[00127423]平邑县石膏矿采空区在线监控预警系统

本项目是釆用通信技术、网络技术、计算机技术、采矿技术、测量技术、光纤 传感检测技术,通过建立数学模型运算岩体位移的速度及波及地表的时段,为预防灾难发生提供预警信息。 课题来源与背景：2015年12月25日,平邑县玉荣商贸有限公司石膏矿发生釆空区垮塌事故,造成14人死亡,波及地表30万廿,平邑县政府决定所有石膏矿生产 单位不再进行开釆,但是釆空区的存在成为重大事故隐患,县政府决定对采空区 实施治理措施,委托山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队进行了釆空区调查和治理方案的编制,拟釆用采空区全部充填措施,计划投资1.8亿,考虑到治理资金的投入、时间和效果,确定釆用光纤传感器监测技术对13个矿釆空区实施监测预警。 13个石膏矿共布置了 351个测点,其中地下布置了 155个传感器310个测点,地表布置了 41个监测基点,监测覆盖面积为140万平方米。2017年系统建设完成并开始运行,至今经过两年的运行,有效的实施了监测预警,预防了地表塌陷对生命财产带来的威胁。 研究目的与意义：随着矿井开采强度和深度不断加大,采矿造成的岩体移动对生产和生活的影响日益突出,顶板冒落、冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象时有发生。岩体位移监控预警技术不仅可以实现对冲击地压、煤与瓦斯突出、突水等矿山动力灾害和滑坡、泥石流等灾害的监测预警,而且对高速铁路、高速公路、高层建筑和桥梁等各类重要建筑物、构筑物位移以及城市、沿海下沉等也具有监测预警作用,在很多领域可被广泛应用,其社会效益显著,公司正在煤矿、重要建筑物等领域推广应用。 主要论点与论据：该项目开发了基于光纤位移信息融合的岩体位移监控预警技术。通过建立一套高精度光纤位移（离层）监测预警系统,建立数学模型推断安全极限,计算岩体位移波及地表的时段,分析总结岩体位移规律,以实现对采空区上覆地表的预报和预警。 目前国内外地表沉降监测方式主要为：建立位移观测基点。主要方法有：使用水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪等的大地测量法,近景摄影测量方法,干涉合成孔径雷达测量技术,全球定位系统（GPS）。以上传统观测是岩体移动的结果,而不是岩体移动的过程。 国内文献中未查新到通过在地表安装光纤离层传感器监测地表以下深部岩层的活动状态;未查新到通过传感器监测深部岩层活动信息,分析预测岩体活动波及到地表的时间。 国外文献中未查新到通过在地表安装光纤离层传感器监测地表以下深部岩层的活动状态;未查新到通过传感器监测深部岩层活动信息,分析预测岩体活动波及到地表的时间。 国内外文献中均未查新到岩体位移监测预警算法。 创见与创新：1.预警算法。根据深浅两个测点接受到岩体位移的时间不同和两者间的距离,同步计算出位移传输到地面的时间,即预警出地表塌陷的时段,实现了预警和预报; 2.测点布置方式。在采空区地表部署传感器,每个传感器下连两个监测点,监测点是在地表不稳定区域内地面向下钻孔,相对均匀布置,遇有断层等构造区域加密布置,两个测点分别布置在深浅不同的岩层,利用岩体位移监测技术对采空区上覆岩体不同岩层进行监测; 3.传感器保护方式。为保护传感器,在钻孔处修筑防护台,在传感器防护台内安装光纤多点位移传感器; 3.可视方法。平台的建设打破了以往只在现场部署单机版的做法,采用矢量图和影像图两中显示方法,位置具体,观察方便; 4.施工方法。原设计传感器安装方式为单孔双测点,即在一个孔内部署深浅两个测点,在施工过程中发现平邑地区地质勘探资料与实际地层有差异,施工中存在钻孔塌孔现象,无法达到原设计目标,将测点布置方式由单孔双点,改变为单孔单点,为地质复杂条件下施工探索了方法; 社会经济效益：已经取得直接经济效益和社会效益：釆用光纤传感器监测预警技术与釆空区充 填治理相比较节约了 1.776亿财政资金。 本项目釆用的光纤位移监测预警系统创造了国内大面积釆空区监控治理首例, 为全国釆空区治理提供了技术路线和治理方法。 历年获奖情况：该项目获得了发明专利1项,计算机软著8项,专利局已受理的发明专利1项。 并在2015年光纤和光电子传感器及其安全应用国际会议、2017年第九届光电子中国 博览会、2018年世界第二十二届国际测量会议、2018年12矿山安全物联网新技术 研讨会等做了技术交流。 2016年10月14日平邑县政府组织了对《平邑县石膏矿釆空区治理方案设计》的专家论证,专家组认为：方案针对不稳定采空区及已塌陷釆空区分别布置传感器 监测点和监测基点,符合实际情况;根据区域差异划分监测单元的方法科学、合理; 依据人流、物流、车流和人员集中的不同情况,釆用疏密相济布置监测点,重点突 出;釆用具有非电、防雷、防电磁和电波干扰、传感器寿命长特点的光纤传感器监 测预警,技术先进、性能稳定、安全可靠。