煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法及系统，属于煤矿开采安全检测技术领域，上层采用电阻率探测方法

【技术实现步骤摘要】
煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤矿开采安全监测
，更具体的说是涉及一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]在煤矿开采过程中，随着工作面的推进，存在挖穿洞壁接通地下水，导致煤矿作业区渗水，对矿井内的昂贵设备的安全和工作环境造成影响的问题，渗水情况的加重又可能导致矿井塌方更危险的事故发生，给作业区的工作人员的生命安全造成威胁
。
目前为了保证矿井作业的有效进行和保护作业人员的生命安全，在煤矿作业时提供一种用于矿井下水体赋存位置的监测方法成为目前需要解决的迫切问题
。
[0003]为此，目前已研发多种用于监测矿井下水体赋存位置的试验系统及方法，例如：
[0004]中国专利
CN201921682921.5
公开了一种地下水流网动态监测系统，该系统包括数个传感器监测系统，所述传感器系统置于地质单元内，与数据采集器通过数据线进行通讯连接
。
通过数据采集板获得同一等势线下对应的流线，进而组网后获得某一范围内的流网，准确度较高，且流网为实测数据
。
该检测采用预埋传感器系统于地质单元中，操作成本高且该系统只能应用于固定位置的地下水动态监测，迁移成本较高
。
[0005]中国专利
CN201922322790.6
公开了一种多项数据的地下水动态监测装置，该地下水动态监测装置通过卷筒旋转下放电缆，电缆向观测井道中下放监测组件，当接触水面时，地下水通过透水孔进入外壳内，壳内水位记录仪监测地下水位信息，静动态监测仪监测地下水动态变化，温度传感器记录水温，将数据通过电缆传递给处理器，即可得到多项监测数据，且监测数据准确
。
但是这种监测必须将传感器等设备浸入水中，无法实际应用到地下矿井中的水体监测
。
[0006]现有监测矿井下水体赋存位置的方法各有特点，但其主要局限性如下：
[0007]多物理参量融合性差，大型模型试验过程中监测的信息多，诸如应力
、
位移
、
温度
、
声发射等数据，各物理参数的独立性强，无法进行有效的数据融合和联合表达，多物理参量数据对比分析困难，无法实现数据的多元动态呈现
。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种煤炭开采过程地下水运移物理模拟动态监测方法，可实现模型试验全过程多物理参量的数据监测
、
验证分析和融合表达
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一方面，本专利技术提供了一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法，包括以下步骤：
[0011]构建煤炭开采地下水运移模型；
[0012]采用电阻率探测法
、
超声相控阵检测法以及分布式光纤温度监测法分别获取煤炭开采地下水运移模型内部不同区域的地下水监测数据；
[0013]对所述不同区域的地下水监测数据进行预处理，并将预处理后的地下水监测数据导入所述煤炭开采地下水运移模型的三维模型中，进行实时显示；
[0014]以所述电阻率探测法获取的地下水监测数据为初始模型，所述分布式光纤温度监测法获取的地下水监测数据为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像
。
[0015]可选的，将所述煤炭开采地下水运移模型分为上层区域
、
中间关键区域
、
下层区域，所述上层区域采用所述电阻率探测法监测地下水监测数据，所述中间关键区域采用所述超声相控阵检测法监测地下水监测数据，所述下层区域采用所述分布式光纤温度监测法监测地下水监测数据
。
[0016]可选的，以所述电阻率探测法获取的地下水监测数据为初始模型，以所述分布式光纤温度监测法获取的地下水监测数据为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像，具体步骤包括：
[0017](1)
通过所述煤炭开采地下水运移模型中布设的电极阵列，获取所述煤炭开采地下水运移模型内部监测区域电阻率的分布情况，根据水体和模型材料分布设定反演初始模型参数，生成初始模型；
[0018](2)
根据分布式光纤对温度场实时的监测数据刻画所述煤炭开采地下水运移模型内部的水体运移过程，生成温度场水体运移模型，并以所述温度场水体运移模型作为约束条件，制约反演迭代过程中水体分布结果同光纤监测结果对应；
[0019](3)
通过相控聚焦方式调整声束覆盖整个检测面，获得所述煤炭开采地下水运移模型内部水体超声监测数据，并通过步骤
(1)
中的初始模型，以及步骤
(2)
中所述生成温度场水体运移模型作为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像
。
[0020]可选的，所述上层区域采用所述电阻率探测法监测地下水监测数据，具体包括：
[0021]采用微型不极化电极构成的电极阵列，探测时所述电极阵列分为接收电极阵列和发射电极阵列，分别插入所述煤炭开采地下水运移模型的上层区域内左右两表面；
[0022]通过所述电极阵列获取施加电场作用下所述煤炭开采地下水运移模型的监测区域内部稳定传导电流场的分布规律，并根据所述分布规律，对所述电极阵列采集的多组电阻率数据进行反演处理，对所述发射电极阵列和所述接收电极阵列中每组发射电极和接收电极测得的电阻率数据生成多组所述监测区域内部电阻率图像，再对多组所述监测区域内部电阻率图像进行拼接处理，生成所述监测区域的视电阻率全分布图像
。
[0023]可选的，所述中间关键区域采用所述超声相控阵检测法监测地下水监测数据，具体包括：
[0024]超声探头以阵列的形式分别放置于所述煤炭开采地下水运移模型的前后左右四个侧面，所述阵列分为发射超声探头阵列和接收超声探头阵列；
[0025]探测过程中，所述煤炭开采地下水运移模型中的超声探头阵列位置固定，完成一次测量后移动所述超声探头阵列，在不同的位置发射和接收信号直到覆盖所述煤炭开采地下水运移模型的整个检测面，得到整个所述检测面的超声波数据
。
[0026]可选的，所述下层区域采用所述分布式光纤温度监测法监测地下水监测数据，具体包括：
[0027]采用聚酰亚胺涂敷光纤光栅传感器进行所述煤炭开采地下水运移模型的温度和湿度的监测，所述聚酰亚胺涂敷光纤光栅传感器布设在所述煤炭开采地下水运移模型的水体渗透位置，一端连接光电解调仪
。
[0028]可选的，所述电阻率探测法
、
超声相控阵检测法以及分布式光纤温度监测法获取煤炭开采地下水运移模型内部不同区域的地下水监测数据时采用北斗授时同时采集
。
[0029]可选的，所述电阻率探测法
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法，其特征在于，包括以下步骤：构建煤炭开采地下水运移模型；采用电阻率探测法
、
超声相控阵检测法以及分布式光纤温度监测法分别获取煤炭开采地下水运移模型内部不同区域的地下水监测数据；对所述不同区域的地下水监测数据进行预处理，并将预处理后的地下水监测数据导入所述煤炭开采地下水运移模型的三维模型中，进行实时显示；以所述电阻率探测法获取的地下水监测数据为初始模型，所述分布式光纤温度监测法获取的地下水监测数据为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像
。2.
根据权利要求1所述的一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法，其特征在于，将所述煤炭开采地下水运移模型分为上层区域
、
中间关键区域
、
下层区域，所述上层区域采用所述电阻率探测法监测地下水监测数据，所述中间关键区域采用所述超声相控阵检测法监测地下水监测数据，所述下层区域采用所述分布式光纤温度监测法监测地下水监测数据
。3.
根据权利要求2所述的一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法，其特征在于，以所述电阻率探测法获取的地下水监测数据为初始模型，以所述分布式光纤温度监测法获取的地下水监测数据为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像，具体步骤包括：
(1)
通过所述煤炭开采地下水运移模型中布设的电极阵列，获取所述煤炭开采地下水运移模型内部监测区域电阻率的分布情况，根据水体和模型材料分布设定反演初始模型参数，生成初始模型；
(2)
根据分布式光纤对温度场实时的监测数据刻画所述煤炭开采地下水运移模型内部的水体运移过程，生成温度场水体运移模型，并以所述温度场水体运移模型作为约束条件，制约反演迭代过程中水体分布结果同光纤监测结果对应；
(3)
通过相控聚焦方式调整声束覆盖整个检测面，获得所述煤炭开采地下水运移模型内部水体超声监测数据，并通过步骤
(1)
中的初始模型，以及步骤
(2)
中所述温度场水体运移模型作为约束条件，对所述超声相控阵检测法获取的地下水监测数据进行融合反演与成像
。4.
根据权利要求3所述的一种煤炭开采地下水运移全过程多参量融合监测方法，其特征在于，所述上层区域采用所述电阻率探测法监测地下水监测数据，具体包括：采用微型不极化电极构成的电极阵列，探测时所述电极阵列分为接收电极阵列和发射电极阵列，分别插入所述煤炭开采地下水运移模型的上层区域内左右两表面；通过所述电极阵列获取施加电场作用下所述煤炭开采地下水运移模型的监测区域内部稳定传导电流场的分布规律，并根据所述分布规律，对所述电极阵列采集的多组电阻率数据进行反演处理，对所述发射电极阵列和所述接收电极阵列中每组发射电极和接收电极测得的电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大钊，王汉鹏，曹志国，王静，张勇，张凯，
申请(专利权)人：山东大学北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：