煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端技术方案

本发明专利技术属于区域水质防治技术领域，公开了一种煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端，分别通过物探技术、地震勘探和岩体测温技术获得煤矿富水区域的基础数据并进行融合分析，确定煤矿富水异常区水流的相关关系；通过电磁底板确定含水层的分布，根据含水层的分布得出富水较强地点并进行地质钻孔；利用成像传感器对地质钻孔进行全孔孔成像解析，确定异常边界范围及水域的治理方案；通过钻孔释放水压，并在钻孔中安装注浆管进行深部注浆；封堵后对工作面进行开采，针对治理情况进行安全评价及论证。本发明专利技术探水依据可靠，技术施工可行，可操作性强；基于拓扑电路网络的实测数据反演被测物质的电磁性质，显著提升反演效率和吞吐量。效率和吞吐量。效率和吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端


[0001]本专利技术属于区域水质防治
，尤其涉及一种煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端。

技术介绍

[0002]目前，有些离河流、湖泊较近的(例如黄河北煤田)矿井开采时，由于原来勘探程度较低，现有地质资料无法满足煤矿富水异常区域防治水工作的需要，为了详细探明地下水文情况，防止水害发生，需要进行补充勘探。由于地面布置钻机条件受各种因素的限制，无法在地表进行补充勘探。而现有技术没有完善的煤矿勘探技术，在进行勘探时没有系统化的勘测，尤其是电磁勘测需要矩阵进行逻辑计算，效率差。另外，受地质及水文条件影响，富水异常区域往往井埋存着地下水，对矿井开采造成危胁，探明地下水情况后，还需要采取一定的措施进行防治，而目前尚无针对在煤矿勘探条件下的水害探查防治成套技术。因此，亟需设计一种新的煤矿富水异常区域防治水方法。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有技术没有完善的煤矿勘探技术，在进行勘探时没有系统化的勘测，尤其是电磁勘测需要矩阵进行逻辑计算，效率差。
[0005](2)由于地面布置钻机条件受各种因素的限制，无法在地表进行补充勘探，而目前尚无针对在煤矿勘探条件下的水害探查防治成套技术。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种煤矿富水异常区域防治水方法，所述煤矿富水异常区域防治水方法包括以下步骤：
[0008]步骤一，对富水区域富水性进行超前探查：分别通过物探技术、地震勘探和岩体测温技术获得煤矿富水区域的基础数据，并对所述煤矿富水区域的基础数据进行融合分析，确定所述煤矿富水异常区水流的相关关系；
[0009]步骤二，对煤矿含水层进行探查监测：通过电磁底板确定含水层的分布，根据含水层的分布得出富水较强地点并进行地质钻孔；钻孔后安装成像传感器，对地质钻孔进行全孔孔成像解析，确定异常边界范围；
[0010]步骤三，对水害进行疏放治理：确定异常范围内水域的治理方案；通过钻孔释放水压，并根据富水区的大小和深度在钻孔中安装注浆管进行深部注浆；封堵后对工作面进行开采，并针对治理情况进行安全评价及论证。
[0011]进一步，所述对富水区域富水性进行超前探查的方法包括：
[0012](1)选用合适的物探技术，勘察富水区域的岩层构造，通过利用电阻率进行测深，采集、探测基岩断裂构造带；
[0013](2)在步骤(1)的基础上对煤矿进行地震勘探，通过地震波反射波对地底断层进行精确的勘察，确定富水区域的断层分布；
[0014](3)对富水区域的岩体进行温度的测量，通过岩体测温技术对富水区域的岩层分布进行资料扩充；
[0015](4)对通过物探技术、地震勘探和岩体测温技术测得的数据进行整合得出区域内富水的基础资料，通过基础资料确定富水异常区水流的相关关系。
[0016]进一步，所述通过基础资料确定富水异常区水流的相关关系包括：
[0017]1)根据已获得富水的基础资料，对区域内的地质构造进行初步施工，所述初步施工具体为沿煤层走向和倾向方向分别布置两条探测沟槽；
[0018]2)探测沟槽施工完成后，根据实际岩层情况，在富水异常的区域布置长期疏放观测点，记录疏放水孔内的流量和水质变化情况；
[0019]3)根据各疏放水孔的流量和水质变化情况，确定各疏放水孔之间的连接和影响关系，确定勘测范围内的富水异常边界；
[0020]其中，所述水质变化情况的检测通过传感器模块和流量检测模块实现，并将检测数据传输至控制单元，所述传感器模块基于周期性放电进行检测，具体包括：
[0021]①
设定定时器内部的充放电周期，通过定时器控制的电容确定充电时间以及电容的放电时间；
[0022]②
在规定的充放电周期内，控制电容充电，再根据电容放电到传感器的电阻，记录计时器的记录时间；
[0023]③
根据所述记录时间获取传感器的电阻阻值，再根据所述电阻阻值获取传感器检测信息。
[0024]进一步，所述对煤矿含水层进行探查监测的方法包括：
[0025](1)在探测沟槽内部安装电磁底板，通过电磁底板进行瞬变电磁探测，确定含水层的分布，根据含水层的分布得出富水较强地点，并进行地质钻孔；
[0026](2)在地质钻孔后向地质钻孔内部安装成像传感器，对地质钻孔进行全孔成像解析，岩石裂隙及岩性分布；
[0027](3)地质成像完毕后，在水文地质钻孔中安设压力传感器，终端机通过网络在线实时检测水压动态变化，从而确定异常边界范围。
[0028]进一步，所述瞬变电磁探测通过反演法进行勘测，具体包括：
[0029]1)构建水域仿真；其中，所述水域仿真由多条支路组成，每条所述支路构成基本模拟单元，所述基本模拟单元为实体模拟电路；
[0030]2)获取对探测沟槽进行实际电磁探测的实际电磁探测数据，所述实际电磁探测数据包括已知电磁探测信息和扫描获得的实测空间分辨响应数据；
[0031]3)通过对水域仿真电路网络注入电流模拟所述电磁探测激发场，通过扫描水域仿真获得实测空间分辨响应数据；
[0032]其中，所述电磁探测激发场和实际电磁探测中的任意一项被作为已知，而另一项是未知的电磁探测信息，所述电磁探测激发场是探测过程中进行施加；
[0033]利用各个基本电路单元的电路参数模拟所述被测物的各个不同位置处的电磁参数，基于对应关系，通过对所述水域仿真电路网络的电流注入和响应过程模拟对所述被测
物的实际电磁探测过程；同时根据所述电流注入和响应过程的已知信息，计算所述实际电磁探测过程中的所述未知的电磁探测信息；
[0034]所述水域仿真电路网络的拓扑电路网络由多个网格构成，所述拓扑电路网络中的每一条边代表所述水域仿真电路网络的一条支路，将被测物划分成多个基本区块，每个基本区块映射到所述水域仿真电路网络的一个或多个网格。
[0035]进一步，所述对水害进行疏放治理的方法包括：
[0036](1)在富水异常区域开采之前，根据采集到的岩层、岩性和水域基本信息确定异常范围内水域的治理方案；
[0037](2)对第一次开采工作面富水异常区进行钻孔，通过钻孔释放水压；水压释放后，根据富水区的大小和深度，在钻孔中安装注浆管；
[0038](3)按照传统注浆方法进行深部注浆，封堵裂隙和封堵钻孔后对工作面进行开采，并针对治理情况进行安全评价及论证；
[0039]其中，所述确定异常范围内水域的治理方案包括：
[0040]1)采用音频电透视法和槽波地震勘探法确定煤矿工作面顶以及底板一定高度范围内的富水异常区域以及异常地质体的分布情况；
[0041]2)根据采集到的岩层、岩性和水域基本信息建立煤矿区水化学数据库以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿富水异常区域防治水方法，其特征在于，所述煤矿富水异常区域防治水方法包括以下步骤：步骤一，对富水区域富水性进行超前探查：分别通过物探技术、地震勘探和岩体测温技术获得煤矿富水区域的基础数据，并对所述煤矿富水区域的基础数据进行融合分析，确定所述煤矿富水异常区水流的相关关系；步骤二，对煤矿含水层进行探查监测：通过电磁底板确定含水层的分布，根据含水层的分布得出富水较强地点并进行地质钻孔；钻孔后安装成像传感器，对地质钻孔进行全孔孔成像解析，确定异常边界范围；步骤三，对水害进行疏放治理：确定异常范围内水域的治理方案；通过钻孔释放水压，并根据富水区的大小和深度在钻孔中安装注浆管进行深部注浆；封堵后对工作面进行开采，并针对治理情况进行安全评价及论证。2.如权利要求1所述的煤矿富水异常区域防治水方法，其特征在于，所述对富水区域富水性进行超前探查的方法包括：(1)选用合适的物探技术，勘察富水区域的岩层构造，通过利用电阻率进行测深，采集、探测基岩断裂构造带；(2)在步骤(1)的基础上对煤矿进行地震勘探，通过地震波反射波对地底断层进行精确的勘察，确定富水区域的断层分布；(3)对富水区域的岩体进行温度的测量，通过岩体测温技术对富水区域的岩层分布进行资料扩充；(4)对通过物探技术、地震勘探和岩体测温技术测得的数据进行整合得出区域内富水的基础资料，通过基础资料确定富水异常区水流的相关关系。3.如权利要求2所述的煤矿富水异常区域防治水方法，其特征在于，所述通过基础资料确定富水异常区水流的相关关系包括：1)根据已获得富水的基础资料，对区域内的地质构造进行初步施工，所述初步施工具体为沿煤层走向和倾向方向分别布置两条探测沟槽；2)探测沟槽施工完成后，根据实际岩层情况，在富水异常的区域布置长期疏放观测点，记录疏放水孔内的流量和水质变化情况；3)根据各疏放水孔的流量和水质变化情况，确定各疏放水孔之间的连接和影响关系，确定勘测范围内的富水异常边界；其中，所述水质变化情况的检测通过传感器模块和流量检测模块实现，并将检测数据传输至控制单元，所述传感器模块基于周期性放电进行检测，具体包括：
①
设定定时器内部的充放电周期，通过定时器控制的电容确定充电时间以及电容的放电时间；
②
在规定的充放电周期内，控制电容充电，再根据电容放电到传感器的电阻，记录计时器的记录时间；
③
根据所述记录时间获取传感器的电阻阻值，再根据所述电阻阻值获取传感器检测信息。4.如权利要求1所述的煤矿富水异常区域防治水方法，其特征在于，所述对煤矿含水层进行探查监测的方法包括：
(1)在探测沟槽内部安装电磁底板，通过电磁底板进行瞬变电磁探测，确定含水层的分布，根据含水层的分布得出富水较强地点，并进行地质钻孔；(2)在地质钻孔后向地质钻孔内部安装成像传感器，对地质钻孔进行全孔成像解析，岩石裂隙及岩性分布；(3)地质成像完毕后，在水文地质钻孔中安设压力传感器，终端机通过网络在线实时检测水压动态变化，从而确定异常边界范围。5.如权利要求4所述的煤矿富水异常区域防治水方法，其特征在于，所述瞬变电磁探测通过反演法进行勘测，具体包括：1)构建水域仿真；其中，所述水域仿真由多条支路组成，每条所述支路构成基本模拟单元，所述基本模拟单元为实体模拟电路；2)获取对探测沟槽进行实际电磁探测的实际电磁探测数据，所述实际电磁探测数据包括已知电磁探测信息和扫描获得的实测空间分辨响应数据；3)通过对水域仿真电路网络注入电流模拟所述电磁探测激发场，通过扫描水域仿真获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑万成，杨庆朝，刘超，褚廷湘，徐志勇，辜志强，洪铭，唐焘，刘波，黄瑞玲，殷春伟，
申请(专利权)人：四川省煤炭设计研究院，
类型：发明
国别省市：