一种采空区安全预警监测方法技术

本发明专利技术涉及一种采空区安全预警监测方法。包括如下步骤：(1)确定采空区；(2)电极及电缆布设；(3)数据采集；(4)针对硬岩区BIF铁矿已验证采空区，比对不同时期的高密度电阻率法测量剖面CT数据集和采空区三维虚拟实体模型集，分析采空区位置顶板边界所代表的电阻率法中电阻率值R

【技术实现步骤摘要】
一种采空区安全预警监测方法
本专利技术属于金属矿山安全生产领域，具体为一种采空区安全预警监测方法。
技术介绍
在金属矿山安全生产领域，经常会出现一些由于采空区的变形、沉降和塌陷引发生产安全事故，轻则造成设备损失，重则造成人员伤亡，造成极大损失，严重影响矿山的安全生产作业。而传统对于空区监测，主要采用地表变形的测量技术监测，现在也采用微震监测岩石的破裂。但上述监测方法，第一种着重地表变形的监测，第二种着重内部是否发生岩石破裂，均无法对空区上方岩石内部破裂损伤的情况进行评估，且周期长，造价高，属于空区监测的“望”和“闻”阶段，无法评价解决空区上方岩体的损伤情况，对空区的发展态势也无法评估-岩石破裂到何种程度才会造成空区变形、沉降乃至塌陷。上述问题，不仅在金属矿山安全生产领域中出现，能源类煤矿山领域也有，工民建领域涉及到的溶洞和空洞区也会经常遇到。
技术实现思路
本专利技术提供一种采空区安全预警监测方法，设备布设简单，成本低，施工快捷高效，以实现对采空区上方岩体破裂状态的实时监控，便于矿山对存在采空区的实时监控管理和及时处理，全力保障矿山生产安全。本专利技术的技术方案如下：本专利技术的一种采空区安全预警监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)确定采空区首先采用潜孔钻验证存在的采空区，应用矿山坐标系统定位，并在钻孔内放置钻孔式三维激光扫描设备，测量采空区的表面空间分布点坐标，并首次采集数万个点坐标云数据(xt01，yt01，zt01；……；xt0n，yt0n，zt0n)，对这些点数据进行坏点剔除，形成空区边界散点图后通过各向同性的反距离法插值、形体渲染和表面渲染，形成采空区的初始三维虚拟实体模型Vt0；步骤2)电极及电缆布设依据采空区的三维空间虚拟实体模型Vt0，选取采空区的中心部位置，在其上方采空区地表沿长轴方向挖设电缆沟，并在电缆沟内打N个电极孔埋设N个测量电极及布设电缆，将测量电极插入电极孔内，并夯实测量电极，孔缝隙充填粘土并浇水密封；N个测量电极和电缆埋设好后，分别通过电极转换器将电缆与电阻率主机及外接电源连接好，检测测量电极接地情况，然后进行测量；步骤3)数据采集设置数据采集参数，开始获取采空区顶部电阻率剖面初始分布图Gt0；每天定期获取采空区顶部高密度电阻率法剖面数据和采空区钻孔式三维激光扫描数据，形成基于时间序列的高密度电法CT数据集(Gt0，Gt1，Gt2，……，Gtn)和采空区三维虚拟实体模型集(Vt0，Vt1，……，Vtn)；步骤4)针对硬岩区BIF铁矿已验证采空区，比对不同时期的高密度电阻率法测量剖面CT数据集和采空区三维虚拟实体模型集，分析采空区位置顶板边界所代表的电阻率法中电阻率值Rk在空间的变化趋势图，根据时间序列的高密度电法CT数据集和采空区三维虚拟实体模型集，得到空区变形、沉降直至破坏的电性剖面中电阻率值Rk距离地表距离的变化KL(KLt0，……，KLtn)与采空区顶板实时厚度h(ht0，……，htn)的变化关系，通过基于最小二乘法的一元线性拟合回归方程函数运算，可得如下的函数关系式：即h＝aKL+b式中h为预警监测采空区顶板实时厚度，KL为采空区实时监测电阻率剖面中电阻率值Rk距离地表的厚度，a为最小二乘法拟合线性参数b为监测采空区最小二乘法一元回归拟合参数步骤5)对硬岩区BIF铁矿未处理的采空区，通过公式h＝aKL+b，即可根据多次时间序列的高密度电法CT数据所得到的KL所反映的实时h变化来监测空区顶板变形、沉降直至破坏的演变趋势。同时依据前期研究的采空区顶板安全厚度阈值ha来实时判定空区的顶板安全演变趋势，即当h＞ha时，采空区顶板厚度在安全厚度阈值以上，空区安全，可以安全生产；当h≦ha时，采空区顶板厚度在安全厚度阈值以下，空区顶板处于失稳状态，随时可发生安全事故，发出预警，停止生产，进行安全处理。通过上述实时监测信息的反馈来实现采空区在采矿生产扰动下的内损伤监测和安全预警。作为本专利技术的进一步优化，所述的采空区顶板实时厚度h可以通过高密度电法空区顶板边界异常电阻率初始Rk距离地表距离的变化KL的动态变化监测获得。作为本专利技术的进一步优化，所述的测量电极和测量电缆要采用喷涂料对测量电极和线缆金属接口做抗腐蚀和抗氧化处理，满足长期野外环境监测的需要。作为本专利技术的进一步优化，所述的N个电极数通过下列公式取得，N＝(3H+L)/P式中H为空区顶板埋深，L为空区监测顶板测线穿过最大宽度，P为电极距。作为本专利技术的进一步优化，所述的电极距P由高到低分别为1m-3m。本专利技术的有益效果为：(1)利用了厘米级的钻孔式三维激光扫描测量技术和地学三维虚拟实体建模技术，可以快速高效的精准选择监测核心区-即最大危险区；(2)监测装置金属接口喷涂了抗腐蚀和抗氧化的材料，可以让装置长时间的在野外进行监测和数据采集；(3)采集了空区上方岩体的高密度电阻率的CT剖面时间序列数据，突破了空区监测的“望”(地表变形测量)和“闻”(微震监测)，实现对危险岩体内部损失情况的监测，可以实时预警空区安全。附图说明图1为本专利技术测量电极及电缆布线示意图。图2为时实监测采空区的剖面图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1和图2所示，本专利技术的一种采空区安全预警监测方法，其特征在于包括下列步骤：首先采用潜孔钻验证存在的采空区7，应用矿山坐标系统定位，并在钻孔内放置钻孔式三维激光扫描设备，测量采空区的表面空间分布点坐标，并首次采集数万个点坐标云数据(xt01，yt01，zt01；……；xt0n，yt0n，zt0n)，对这些点数据进行坏点剔除，形成空区边界散点图后通过各向同性的反距离法插值、形体渲染和表面渲染，形成采空区的初始三维虚拟实体模型Vt0；步骤2)电极1及电缆5布设依据采空区的三维空间虚拟实体模型Vt0，选取采空区的中心部位置，在其上方采空区地表沿长轴方向挖设电缆沟6，并在电缆沟6内打N个电极孔埋设N个测量电极1及布设电缆5，将测量电极1插入电极孔内，并夯实测量电极1，孔缝隙充填粘土并浇水密封；N个测量电极1和电缆5埋设好后，分别通过电极转换器2将电缆5与电阻率主机3及外接电源4连接好，检测测量电极1接地情况，然后进行测量；所述的N个电极1数通过下列公式取得，N＝(3H+L)/P式中H为空区顶板埋深，L为空区监测顶板测线穿过最大宽度，P为电极距；所述的电极距P由高到低分别为1m-3m；所述的测量电极和测量电缆要采用喷涂料对测量电极和线缆金属接口做抗腐蚀和抗氧化处理，满足长期野外环境监测的需要。步骤3)数据采集设置数据采集参数，开始获取采空区顶部电阻率剖面初始分布图Gt0；每天定期获取采空区顶部高密度电阻率法剖面数据和采空区钻孔式三维激光扫描数据，形成基于时间序列的高密度电法CT数据集(Gt0，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采空区安全预警监测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1)确定采空区/n首先采用潜孔钻验证存在的采空区，应用矿山坐标系统定位，并在钻孔内放置钻孔式三维激光扫描设备，测量采空区的表面空间分布点坐标，并首次采集数万个点坐标云数据(x

【技术特征摘要】
1.一种采空区安全预警监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)确定采空区
首先采用潜孔钻验证存在的采空区，应用矿山坐标系统定位，并在钻孔内放置钻孔式三维激光扫描设备，测量采空区的表面空间分布点坐标，并首次采集数万个点坐标云数据(xt01，yt01，zt01；……；xt0n，yt0n，zt0n)，对这些点数据进行坏点剔除，形成空区边界散点图后通过各向同性的反距离法插值、形体渲染和表面渲染，形成采空区的初始三维虚拟实体模型Vt0；
步骤2)电极及电缆布设
依据采空区的三维空间虚拟实体模型Vt0，选取采空区的中心部位置，在其上方采空区地表沿长轴方向挖设电缆沟，并在电缆沟内打N个电极孔埋设N个测量电极及布设电缆，将测量电极插入电极孔内，并夯实测量电极，孔缝隙充填粘土并浇水密封；
N个测量电极和电缆埋设好后，分别通过电极转换器将电缆与电阻率主机及外接电源连接好，检测测量电极接地情况，然后进行测量；
步骤3)数据采集
设置数据采集参数，开始获取采空区顶部电阻率剖面初始分布图Gt0；
每天定期获取采空区顶部高密度电阻率法剖面数据和采空区钻孔式三维激光扫描数据，形成基于时间序列的高密度电法CT数据集(Gt0，Gt1，Gt2，……，Gtn)和采空区三维虚拟实体模型集(Vt0，Vt1，……，Vtn)；
步骤4)针对硬岩区BIF铁矿已验证采空区，比对不同时期的高密度电阻率法测量剖面CT数据集和采空区三维虚拟实体模型集，分析采空区位置顶板边界所代表的电阻率法中电阻率值Rk在空间的变化趋势图，根据时间序列的高密度电法CT数据集和采空区三维虚拟实体模型集，得到空区变形、沉降直至破坏的电性剖面中电阻率值Rk距离地表距离的变化KL(KLt0，……，KLtn)与采空区顶板实时厚度h(ht0，……，htn)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永增，王润，曹洋，孟磊磊，吴恩泽，刘小刚，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21