[发明专利]一种矿井井壁破裂监测预警系统及方法

说明书

本发明涉及一种矿井井壁破裂监测预警系统及方法，包括如下步骤：首先根据已建井壁周围环境及地质情况，分析井壁易发生破坏的位置，确定监测区域；在监测区域的井壁内侧安装多层微震传感器，并通过通讯电缆与井上采集仪连接，实时获取震源信号；对采集的信号波形分析，筛选出反映井壁破裂的微震事件，并通过相关算法确定其对应的震源位置、时间、能量以及破裂机理；根据破裂震源信息实时刻画井壁的动态损伤过程，最终实现对井壁破坏、失稳灾害的预警；本发明提供的技术方案，有别于传统的位移式监测方法，能实现全空间范围内井壁微破裂的实时动态监测和分析。

技术领域

本发明涉及矿井井筒安全监测领域，具体涉及一种矿井井壁破裂监测预警系统及方法。

背景技术

立井井筒是矿山的咽喉，承担着地下矿产资源与地表生产系统连接的重任，由于井筒井壁受力状况不同，地质层种类复杂多样，自然环境差异大，井筒在建设和使用过程中很容易出现变形、损伤等现象，给煤矿的生产经营带来严重的安全问题和财产损失。

井壁发生井壁破裂的因素很多，很难通过理论分析准确确定井壁破裂的时间与区域，因此采取有效的监测手段对井筒结构的安全状态进行有效的监测显得尤为重要。

传统的井壁的监测方法主要有倒锤法、三维变形监测法、位移法、悬绳法、GPS监测法、应变计法等，近年来，随着计算机和通讯技术的飞速发展，图像监测、光纤传感器监测、分布式光纤监测等得到应用。

专利CN201810242255.7提供一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法，通过在井壁内侧布置若干个钢弦式应变、压力传感器，得到各个测点的应变、压力值，最终实现了对井壁变形的监测预警。

专利CN201810241075.7提供一种对井壁进行监测的光纤传感器系统与变形预警的方法，通过在井壁内表面布置若干个分布式光纤传感器、光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，实现对内层井壁承受的注浆压力、内层井壁变形和井壁温度的实时监测。

专利CN202110673391.3提供了一种矿井井壁应变及预警监测方法，监测装置包含钢弦式传感器和光纤光栅式传感器两种类型，不再是使用单一传感器类型对井筒变形监测，实现了不同类型传感器工作性能之间的相互验证。

以上监测方法，都是以测点(线)的变形量或压力值等指标判断特征曲线的变化趋势从而进行时间概念上的井筒变形、破坏预测研究，此类方法无法分析井壁宏观失稳前的微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用直至贯通破坏的影响，难以揭示井壁的渐进微破裂诱发宏观破坏失稳的本质规律。

此外，这些监测方法多是是井壁变形表观信息为监测对象，可以对井壁内表面位移、压力进行较好的监测，但对于井壁内部可能存在的微破裂往往束手无策。

因此急需寻求一种井壁全空间的损伤破裂监测方法，用于实时获取监测过程中的损伤演化规律。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种矿井井壁破裂监测预警系统及方法，实现全空间范围内井壁微破裂的实时动态监测和分析。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿井井壁破裂监测预警方法，包括：

步骤S1、根据已建井筒周围环境、地质情况以及实施条件，分析井壁易发生破坏的位置，确定监测区域；

步骤S2、在监测区域的井壁内侧安装多层微震传感器，并通过通讯电缆与井上采集仪连接，实时获取震源信号；

步骤S3、对采集的信号波形分析，筛选出反映井壁破裂的微震事件，并通过震源定位、源能计算与矩张量反演算法确定其对应的震源位置、时间、能量以及破裂机理；

步骤S4、根据破裂震源信息实时刻画井壁的动态损伤过程，建立损伤预警指标，最终实现对井壁破坏、失稳灾害的预警。