煤矿富水异常区域防治水方法、系统、介质、设备及终端与流程

1.本发明属于区域水质防治技术领域，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。


背景技术：

2.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。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(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。
5.(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。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明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。
7.本发明是这样实现的，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：
8.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；
9.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；
10.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。
11.进一步，所述对富水区域富水性进行超前探查的方法包括：
12.(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；
13.(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；
14.(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；
15.(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。
16.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：
17.1)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；
18.2)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；
19.3)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；
20.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：
21.①
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；
22.②
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；
23.③
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。
24.进一步，所述对煤矿含水层进行探查监测的方法包括：
25.(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；
26.(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；
27.(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。
28.进一步，所述瞬变电磁探测通过反演法进行勘测，具体包括：
29.1)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；
30.2)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；
31.3)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；
32.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；
33.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；
34.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。
35.进一步，所述对水害进行疏放治理的方法包括：
36.(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；
37.(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；
38.(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；
39.其中，所述确定异常范围内水域的治理方案包括：
40.1)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；
41.2)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煤矿井田内不同含水层水质的判别模型，判别各类涌水水源；
42.3)基于煤矿工作面顶以及底板一定高度范围内的富水异常区域、异常地质体的分布情况以及各类涌水水源，确定回采工作面水害防治技术措施。
43.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的煤矿富水异常区域防治水方法的煤矿富水异常区域防治水系统，所述煤矿富水异常区域防治水系统包括：
44.基础数据获取模块，与中央控制模块连，用于通过数据获取设备利用物探技术、地震勘探和岩体测温技术获得煤矿富水区域的基础数据；
45.数据融合分析模块，与中央控制模块连，用于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；
46.中央控制模块，与基础数据获取模块、数据融合分析模块、电磁探测模块、全孔成像解析模块、水压监测模块和水害疏放治理模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述煤矿富水异常区域防治水系统各个模块的正常运行；
47.电磁探测模块，与中央控制模块连，用于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，确定含水层的分布并进行地质钻孔；
48.全孔成像解析模块，与中央控制模块连，用于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；
49.水压监测模块，与中央控制模块连，用于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；
50.水害疏放治理模块，与中央控制模块连，用于通过钻孔释放水压，根据富水区大小和深度在钻孔中安装注浆管进行深部注浆，封堵后进行工作面开采。
51.本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的煤矿富水异常区域防治水方法的步骤。
52.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的煤矿富水异常区域防治水方法的步骤。
53.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的煤矿富水异常区域防治水系统。
54.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
55.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
56.本发明提供的煤矿富水异常区域防治水方法，通过对富水区域富水性进行超前的探查，对煤矿含水层的探查监测，最终确定异常范围内水域的治理方案。本发明提供的电磁探测通过反演法进行勘测，用实体模拟元件构成的拓扑电路网络来模拟被测物质，基于该拓扑电路网络的实测数据来反演该被测物质的电磁性质，可以显著提升反演效率和吞吐量，实现高通量电磁性质反演。
57.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
58.本发明通过对水害疏放治理，在传统巷探基础上辅以物探、钻探、钻孔成像等技术手段，探水依据可靠，技术施工可行，且可操作性较强。
附图说明
59.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1是本发明实施例提供的煤矿富水异常区域防治水方法流程图；
61.图2是本发明实施例提供的对煤矿含水层进行探查监测的方法流程图；
62.图3是本发明实施例提供的对水害进行疏放治理的方法流程图。
具体实施方式
63.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
64.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
65.如图1所示，本发明实施例提供的煤矿富水异常区域防治水方法包括以下步骤：
66.s101，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，并对煤矿富水区域的基础数据进行融合分析，确定煤矿富水异常区水流的相关关系；
67.s102，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；
68.s103，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。
69.本发明提供的煤矿富水异常区域防治水方法，通过对富水区域富水性进行超前的探查，对煤矿含水层的探查监测，最终确定异常范围内水域的治理方案。本发明通过对水害疏放治理，在传统巷探基础上辅以物探、钻探、钻孔成像等技术手段，探水依据可靠，技术施工可行，且可操作性较强。
70.本发明实施例提供的对富水区域富水性进行超前探查的方法包括：
71.(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；
72.(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；
73.(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；
74.(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。
75.本发明实施例提供的通过基础资料确定富水异常区水流的相关关系包括：
76.1)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；其中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；
77.2)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；
78.3)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。
79.本发明实施例提供的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，传感器模块基于周期性放电进行检测，具体包括：
80.①
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；
81.②
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；
82.③
根据记录时间获取传感器的电阻阻值，再根据电阻阻值获取传感器检测信息。
83.如图2所示，本发明实施例提供的对煤矿含水层进行探查监测的方法包括：
84.s201，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；
85.s203，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；
86.s203，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。
87.本发明提供的电磁探测通过反演法进行勘测，用实体模拟元件构成的拓扑电路网络来模拟被测物质，基于该拓扑电路网络的实测数据来反演该被测物质的电磁性质，可以显著提升反演效率和吞吐量，实现高通量电磁性质反演。
88.本发明实施例提供的瞬变电磁探测通过反演法进行勘测，具体包括：
89.1)构建水域仿真；其中，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，基本模拟单元为实体模拟电路；
90.2)获取对探测沟槽进行实际电磁探测的实际电磁探测数据，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；
91.3)通过对水域仿真电路网络注入电流模拟电磁探测激发场，通过扫描水域仿真获得实测空间分辨响应数据。
92.本发明实施例提供的电磁探测激发场和实际电磁探测的任意一项被作为已知，而另一项是未知的电磁探测信息，电磁探测激发场是探测过程中进行施加；
93.利用各个基本电路单元的电路参数模拟被测物的各个不同位置处的电磁参数，基于对应关系，通过对水域仿真电路网络的电流注入和响应过程模拟对被测物的实际电磁探测过程；同时根据电流注入和响应过程的已知信息，计算实际电磁探测过程中的未知的电磁探测信息；
94.水域仿真电路网络的拓扑电路网络由多个网格构成，拓扑电路网络中的每一条边代表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水域仿真电路网络的一个或多个网格。
95.如图3所示，本发明实施例提供的对水害进行疏放治理的方法包括：
96.s301，在富水异常区域开采前，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；
97.s302，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；
98.s303，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。
99.本发明实施例提供的对水害进行疏放治理的方法，按照传统注浆方法进行深部注浆，封堵裂隙和封堵钻孔后，方可对工作面进行开采，从而防止开采时突水；针对治理情况进行安全评价及论证，保证安全开采。
100.本发明实施例提供的确定异常范围内水域的治理方案包括：
101.1)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；
102.2)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煤矿井田内不同含水层水质的判别模型，判别各类涌水水源；
103.3)基于煤矿工作面顶以及底板一定高度范围内的富水异常区域、异常地质体的分布情况以及各类涌水水源，确定回采工作面水害防治技术措施。
104.本发明实施例提供的煤矿富水异常区域防治水系统包括：
105.基础数据获取模块，与中央控制模块连，用于通过数据获取设备利用物探技术、地震勘探和岩体测温技术获得煤矿富水区域的基础数据；
106.数据融合分析模块，与中央控制模块连，用于对煤矿富水区域的基础数据进行融合分析，确定煤矿富水异常区水流的相关关系；
107.中央控制模块，与基础数据获取模块、数据融合分析模块、电磁探测模块、全孔成像解析模块、水压监测模块和水害疏放治理模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述煤矿富水异常区域防治水系统各个模块的正常运行；
108.电磁探测模块，与中央控制模块连，用于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，确定含水层的分布并进行地质钻孔；
109.全孔成像解析模块，与中央控制模块连，用于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；
110.水压监测模块，与中央控制模块连，用于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；
111.水害疏放治理模块，与中央控制模块连，用于通过钻孔释放水压，根据富水区大小和深度在钻孔中安装注浆管进行深部注浆，封堵后进行工作面开采。
112.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
113.本发明的应用实施例提供了一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的煤矿富水异常区域防治水方法的步骤。
114.本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的煤矿富水异常区域防治水方法的步骤。
115.本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的煤矿富水异常区域防治水系统。
116.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
117.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。