專利名稱：一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采安全監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法和技術(shù)。
背景技術(shù)：
氡是天然放射性衰變系列中的氣態(tài)放射性核素，它的衰變產(chǎn)物又是一種不易揮發(fā)的放射性物質(zhì)。地層塌陷過(guò)程形成的破碎帶，為氡的遷移提供良好的通道，地層中的氡會(huì)在對(duì)流作用、地下水作用、微氣泡作用、地?zé)嶙饔?、地?yīng)力作用、潮汐作用、抽吸作用、地氣作用、滲流作用等作用下遷移到地表。地層中破碎帶的發(fā)育程度在一定程度上會(huì)影響氡的遷移水平，具體能反應(yīng)在地表土壤中測(cè)量到的壤氡信息。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，當(dāng)?shù)貙釉诳逅跋?，必然能測(cè)量到GPS坐標(biāo)位置的形變位移，因此可以用高精度GPS差分定位觀測(cè)測(cè)量點(diǎn)， 能監(jiān)測(cè)地層沉陷過(guò)程的微小變化。煤炭資源是被人類廣泛利用的能源之一，在我國(guó)有千余座大小不等的煤礦，存在大量的煤炭開(kāi)采作業(yè)。而在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，地面塌陷是目前煤炭開(kāi)采的主要安全問(wèn)題之一，煤炭開(kāi)采過(guò)程中巖層塌陷，嚴(yán)重影響到煤炭開(kāi)采工業(yè)的安全生產(chǎn)。煤礦是集人工、機(jī)械、 采礦工程、地質(zhì)條件和自然環(huán)境共存的復(fù)雜系統(tǒng)，其災(zāi)變機(jī)理、途徑等基本因素難以確定， 因素狀態(tài)模糊性強(qiáng)、安全數(shù)據(jù)不夠充分，事故發(fā)生率較高。我國(guó)時(shí)常會(huì)發(fā)生大小不等的煤礦坍塌事件。因此，在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)，地面塌陷安全預(yù)警工作顯得尤為重要。目前，煤礦開(kāi)采安全評(píng)價(jià)以安全系統(tǒng)工程理論和方法為基礎(chǔ)，按照相應(yīng)的程序與方法，對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程中存在的危險(xiǎn)因素、發(fā)生事故的可能性與傷害程度進(jìn)行識(shí)別和分析。 常用的方法如模糊綜合評(píng)價(jià)、灰色聚類分析、物元分析、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，但在處理方法上分別存在某些缺陷，例如，因采用最大-最小算子而損失大量原始信息；因采用均權(quán)處理各關(guān)聯(lián)度，而未能足夠體現(xiàn)各指標(biāo)中權(quán)重的影響。這些都會(huì)造成煤礦開(kāi)采條件安全性受許多未知因素影響。目前已有的安全評(píng)價(jià)機(jī)制不能確保煤礦開(kāi)采過(guò)程中的地面塌陷預(yù)警，因此建立一套有效的煤炭開(kāi)采過(guò)程中地面塌陷的預(yù)警方法及系統(tǒng)是煤炭企業(yè)生產(chǎn)安全運(yùn)行的一種行之有效的技術(shù)手段。建立一套較為有效的煤礦開(kāi)采過(guò)程中地面巖層塌陷的預(yù)警方法，將有助于提高煤炭企業(yè)的安全水平，降低事故帶來(lái)的損失，并為煤炭企業(yè)的安全施工提供技術(shù)手段。多年來(lái)，人們?cè)趹?yīng)用氡氣測(cè)量進(jìn)行地震預(yù)報(bào)、勘測(cè)煤田陷落柱、探查隱伏地址構(gòu)造等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究，但是由于煤炭開(kāi)采引起巖層坍塌的過(guò)程中，壤中氡氣場(chǎng)受地層破損發(fā)育程度的影響以及地層塌陷過(guò)程中對(duì)壤氡異常變化的評(píng)價(jià)機(jī)制，特別是將壤氡α能譜測(cè)量方法結(jié)合高精度GPS差分技術(shù)應(yīng)用于巖層塌陷預(yù)警未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)，因此本發(fā)明所提供的方法是一種創(chuàng)新的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層垮塌預(yù)警的應(yīng)用需求，采用壤中氡氣α能譜實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量方法結(jié)合高精度地面GPS差分定位測(cè)量方法，監(jiān)測(cè)煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層垮塌前地層裂隙發(fā)育情況，對(duì)比裂隙發(fā)育實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜离睖y(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立一套利用壤氡異常來(lái)評(píng)價(jià)裂隙破損發(fā)育程度，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械娜离碑惓Ｔu(píng)價(jià)機(jī)制應(yīng)用到煤炭開(kāi)采過(guò)程中的地層塌陷評(píng)價(jià)中去，從而達(dá)到煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷的預(yù)警目的。本發(fā)明所提供方法合理，理論基礎(chǔ)充分，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案成熟可行。為能達(dá)到上述發(fā) 明目的，所采用的技術(shù)方案是根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)；在各探測(cè)點(diǎn)上采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量；在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位在線實(shí)時(shí)測(cè)量；根據(jù)高精度GPS差分定位測(cè)量，獲取地層的沉降信息；根據(jù)獲得的壤氡異常分布關(guān)系和變化規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)室的煤炭開(kāi)采過(guò)程地層裂隙評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合高精度GPS差分定位獲取的地層沉降信息，確定地層裂隙的發(fā)育程度，進(jìn)而獲取煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷的預(yù)警信息；整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)由多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置、基于太陽(yáng)能的電源管理裝置、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)幾個(gè)部分構(gòu)成；多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元和高精度GPS差分定位裝置通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置相連，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)相連；多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元、高精度GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置與基于太陽(yáng)能的電源管理裝置相連接。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)，表示在地表相應(yīng)范圍內(nèi)設(shè)置測(cè)點(diǎn)和測(cè)線，測(cè)線和測(cè)點(diǎn)之間的距離為設(shè)定值。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的在各探測(cè)點(diǎn)上采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量，具體包括在探測(cè)點(diǎn)挖設(shè)定深度的測(cè)量坑，在每個(gè)測(cè)量坑內(nèi)放置多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元，將多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置再通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元包含壤中氡氣取樣裝置、壤中氡氣測(cè)量模塊、環(huán)境參數(shù)測(cè)量模塊；其中所述的環(huán)境參數(shù)包括壤中溫度、濕度、氣壓。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位測(cè)量，指的是在設(shè)定數(shù)量的壤氡測(cè)量點(diǎn)上同時(shí)設(shè)置觀測(cè)地面沉降高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)，在一個(gè)靜態(tài)位置上設(shè)置一個(gè)高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)；所述的高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)包含GPS測(cè)量天線、GPS接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)采集單元；高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集的GPS定位數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GRPS網(wǎng)絡(luò)將GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要包含數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元和人機(jī)接口單元，多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要負(fù)責(zé)對(duì)壤氡測(cè)量數(shù)據(jù)和高精度GPS差分定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)管理。按照本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征是所述的基于太陽(yáng)能的電源管理裝置，主要包括太陽(yáng)能電池板、電源充電電路、電池電量檢測(cè)電路和電池保護(hù)電路，完成對(duì)多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置的電源管理。


附圖1為一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法流程圖；附圖2為本發(fā)明實(shí)施的多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元和高精度GPS差分定位探測(cè)點(diǎn)布置示意圖；附圖3為多參數(shù)壤氡數(shù)據(jù)采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖1為一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法流程圖。如圖所示，本發(fā)明提供的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)(SlOl)；在各探測(cè)點(diǎn)上(S201)采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量(S102)；在其中設(shè)定數(shù)量(S202)的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位測(cè)量(S103)；根據(jù)高精度GPS差分定位測(cè)量，獲取地層的沉降信息；根據(jù)獲得的壤中氡氣異常分布關(guān)系和變化規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)室的煤炭開(kāi)采過(guò)程地層裂隙評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合高精度GPS差分定位獲取的地層沉降信息，確定地層裂隙的發(fā)育程度，進(jìn)而獲取煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷的預(yù)警信息(S104)。S101，根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)。圖2為本發(fā)明實(shí)施的多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元和高精度GPS差分定位探測(cè)點(diǎn)布置示意圖。如圖所示，根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表相應(yīng)范圍內(nèi)(比如IOOOOm2)的土壤中設(shè)置測(cè)點(diǎn)(S201，S202)和測(cè)線 (S203)，使得探測(cè)范圍能夠覆蓋地下煤炭開(kāi)采區(qū)，選定測(cè)線和測(cè)點(diǎn)之間的距離為設(shè)定值。在地表探測(cè)范圍內(nèi)布置探測(cè)點(diǎn)可以是均勻布置也可是不均勻布置。例如，在地表探測(cè)范圍內(nèi)設(shè)置測(cè)線，所述測(cè)線方向與煤炭開(kāi)采掘進(jìn)方向一致，測(cè)線之間的距離為設(shè)定值，該設(shè)定值可以根據(jù)監(jiān)測(cè)所要求的精度設(shè)定(如要求監(jiān)測(cè)精度為2. 5m,則測(cè)線之間的距離設(shè)為5m)，每條測(cè)線上可以均勻布置探測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)之間的距離也是根據(jù)監(jiān)測(cè)精度的要求確定設(shè)定值，比如要求監(jiān)測(cè)精度為2. 5m，則測(cè)線之間的距離設(shè)為5m)或者不均勻地布置探測(cè)點(diǎn)(S201)。測(cè)線及測(cè)線上的測(cè)點(diǎn)構(gòu)成測(cè)網(wǎng)(圖2)，測(cè)網(wǎng)覆蓋了煤炭開(kāi)采區(qū)的地面探測(cè)范圍。選擇測(cè)網(wǎng)上的設(shè)定數(shù)量探測(cè)點(diǎn)同時(shí)作為高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)(S202)，選擇測(cè)網(wǎng)以外的一個(gè)靜態(tài)點(diǎn)作為GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)(S204)。S102，在煤炭開(kāi)采區(qū)各探測(cè)點(diǎn)上開(kāi)展多參數(shù)壤氡α能譜實(shí)時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。具體包括在探測(cè)點(diǎn)挖設(shè)定深度的探測(cè)坑，在每個(gè)探測(cè)坑內(nèi)放置多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元，將多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，由現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)有壤中氡氣測(cè)量的方法很多，本發(fā)明采用的壤氡測(cè)量方法為基于壤氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電累積原理的α能譜測(cè)量技術(shù)，圖3為多參數(shù)壤氡數(shù)據(jù)采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，氡氣取樣裝置由帶有擴(kuò)散孔的高壓腔體構(gòu)成，氡通過(guò)靜態(tài)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入氡氣收集裝置腔體內(nèi)部時(shí)，發(fā)生α衰變產(chǎn)生氡的子體，由于氡的子體帶正電，會(huì)在高壓電場(chǎng)的作用下吸附到金硅面探測(cè)器表面，吸附在金硅面上的氡子體衰變產(chǎn)生的α射線被金硅面探測(cè)器探測(cè)并將信號(hào)輸出到電路系統(tǒng)，由電路系統(tǒng)進(jìn)行α能譜測(cè)量。電路系統(tǒng)中同時(shí)含有測(cè)量壤中溫度、濕度、氣壓的測(cè)量模塊，電路系統(tǒng)通過(guò)絕緣材料與壤中氡氣取樣裝置相連接，整個(gè)電路系統(tǒng)采用環(huán)氧樹(shù)脂灌封。圖4為一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)由多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置、基于太陽(yáng)能的電源管理裝置、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)幾個(gè)部分構(gòu)成；多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元和高精度GPS差分定位裝置通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置相連；現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)相連；多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元、高精度GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置與基于太陽(yáng)能的電源管理裝置相連接。其中所述的多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元包含壤中氡氣取樣裝置、壤中氡氣測(cè)量模塊、環(huán)境參數(shù)測(cè)量模塊。其中所述的環(huán)境參數(shù)包括壤中溫度、濕度和氣壓。在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位測(cè)量，指的是在設(shè)定數(shù)量的壤氡測(cè)量點(diǎn)上同時(shí)設(shè)置觀測(cè)地面沉降高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)，在一個(gè)靜態(tài)位置上設(shè)定一個(gè)高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)；所述的高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)包含GPS測(cè)量天線、GPS接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)采集單元；高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將GPS定位數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GRPS網(wǎng)絡(luò)將GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要包含數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元和人機(jī)接口單元，多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要負(fù)責(zé)對(duì)壤氡測(cè)量數(shù)據(jù)和高精度GPS差分定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)管理?；谔?yáng)能的電源管理裝置主要包括太陽(yáng)能電池板、電源充電電路、電池電量檢測(cè)電路和電池保護(hù)電路，完成對(duì)多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置的電源管理。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)就能做出的各種改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征在于，包括根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)；在各探測(cè)點(diǎn)上采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量；在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位在線實(shí)時(shí)測(cè)量；根據(jù)高精度GPS差分定位測(cè)量，獲取地層的沉降信息；根據(jù)獲得的壤氡異常分布關(guān)系和變化規(guī)律， 與實(shí)驗(yàn)室的煤炭開(kāi)采過(guò)程地層裂隙評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合高精度GPS差分定位獲取的地層沉降信息，確定地層裂隙的發(fā)育程度，進(jìn)而獲取煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷的預(yù)警信息；整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)由多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置、基于太陽(yáng)能的電源管理裝置、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)幾個(gè)部分構(gòu)成；多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元和高精度GPS差分定位裝置通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置相連，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò) GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)相連；多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元、高精度 GPS差分定位裝置、現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置與基于太陽(yáng)能的電源管理裝置相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征在于所述的根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)，表示在地表相應(yīng)范圍內(nèi)設(shè)置測(cè)點(diǎn)和測(cè)線，測(cè)線和測(cè)點(diǎn)之間的距離為設(shè)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征在于所述的在各探測(cè)點(diǎn)上采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量，具體包括在探測(cè)點(diǎn)挖設(shè)定深度的測(cè)量坑，在每個(gè)測(cè)量坑內(nèi)放置多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元， 將多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，再由現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征在于所述的多參數(shù)壤氡α能譜數(shù)據(jù)采集單元包含壤中氡氣取樣裝置、壤中氡氣測(cè)量模塊、 環(huán)境參數(shù)測(cè)量模塊；其中所述的環(huán)境參數(shù)包括壤中溫度、濕度和氣壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，其特征在于所述的在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位測(cè)量，指的是在設(shè)定數(shù)量的壤氡測(cè)量點(diǎn)上同時(shí)設(shè)置觀測(cè)地面沉降高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)，在一個(gè)靜態(tài)位置上設(shè)置一個(gè)高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)；所述的高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS 差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)包含GPS測(cè)量天線、GPS接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)采集單元；高精度GPS差分定位測(cè)量點(diǎn)以及高精度GPS差分定位靜態(tài)參考點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集的GPS定位數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置，現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置通過(guò)GRPS網(wǎng)絡(luò)將GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述的現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要包含數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元和人機(jī)接口單元，多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置主要負(fù)責(zé)壤氡測(cè)量數(shù)據(jù)和高精度GPS差分定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)管理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述的基于太陽(yáng)能的電源管理裝置，主要包括太陽(yáng)能電池板、電源充電電路、電池電量檢測(cè)電路和電池保護(hù)電路，完成對(duì)多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量單元、高精度GPS差分定位裝置現(xiàn)場(chǎng)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理裝置的電 源管理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷預(yù)警方法與系統(tǒng)，具體包括根據(jù)煤炭開(kāi)采范圍在地表土壤中布置探測(cè)點(diǎn)；在各探測(cè)點(diǎn)上采用多參數(shù)壤氡α能譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行壤氡實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量；在其中設(shè)定數(shù)量的探測(cè)點(diǎn)上作高精度GPS差分定位在線實(shí)時(shí)測(cè)量；根據(jù)高精度GPS差分定位測(cè)量，獲取地層的沉降信息；根據(jù)獲得的壤氡異常分布關(guān)系和變化規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)室的煤炭開(kāi)采過(guò)程地層裂隙評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合高精度GPS差分定位獲取的地層沉降信息，確定地層裂隙的發(fā)育程度，進(jìn)而獲取煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層塌陷的預(yù)警信息。該方法所使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)方案實(shí)施方便，能較為準(zhǔn)確的達(dá)到煤炭開(kāi)采過(guò)程中地層破裂程度評(píng)價(jià)及垮塌預(yù)警的目的。
文檔編號(hào)E21F17/18GK102287234SQ20111016549
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)