine, drilling more than one medium-deep hole through the upper and lower wall of the fault independently in the roadway side, fixing the fault stress monitoring device in at least two medium-deep holes, and fixing the buried fault in the remaining two medium-deep holes. Displacement monitoring devices, and monitoring points of the same device are distributed in the upper and lower panels. A multi-source information stereo monitoring network for fault stability is constructed. Monitoring data are sent to the communication base station through data acquisition and transmission devices and wireless transmission technology, and transmitted to the ground data processing system for analysis and processing. An intelligent monitoring system for mine fault stability is also provided. The invention can realize efficient identification of fault activation precursor information, stereoscopic monitoring and early warning of fault stress and displacement, and the monitoring system has good stability, high reliability and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种矿山断层稳定性的智能监测方法和系统
本专利技术属于矿山采动灾害监测
，具体涉及一种矿山断层稳定性的智能监测方法和系统。
技术介绍
地壳中各种矿产的形成、分布和赋存状态都受一定地质构造的控制，许多已形成的矿体还会遭受后期地壳运动影响而产生弯曲或断裂。作为一种最为常见的地质构造，断层的存在严重影响矿井生产设计和资源回采率，且受风化侵蚀和应力集中作用，断层带岩石较为破碎，难以进行支护控制，井巷工程遇断层时极易发生冒顶片帮和大变形。此外，在断层带内部常富集有瓦斯、水和软弱夹层及高量级弹性应变能，断层产生活化时极易诱发岩爆(冲击地压)、煤与瓦斯突出、突水、突泥等动力灾害。特别是对金属矿山而言，因普遍采用多中段多采场爆破开采工艺，受上中段、下中段、本中段多采场采矿频繁扰动作用，断层潜在活化风险日益增加。因此，掌握大断层或成矿断层的稳定性在矿山安全生产中显得尤为必要。为监测断裂带活化状态，一种有效的途径是利用微震系统，借助传感器实时采集区域岩体破裂发射出的地震波信号，通过分析围岩的应力应变状态判断岩层的稳定性。但是微震系统监测网络布置繁杂，投入成本高，受井下复杂环境影响传感器极易损坏失效，且微震信号在采集、传输过程中受井下爆破、机械运动等多种噪声干扰，微震系统现场运营需要专人进行维护和信号分析处理，因此，该方法难以在开采条件差、科技水平落后和经济效益差的中小型矿山推广应用。另一种途径是在钻孔内布置长锚索辅以锚索测力计、多点位移计监测断层上下盘张力及位移变化，继而分析断层稳定性，但是该监测手段往往需要在现场人工采集各测点数据，劳动强度大、安全性差，难以实现自动化实时监测。鉴于此，迫切需要研究一种低成本、适应性强且能够实现断层稳定性监测的智能监测方法或系统。
技术实现思路
针对现有矿山断层稳定性监测技术存在的不足，本专利技术解决的技术问题是提供一种矿山断层稳定性的智能监测方法，通过在矿山待监测断层附近设置一定数目的监测巷道，然后在监测巷道中设置一定数目的贯穿断层上下盘的中深孔，并在部分中深孔内设置断层应力监测装置，在除此以外的其余中深孔内设置断层位移监测装置，构建断层稳定性多源信息立体监测网络，实现断层上下盘应力及位移变化情况的实时监测。监测区域各监测点的数据借助无线传输技术实时传输到通讯基站，方便后续进行数据分析处理。本专利技术能实现矿山断层稳定性的智能监测及采动作用下断层活化预警，保证矿山的安全高效生产。本专利技术还提供一种稳定性好、可靠度高、成本低的矿山断层稳定性的智能监测系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种矿山断层稳定性的智能监测方法，包括步骤：S1.在矿山待监测断层附近设置至少一条监测巷道，所述监测巷道为已有采准巷道和/或新建巷道，独立位于断层上盘和/或下盘；S2.在每条监测巷道离断层最近的一侧巷帮中独立钻凿一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，使得所有监测巷道内的中深孔数目总和不少于四个；S3.在至少两个中深孔内分别固定埋设断层应力监测装置，在余下至少两个中深孔内分别固定埋设断层位移监测装置，所述断层应力监测装置分别设置有两个以上的第一监测点，其中第一监测点在断层上下盘中均有分布，所述断层位移监测装置分别设置有两个以上的第二监测点，其中第二监测点在断层上下盘中均有分布，构建断层稳定性多源信息立体监测网络；所述断层应力监测装置与第一数据采集发射装置一一电性连接，所述断层位移监测装置与第二数据采集发射装置一一电性连接，所述第一和第二数据采集发射装置分别接收断层应力监测装置和断层位移监测装置发送的监测数据并利用无线传输技术将该监测数据发送到通讯基站，所述通讯基站将接收到的监测数据传输到数据处理系统进行分析处理。优选的，所述中深孔分别向上和/或向下倾斜。优选的，所述监测巷道垂向间距为5.0～20.0m，中深孔深度10.0～30.0m，在断层两侧岩体中穿透深度均不小于2.0m。优选的，所述监测巷道数量为两条以上，且同一监测巷道内的中深孔中均埋设断层应力监测装置或断层位移监测装置，使得断层应力监测装置与断层位移监测装置分区布置。优选的，所述断层应力监测装置中，第一监测点为锚杆截面应力计，还包括用于连接所述锚杆截面应力计的若干锚杆。更优选的，所述锚杆截面应力计数量为3～5个，沿中深孔深度方向均匀间隔布置。进一步，所述锚杆截面应力计采用注浆法固定。更优选的，所述断层应力监测装置还包括若干第一连接套，所述锚杆之间通过第一连接套相接实现接长。进一步，所述锚杆与第一连接套之间、所述锚杆截面应力计和锚杆之间均为螺纹连接。优选的，所述断层位移监测装置中，第二监测点为锚固爪，还包括位移传感器、固定基座和若干测杆，所述位移传感器置于孔外，与固定基座尾部相连，所述锚固爪固定在孔壁围岩上，并通过测杆与固定基座头部固定连接。更优选的，所述位移传感器表面还套设有保护罩。更优选的，所述测杆与锚固爪中心区域固定连接。更优选的，所述锚固爪数量为3～5个，沿中深孔深度方向均匀间隔布置。更优选的，所述断层位移监测装置还包括若干第二连接套，所述测杆之间通过第二连接套相接实现接长。进一步，所述第二连接套与测杆之间螺纹连接。优选的，所述第一和第二数据采集发射装置均包括数据采集模块、信号转换模块、数据发射模块、信号增强模块和供电模块，监测数据依次经数据采集模块、信号转换模块、信号增强模块和数据发射模块后，通过Zigbee无线传输技术传递至通讯基站。优选的，所述的断层应力监测装置和断层位移监测装置中的金属件均采用高强度金属材料制成，并在表面进行镀锌防腐处理。一种矿山断层稳定性的智能监测系统，包括独立位于断层上盘和/或下盘的至少一条监测巷道，每条监测巷道离断层最近的一侧巷帮中独立钻凿有一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，且所有监测巷道内的中深孔数目总和不少于四个；还包括固定埋设于至少两个中深孔内的相同数量的断层应力监测装置，以及固定埋设在余下至少两个中深孔内的相同数量的断层位移监测装置，所述断层应力监测装置设置有两个以上的第一监测点，其中第一监测点在断层上下盘中均有分布，所述断层位移监测装置设置有两个以上的第二监测点，其中第二监测点在断层上下盘中均有分布，形成断层稳定性多源信息立体监测网络；所述断层应力监测装置与第一数据采集发射装置一一电性连接，所述断层位移监测装置与第二数据采集发射装置一一电性连接；还包括通讯基站和数据处理系统，所述第一和第二数据采集发射装置分别接收断层应力监测装置和断层位移监测装置发送的监测数据并利用无线传输技术将该监测数据发送到通讯基站，所述通讯基站将接收到的监测数据传输到数据处理系统进行分析处理。优选的，所述中深孔分别向上和/或向下倾斜。优选的，所述监测巷道垂向间距为5.0～20.0m，中深孔深度10.0～30.0m，在断层两侧岩体中穿透深度均不小于2.0m。优选的，所述监测巷道数量为两条以上，且同一监测巷道内的中深孔中均埋设断层应力监测装置或断层位移监测装置，使得断层应力监测装置与断层位移监测装置分区交替布置。优选的，所述断层应力监测装置中，第一监测点为锚杆截面应力计，还包括用于连接所述锚杆截面应力计的若干锚杆。更优选的，所述锚杆截面应力计数量为3～5个，沿中深孔深度方向均匀间隔布置，固定方式优选为注浆固定。更优选的，所述断层应力监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿山断层稳定性的智能监测方法，其特征在于，包括步骤：S1.在矿山待监测断层附近设置至少一条监测巷道，所述监测巷道为已有采准巷道和/或新建巷道，独立位于断层上盘和/或下盘；S2.在每条监测巷道离断层最近的一侧巷帮中独立钻凿一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，使得所有监测巷道内的中深孔数目总和不少于四个；S3.在至少两个中深孔内分别固定埋设断层应力监测装置，在余下至少两个中深孔内分别固定埋设断层位移监测装置，所述断层应力监测装置分别设置有两个以上的第一监测点，其中第一监测点在断层上下盘中均有分布，所述断层位移监测装置分别设置有两个以上的第二监测点，其中第二监测点在断层上下盘中均有分布，构建断层稳定性多源信息立体监测网络；所述断层应力监测装置与第一数据采集发射装置一一电性连接，所述断层位移监测装置与第二数据采集发射装置一一电性连接，所述第一和第二数据采集发射装置分别接收断层应力监测装置和断层位移监测装置发送的监测数据并利用无线传输技术将该监测数据发送到通讯基站，所述通讯基站将接收到的监测数据传输到数据处理系统进行分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种矿山断层稳定性的智能监测方法，其特征在于，包括步骤：S1.在矿山待监测断层附近设置至少一条监测巷道，所述监测巷道为已有采准巷道和/或新建巷道，独立位于断层上盘和/或下盘；S2.在每条监测巷道离断层最近的一侧巷帮中独立钻凿一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，使得所有监测巷道内的中深孔数目总和不少于四个；S3.在至少两个中深孔内分别固定埋设断层应力监测装置，在余下至少两个中深孔内分别固定埋设断层位移监测装置，所述断层应力监测装置分别设置有两个以上的第一监测点，其中第一监测点在断层上下盘中均有分布，所述断层位移监测装置分别设置有两个以上的第二监测点，其中第二监测点在断层上下盘中均有分布，构建断层稳定性多源信息立体监测网络；所述断层应力监测装置与第一数据采集发射装置一一电性连接，所述断层位移监测装置与第二数据采集发射装置一一电性连接，所述第一和第二数据采集发射装置分别接收断层应力监测装置和断层位移监测装置发送的监测数据并利用无线传输技术将该监测数据发送到通讯基站，所述通讯基站将接收到的监测数据传输到数据处理系统进行分析处理。2.根据权利要求1所述的矿山断层稳定性的智能监测方法，其特征在于，所述监测巷道数量为两条以上，且同一监测巷道内的中深孔中均埋设断层应力监测装置或断层位移监测装置，使得断层应力监测装置与断层位移监测装置分区布置。3.一种矿山断层稳定性的智能监测系统，其特征在于，包括独立位于断层上盘和/或下盘的至少一条监测巷道，每条监测巷道离断层最近的一侧巷帮中独立钻凿有一个以上贯穿断层上下盘的中深孔，且所有监测巷道内的中深孔数目总和不少于四个；还包括固定埋设于至少两个中深孔内的相同数量的断层应力监测装置，以及固定埋设在余下至少两个中深孔内的相同数量的断层位移监测装置，所述断层应力监测装置设置有两个以上的第一监测点，其中第一监测点在断层上下盘中均有分布，所述断层位移监测装置设置有两个以上的第二监测点，其中第二监测点在断层上下盘中均有分布，形成断层稳定性多源信息立体监测网络；所述断层应力监测装置与第一数据采集发射装置一一电性连接，所述断层位移监测装置与第二数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，赵国彦，董陇军，陈英，梁伟章，马举，简筝，李振阳，代俊成，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43