[发明专利]一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统

说明书

本发明提供了一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，根据采空区与地表建筑物的相对位置关系在地面上确定监测和预警区域，在区域中钻设检测孔，检测孔沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔对检测区域内进行监测，可有效的对区域下方采空区之间的煤柱失效进行监测，以及起到预警的作用；提高了房柱式、短壁式开采形成的采空区活化监测性和预警性，本发明成本相对较低，且采用了自动续航及自动采集技术，可长期使用，节约了需投入的人力及物力，进而提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及采空区悬顶灾害自动监测技术领域，具体为一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统。

背景技术

当前有很多工程项目要从煤矿采空区附近通过；对于长壁式开采的煤矿，一般采用全部垮落法管理顶板，其地质灾害基本在开采期间就已经发生并结束，对拟建工程项目的安全隐患较小，治理起来较简单。但是对于短壁式开采、房柱式开采的煤矿来说，如图1所示，因其覆岩未充分垮落或基本无垮落，后期存在采空区活化的可能，对拟建工程项目的安全隐患大，主要表现在：

此类采空区埋深一般较浅，在开采煤层时留设煤柱支撑顶板，采煤工作面较小，回采率低；煤柱随时间或环境条件的改变可能产生风化失效，未充分垮落或基本无垮落的覆岩失去支撑，进而导致采空区活化如图2所示。

采空区活化后将形成新的“三带”，进而导致顶板垮落及地表移动变形的发生，破坏地面建筑及设施，甚至引发斜坡灾害(滑坡、崩塌、不稳定边坡)、泥石流、矿震、煤层自燃、水位下降等其它地质灾害。

近年来，大面积悬顶采空区灾害发生导致的矿震及次生问题十分严重，仅陕北地区每年要发生矿震10次左右，最大震级4.2级，严重影响当地居民正常生产和生活，制约着矿区开发的可持续发展；由此可见，煤矿采空区大面积悬顶灾害监测及预警工作迫在眉睫。

因此，此类采空区急需一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，以便及时做出预警及现场避灾处置，减少或避免损失。

发明内容

针对现有技术中短壁式开采、房柱式开采的煤矿因其覆岩未充分垮落或基本无垮落，后期存在采空区活化的可能，对拟建工程项目存在安全隐患大的问题，本发明提供一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，采用检测系统监测并预警工程附近的采空区活化及其变形破坏过程，以便为工程决策及避灾提供依据，进而及时做出预警及现场避灾处置，减少或避免损失。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1，在地面上确定所需要进行监测和预警的若干预警区域，若干所述预警区域的地下均存有采空区，且在采空区至地面之间的岩层处布置检测区域；其中若干预警区域所对应的采空区之间存在煤柱；

步骤2，在每个预警区域处钻设检测孔，检测孔沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔对检测区域内进行监测；

步骤3，对检测区域进行初次检测并记录初值，待检测数据稳定后，进行监测及预警工作；当检测数据没有增大或突变时，则该预警区域所对应的采空区之间的煤柱没有发生失效，采空区稳定；当检测数据发生增大时，则煤柱失效，监测到采空区上部的检测区域范围逐渐增大；当检测数据发生突变时，则采空区上部的检测区域突增，检测区域即将发生垮落，实现预警工作。

优选的，检测区域由采空区至地面之间的岩层处由低至高依次包括垮落带、裂隙带和弯曲变形带。

进一步的，检测孔在地下通过钻孔得到的岩芯来判断检测孔所钻至检测区域的位置，其中检测孔钻至裂隙带的位置处时则立即终止钻孔。

进一步的，在裂隙带和弯曲变形带内沿着检测孔的竖直方向上依次埋设有若干应力传感器，通过应力传感器对检测区域进行监测。