[发明专利]一种采空区安全预警监测方法

权利要求书

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(x_t01，y_t01，z_t01；……；x_t0n，y_t0n，z_t0n)，对这些点坐标数据进行坏点剔除，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V_t0；

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V_t0，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G_t0；

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(G_t0，G_t1，G_t2，……，G_tn)和采空区三维虚拟实体模型集(V_t0，V_t1，……，V_tn)；

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R_k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R_k距离地表距离的变化K_L(K_Lt0，……，K_Ltn)与采空区顶板实时厚度h(h_t0，……，h_tn)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＝aK_L+b

式中h为预警监测采空区顶板实时厚度，K_L为采空区实时监测电阻率剖面中电阻率值R_k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＝aK_L+b，即可根据多次时间序列的高密度电法CT数据所得到的K_L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h_a来实时判定空区的顶板安全演变趋势，即当h＞h_a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≦h_a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。

2.根据权利要求1所述的采空区安全预警监测方法，其特征在于，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R_k距离地表距离的变化K_L的动态变化监测获得。

3.根据权利要求1所述的采空区安全预警监测方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的采空区安全预警监测方法，其特征在于，所述的N个测量电极的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。