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核磁共振技术在煤矿突水监测中应用的设想
王应吉;孙淑琴;李伟;王泽恒
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2007(038)009
【摘要】核磁共振找水是目前世界上唯一的直接找水新方法.在该方法的探测深度范围内,有一定规模的自由水存在,就有核磁共振信号响应.反之,就没有响应.目前探测深度已可靠达到150 m,完全可以满足煤矿坑道富水构造探测的需要.概括了目前用于煤矿突水预测的几种主要方法.介绍了核磁共振找水技术的发展历程、现状、工作原理、工作方法及仪器设备现状.对将核磁共振找水技术用于煤矿突水预测中的一些关键技术难题提出了解决方案.
【总页数】4页(P66-69)
【作者】王应吉;孙淑琴;李伟;王泽恒
【作者单位】吉林大学,地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林,长春,130061;吉林大学,地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林,长春,130061;吉林大学,地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林,长春,130061;吉林大学物理学院,吉林,长
春,130061
【正文语种】中文
【中图分类】TD745
【相关文献】
1.煤矿突水监测预警系统中的关键技术 [J], 张雁;刘英锋;吕明达
2.突水微震监测预警技术在演马庄煤矿的应用 [J], 赵麦来;王飞;王尧
3.微震监测技术在煤矿底板突水预警中的应用 [J], 王悦;于水;王苏健;黄克军;唐春安
4.张集煤矿突水危险域微震监测系统应用 [J], 刘晓国; 魏廷双; 余国锋; 王四戌; 韩云春; 牟文强; 李连崇
5.微震监测技术在煤矿突水监测中的应用 [J], 白越;王经明
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煤矿安全监测与预警系统的研发煤矿作为我国主要的能源来源之一，其开采过程中潜伏着许多安全风险。
为了确保煤矿生产过程的安全性，煤矿安全监测与预警系统的研发变得尤为重要。
本文将探讨煤矿安全监测与预警系统的相关技术及其在实际应用中的效果。
一、煤矿安全监测技术的发展随着科技的不断进步，煤矿安全监测技术也得到了迅速发展。
过去，煤矿安全监测主要依赖人工巡检，存在监测范围有限、人为疲劳等问题。
然而，随着传感器技术、通信技术和计算机技术的不断改进，煤矿安全监测技术得到了巨大的提升。
1. 定位系统技术定位系统技术是煤矿安全监测的基础。
通过全球定位系统（GPS）、传感器等技术，可以实时监测矿工的位置信息，迅速发现事故风险，提供精确的应急救援。
2. 气体监测技术煤矿中存在着一些有害气体，如瓦斯和灰尘等。
气体监测技术可以实时检测煤矿中的气体浓度，并及时发出预警，以保障矿工的安全。
3. 视频监控技术视频监控技术通过摄像机等设备实时监视矿井内的情况，并配备人工智能算法对矿工进行识别和行为分析，加强对煤矿安全的监控与控制。
二、煤矿安全预警系统的研发煤矿安全预警系统是应对煤矿事故的关键手段之一。
针对目前的煤矿安全问题，开展了煤矿安全预警系统的研发工作。
1. 数据采集与处理为了建立一个可靠的煤矿安全预警系统，需要对煤矿的各项数据进行采集和处理。
通过传感器采集到的煤矿安全数据，包括温度、湿度、气体浓度等参数，经过处理和分析后，可以用于预测煤矿可能发生的事故。
2. 预警模型的建立预警模型的建立是煤矿安全预警系统的核心。
通过对历史事故的统计分析，结合煤矿内部环境参数和矿工状态等数据，建立预警模型，以实现对煤矿安全隐患的快速识别与预警。
3. 预警信息的传输与响应在预警系统中，预警信息的传输与响应至关重要。
通过网络和通信技术，将预警信息及时传输给煤矿工作人员和相关部门，以便他们能够迅速做出反应，减少事故的发生。
三、煤矿安全监测与预警系统的应用效果煤矿安全监测与预警系统的研发在实际应用中取得了较好的效果。
附件2专利名称：矿井突水灾害监测预警系统及其控制方法专利号：ZL200910119379.7专利权人：华北科技学院；尹尚先发明人：尹尚先；王经明；梁育龙；刘德民专利项目简介：本发明在研究煤矿突水内在机理的基础上，提出导致煤矿突水的主控要素，并转化为灾害发生的监测预警指标体系，应用突水预兆信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突水因素远程监控技术和人工智能判别技术，通过对突水动态信息的综合系统分析，建立矿井水灾预警的指标体系和预警模式，研发水灾预警的信息系统，在监测预警系统、结构、原位测量技术、高效智能预警模式等多个方面实现了突破，属于基础型专利。
本发明通过工业性试验将研发成果成功地应用于煤矿水灾的超前预测和预警，实现了煤矿突水灾害的实时监测、远程遥控、超前预警，填补了矿井突水灾害预警的空白，可以为防范和控制突发性突水灾害提供准确和先见的信息，具有重要的理论意义和实际意义。
1.矿井突水灾害监测预警系统采用多主式体系结构和通讯方式，实现了水灾、水情监控的实时化、动态化、系统化、长期化和网络化，达到了实时监测、远程遥控、超前预警之目的，开创了我国煤矿水灾实时动态监测超前预警的新时代，在煤矿水灾监测预警方法原理、体系结构、通讯方式、指标体系、参数监测、人工智能技术等方面形成了我国具有自主知识产权的整套技术。
2.实现矿井水压、水温、应力应变以及水化学特征离子等多指标的原位测量技术，大大提高了测量精度，并实现了矿井突水物理预警和水化学预警的统一。
3.形成了高效智能的预警模式，该预警模式是基于最新的突水机理上及判别模式，即三种突水模式：正常岩层有厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水突水机理；断裂影响导升带、破坏带等四种断裂突水子模式及机理；陷落柱突水子模式及机理。
目前本发明已经应用到了矿井顶底板突水预警、陷落柱和断层等构造突水预警等多个领域，同时该系统还可以应用到采动影响下断层活化实时监测，煤层开采顶底板破坏高度及破坏规律，煤层顶板离层实时监测等其他矿井采动影响监测预警上，应用领域和范围较广。
专利名称：煤矿突水在线监测智能预警系统
专利类型：实用新型专利
发明人：张发旺,柴学周,张化杰,陈立,么红超,赵淼,段国平,王滨,张威,李敏巍,胡博文
申请号：CN201520143001.1
申请日：20150313
公开号：CN204462116U
公开日：
20150708
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种煤矿突水在线监测智能预警系统，具有工作站主机、声光预警装置、变送器、集成智能水质传感器监测箱，所述的监测箱具有筒体、多个水质传感器、设于筒体两端的过滤网、安装于筒体内的呈横向设置并延伸至筒体两端过滤网处的上稳流板和下稳流板、安装于筒体内的呈纵向排列并延伸至筒体两端过滤网处的多排分体稳流板，上稳流板和下稳流板以及多排分体稳流板上皆分布有多个导流孔，多排分体稳流板位于上稳流板和下稳流板之间，每排分体稳流板皆具有左段板和右段板且该左段板和右段板之间断开而连通筒体的上稳流板和下稳流板之间的腔体。
它不仅有效的解决了在矿井下超前探水时对水质的快速检测，而且还能对发生的突水情况做出超前预警。
申请人：山西潞安环保能源开发股份有限公司,中国地质科学院水文地质环境地质研究所,中国地质科学院岩溶地质研究所
地址：046204 山西省长治市高新开发区城北街65号
国籍：CN
代理机构：石家庄海天知识产权代理有限公司
代理人：孟树勋
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煤矿安全信息监测与应急预警关键技术研究煤矿安全一直是一个备受关注的问题。
为了保障煤矿工人的生命安全和煤矿生产的稳定运行，研究煤矿安全监测与应急预警关键技术变得尤为重要。
本文将重点讨论煤矿安全监测与应急预警的关键技术。
煤矿安全信息监测技术是煤矿安全管理的重要一环。
通过监测煤矿的气体浓度、地质构造、温度等指标，可以及时发现异常情况，并采取相应的措施进行预警和处理。
在煤矿安全信息监测技术中，气体浓度监测是最为关键的一项。
煤矿中的瓦斯和煤尘是导致煤矿事故发生的主要原因，因此，准确监测煤矿中的瓦斯和煤尘浓度对事故的预防和应急处理至关重要。
目前，常用的监测方法包括传感器监测和监测装置布设，传感器监测可以通过测量气体电导率、红外吸收等方法来实现，监测装置布设则是将传感器合理地布置在煤矿中的关键位置，以实现全方位的监测。
除了气体浓度的监测，煤矿安全信息监测技术还包括地质构造监测。
地质构造监测通过监测矿井壁岩体的位移、应力等参数，判断地质构造的稳定性，从而预警潜在的地质灾害。
传统的地质构造监测方法包括测量地应力、位移等参数的传感器监测，但这些方法存在数据获取困难、监测精度低等问题。
因此，研究人员也在探索新的地质构造监测方法，如声波监测、光纤传感等技术，在提高监测效果的同时，降低监测成本。
在煤矿安全信息监测技术的基础上，应急预警技术是及时采取措施防范和处理煤矿事故的关键。
应急预警技术主要包括声光报警、信号传输和图像识别等方面。
声光报警是最常用的一种技术，当监测到煤矿存在危险情况时，报警器会发出声音和光线以提醒工作人员采取措施。
信号传输则是通过无线通信网络将监测到的信息传输给相关人员，以实现实时的应急响应。
图像识别技术可以通过分析监测到的煤矿场景图像，判断是否存在安全隐患，从而实现自动化的应急预警。
这些技术的不断发展和创新为煤矿安全管理提供了更好的手段。
煤矿安全信息监测与应急预警关键技术研究还面临一些挑战。
首先，煤矿工作环境的特殊性决定了监测技术需要具备防爆、耐高温等特殊能力，这对监测设备的研发提出了较高要求。
煤层顶板突水预警系统中关键技术问题探讨
张雁
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2009(021)010
【摘要】对监测指标的选择、监测点的位置、预警判据、预警阈值和顸警级别的划分等煤层顶板突水预警系统中的关键技术问题进行了初步探讨,为预警系统的建立奠定了基础.
【总页数】2页(P127-128)
【作者】张雁
【作者单位】煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TU82
【相关文献】
1.大数据关键技术在滑坡监测预警系统中的应用 [J], 赵久彬;刘元雪;宋林波;刘佳鑫
2.煤矿突水监测预警系统中的关键技术 [J], 张雁;刘英锋;吕明达
3.大数据关键技术在滑坡监测预警系统中的应用 [J], 赵久彬;刘元雪;宋林波;刘佳鑫;
4.大数据关键技术在滑坡监测预警系统中的应用 [J], 赵久彬;刘元雪;宋林波;刘佳鑫;;;;;
5.关于特厚煤层全厚综放开采保障体系建设理论和关键技术问题探讨 [J], 夏洪春;李伟
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第40卷 第4期 煤田地质与勘探Vol. 40 No.4 2012年8月COAL GEOLOGY & EXPLORA TIONAug. 2012收稿日期: 2011-07-13作者简介:张 雁（1983—），男，河南中牟人，工程师，博士研究生，从事矿井防治水工作. 文章编号: 1001-1986(2012)04-0060-03煤矿突水监测预警系统中的关键技术张 雁1，刘英锋1，吕明达2(1. 中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710054；2. 中山大学地球科学系，广东 广州 510275) 摘要: 开展煤矿水害预警监测是实现煤矿安全开采、减少水害损失的关键。
通过对煤矿突水监测预警系统研究和发展现状的分析，结合部分矿井的监测实践，指出煤矿突水监测预警系统中的关键技术是监测参数的选择、监测设备的稳定性与精确度、监测地点的选择与钻孔布置、预警阈值及报警设置等4个方面，提出了煤矿突水监测预警系统优化和完善的思路。
关 键 词：煤矿突水；监测预警；参数；阈值；关键技术中图分类号：TD741 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.04.014Key technologies on mine water inrush monitoring and warning systemZHANG Yan 1, LIU Yingfeng 1, LU Mingda 2(1. Xi’an Research Institute , China Coal Technology and Engineering Group Corp , Xi’an 710054, China ;2. Department of Earth Sciences , Sun Yat-sen University , Guangzhou 510275, China )Abstract: Water inrush forec ast is the key t o realize s afe mining and reduce the los s caused by water hazards. Through the analysis of research and development situation of mine water inrush monitoring and warning system, and in combination with the monitoring examples, the authors proposed the key technologies for the selection of moni-toring parameters, the stability and precision of monitoring equipments, the choices of monitoring site and drilling layout and warning threshold and alarm, then, the thinking of how to optimize and perfect the system was given. Key words: mine water inrush; monitoring and warning; parameters; threshold; key technology1 煤田水害预警系统研究及应用现状近年来，我国煤矿水害事故频繁发生，成为制约煤矿安全生产的主要因素之一[1]。
煤矿水害的工作重点在于预防，水害预测是预防的基础[2]。
自20世纪80年代以来，科研人员一直致力于煤矿水害监测预警系统的研究工作，主要集中在煤层底板突水方面。
1984年，煤炭科学研究总院西安分院在淮南新庄孜煤矿进行了大规模的煤层底板试验，获得了底板深部超前破坏和采矿扰动深度等重要数据，证实了煤层底板突水预测的可能性。
20世纪90年代初，煤炭科学研究总院西安分院又以工业性试验的形式在多个大水矿区进行了矿山控制测量、注水试验、矿压测试等大量底板试验。
90年代中期，煤炭科学研究总院对底板突水前的位移、钻孔中水压的变化和弹性波的变化进行了监测，得出了突水前物理量的变化指标，研制了煤层底板突水前兆监测仪器，开发了相应的岩水耦合的突水判别模型。
同时涌现出一些底板突水机理学说，代表成果有递进导升说(王经明，1993)、岩水应力关系说(王成绪，1990)、原位破裂说(王作宇)和下三带说(李白英，1986)。
其中递进导升说和岩水应力关系说提出了相应的力学模型，研制了煤层底板突水前兆监测仪和煤层底板原位地应力测试仪[3]。
由于仪器本身的缺陷，只能做短暂的、局部的监测或测试，未能形成煤矿突水监测和预警系统，但对突水监测预警系统的开发起到了促进作用[4]。
2000年以来，随着计算机技术、网络技术和通讯技术的发展以及对煤层顶底板突水机理的深入研究，出现了多个矿井水害监测预警系统平台(图1)，众多学者与科研人员都将突水机理与监测设备相结合，开展一系列监测实践[5-8]。
主要有：以水文地质参数、应力、应变等为监测指标的监测预警系统；以岩层破裂监测的微震监测系统；以地层电阻率探查为基础的网络并行电法监测系统等。
目前各类监测系统已在全国大水矿区开展多次试验，如中煤科工集团西安研究院与科研单位合作，先后开展了皖北煤电祁东煤矿防止松散层水溃入矿井的预警系统研究、刘桥一矿灰岩水害预警系统工程、河南煤化城郊煤矿突水灾害实时监测预警系统研究、邢台东第4期张雁等: 煤矿突水监测预警系统中的关键技术·61 ·庞矿预警监测系统研究，各监测系统在矿井突水监测方面均获得良好的应用效果。
图1 突水监测预警系统组成及关键技术构成示意图Fig.1 Water inrush monitoring and warning system and thekey techniques2煤矿突水监测预警系统的关键技术纵观煤矿水害监测预警技术，虽开展监测实践并取得一定的成果，但也存在一些问题，尤其是几个关键技术尚未完全解决。
目前监测系统主要以多参数静态监测为主，仅在煤层顶底板的可疑地段进行定时定点监测，未能实现完整的煤矿突水过程中各物性参数的连续动态监测。
本文主要探讨以水文地质参数、应力应变参数监测为主的预警系统中关键技术。
2.1 监测参数的选择大量试验和研究表明，煤矿突水是有前兆的，即在煤矿突水之前，许多地质、水文地质参数会发生突变或持续性变化，如何选取监测参数以及选择哪些参数是进行监测预警的前提。
a. 参数选取原则 突水预警是为了给煤矿提供突水发生的可能性以及突水规模等有效信息，指导矿方及时采取相应的防范措施，因此每一个监测参数的选取都必须遵循科学性、代表性、可监测性、时效性等原则[9]。
科学性是参数选取的最基本原则；代表性要求选取的参数能够有针对性且较为可靠的代表突水前兆信息，准确的预警；虽然有些参数能够代表突水信息，但是目前的技术无法监测或不能持续监测，这些参数都不能够被采用，即参数选取的可监测性；时效性原则要求所选参数能够被系统及时统计或预测出来，不可与预报期时差太大，以免使预警失去有利时机。
b. 监测参数 根据参数选取原则、突水机理和目前的技术水平，通常可选参数有水位(水压)、水温、水质、水量(明渠流量)、应力和应变，其中应力、应变参数一般用于底板突水监测。
由于矿井水文地质条件千差万别，影响突水的因素很多，不同水害类型在突水机理上的差别导致参数敏感程度也不一样，目前所选参数是否能够准确预警，是否存在其他更合适的监测参数，还有待于在今后的监测实践中验证。
就目前监测过程中选择的参数，在监测实践中也存在一些问题。
相对来说，监测技术较为成熟的是水位(水压)、水温和水量参数监测，水质、应力和应变监测尚不完善。
多参数水文自动遥测仪可以成功的将地面和井下水文长观孔的水位(水压)、水温、井下排水沟、排水管路内的水量参数传输到地面的计算机内进行存储并分析，在部分煤矿已经开展广泛的应用。
水质监测主要用来判别突水水源[10]，适用于含水层水质差别较大或含水层有鲜明特征的矿井，比如奥灰水、老空水、海水等，通常采用的方法是在涌水点或者突水点人工采取水样进行水质分析，过程较长，起不到预警的作用，要做到在线实时监测含水层中主要离子含量需要解决的问题有两方面，一是传感器的灵敏性和稳定性；二是监测离子的选择。
在我国山东龙口进行海下采煤的过程中，为预防海水溃入矿井，开展钠、氯离子实时在线监测，效果良好，其他煤矿应选择哪些离子进行监测应根据自身含水层的水质特点来确定。
应力应变监测用于分析采掘活动对底板产生的破坏程度，监测的难点在于如何准确的采集数据，很大程度上与监测设备的性能有关。
2.2监测设备的稳定性与精确度监测设备应该具备较好的稳定性和较高的精确度。
稳定是指在监测过程中能够长时间持续监测，数据连续、不丢失；精确是指监测设备采集的相关参数真实可靠且在误差范围之内，这要求监测设备在研发过程中能够模拟井下实际情况。
现实监测过程中很难做到这两点。
首先，设备的稳定性不够好。
传感器埋设到预定位置之后要进行调试，调试好之后进行封孔。
往往在调试过程中数据完好，封孔之后就丢失监测数据，且无法进行重复操作；其次，在监测过程中采集数值的准确性有待探讨。
以应力监测为例，由于传感器在安装过程中已经破坏了底板原始应力，安装完成之后监测的是二次应力，设备在地面标定过程中是否考虑了底板围岩所有受力因素。
2010年皖北煤电集团公司刘桥一矿Ⅱ661、·62 ·煤田地质与勘探第40卷Ⅱ662工作面应力监测实践中，四个钻孔监测到的应力数值相差较大，且在监测过程中数据的变化幅度很大，这就为监测设备的稳定性和准确性提出更高的要求。
2.3监测地点的选择与钻孔布置a. 监测位置 煤矿突水是一个随机性的问题，通常受采动破坏影响而发生突水，突水点有可能是工作面内的任何位置，监测多选择在已形成的工作面之内。
突水监测是一个连续的过程，需要伴随工作面回采过程而进行持续监测。
一般在工作面内布置钻孔，将监测设备埋设在工作面顶底板的含水层或岩层中，如果布置的钻孔数量过多，则工作量较大，成本较高；如果布置的钻孔数量太少，则不能及时捕捉突水信息。
同时随着回采过程的不断推进，钻孔逐渐被破坏，因此钻孔位置的选择和钻孔数量的确定是做好突水监测的关键。
b. 钻孔设计 选定钻孔位置之后要进行钻孔设计，确定钻孔结构，包括孔深、终孔层位、钻孔倾角和方位角等相关技术问题。
一般根据监测目标层位和井下工作面实际情况确定。
