一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法

本发明涉及堵水帷幕监测技术领域，具体为一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法。

背景技术：

矿山注浆帷幕堵水技术在我国目前已有30多个矿山推广应用了该技术，消除了地下涌水对这些矿山开采构成的威胁，解放了大量的矿石资源，解决了许多矿山的生存问题，同时也为其他行业的堵水、抗渗、加固等工程提供了有力的技术支持。

注浆，又称为灌浆，它是将一定材料配置成浆液，用压力设备将其灌入地层或缝隙内使其扩散、胶凝或固化，以达到加固地层或防渗堵漏的目的。注浆技术涉及化学、流体力学、工程地质与水文地质学等多个学科，注浆技术已发展成为包括堵水、截流、岩土加固等多项功能的岩土施工技术，主要应用于矿山、水利水电、铁路、建筑等各类工程建设中。

近年来，随着可持续发展观念和人们对环境保护意识的加强，特别是在生态脆弱水资源异常宝贵地区修建隧道，工程技术人员对隧道治水理念也逐渐转化到“以堵为主，防堵结合，限量排放”上来。对于预测可能有较大涌水的隧道地段，可能会因为地下水大量涌入隧道影响隧道的坚固性，造成塌陷进而降低安全性，针对这种情况，目前多采用帷幕注浆方式在隧道轮廓外侧形成注浆固结环，增加围岩密实度，大幅度降低渗透系数，起到堵水作用。

矿山注浆堵水帷幕形成后，堵水帷幕成为矿山安全生产的重要保障，是矿山开采过程中的一道人造安全屏障，是矿山的生命线。它的有效性、可靠性即稳定性直接关系到矿山的安全和生存，其失稳轻则造成局部堵水效果下降，大幅度增加矿山生产成本，重则可导致帷幕堵水功能失效，直接导致矿山重大安全事故，致使矿井停产或报废。因此，注浆堵水帷幕的稳定性一直是矿山科研人员非常关注的重大安全问题。

目前，随着地球物理理论及地震学的发展，微震技术作为矿井动力灾害的监测手段，逐步被国内外矿山重视起来，微地震监测技术(microseismicmonitoringtechnique，简称ms)基于声发射学和地震学，现已发展成为一种新型的高科技监控技术。它是通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件，来监测其对生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、移动时，产生一种微弱的地震波向周围传播，通过在破裂区周围的空间内布置多组微震传感监测设备并实时采集微震数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。

现有技术中，堵水帷幕稳定性的监测中，多采用微震传感器进行监测，现有的微震传感器的安装方式较为简单，且安装距离不能灵活多变，此外，微震传感器没有支撑结构，当微震传感器出现松动时，易导致出现测量精度不高的现象。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，具备支撑杆对微震传感器进行支撑，使微震传感器可以更好的监测所处环境中的震动信息，同时，在堵水帷幕的八个方向上均设有监测点，使堵水帷幕的八个方向上的震动信息均可进行监测，使堵水帷幕的稳定性可以及时且精确的测量和分析的优点，解决了堵水帷幕稳定性的监测中，多采用微震传感器进行监测，现有的微震传感器的安装方式较为简单，且安装距离不能灵活多变，此外，微震传感器没有支撑结构，当微震传感器出现松动时，易导致出现测量精度不高的现象的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，包括如下步骤：

s1：首先，建立地面数字信号处理系统；

s2：建立井下数字信号采集系统；

s3：根据堵水帷幕的方位进行标定监测点，并利用钻孔设备对监测点进行钻孔；

s4：钻孔完成后，根据钻孔的深度设置套管，并在套管内设置三组距离等长的安装孔；

s5：将微震传感器安装于安装孔内，并将套管插入事先钻好的孔中；

s6：进行铺设线缆管道，并对线缆进行安装；

s7：地面数字信号处理系统对安装在监测点内的微震传感器进行供电，微震传感器将电信号转换成数字信号传输至地面监测站；

s8：地面数字信号处理系统对微震信息进行分析并储存。

优选的，所述地面数字信号处理系统包括信号采集站和地面监测站，所述信号采集站包括微震信号记录存储仪、无线收发端和pc端。

优选的，所述地面监测站包括分析仪、三维可视化软件和打印设备。

优选的，所述标定监测点共设有八组，八组所述标定监测点参照堵水帷幕的八个方向对称分布。

优选的，所述标定监测点共设有十六组，八组所述标定监测点参照堵水帷幕的十六个方向对称分布。

优选的，所述标定监测点共设有四组，四组所述标定监测点参照堵水帷幕的四个方向对称分布。

优选的，所述地面监测站还包括微震监测数据库。

优选的，所述微震监测数据库对数据信息进行转换、分析，生成矿震监测预警报表、曲线图和柱状图。

优选的，所述套管的内部开设有安装孔，所述安装孔的内部填充有填充物，所述填充物的内部插接有微震传感器，所述套管的外侧壁固定连接有支撑杆，所述支撑杆的内部固定连接有支撑架，所述支撑架的一端固定连接有施压弹簧，所述施压弹簧的一端固定连接有夹持块，所述夹持块的一侧与所述微震传感器的一端接触。

优选的，所述套管的内部安装有三组等距的所述微震传感器。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，具备以下有益效果：

通过在堵水帷幕的各个方位上设置监测点，并在监测点上进行钻孔，便于微震传感器的放置，通过设置套管和支撑杆，将支撑杆插入套管内，使支撑杆对微震传感器进行支撑，使微震传感器可以更好的监测所处环境中的震动信息，同时，在堵水帷幕的八个方向上均设有监测点，使堵水帷幕的八个方向上的震动信息均可进行监测，使堵水帷幕的稳定性可以及时且精确的测量和分析。

附图说明

图1为本发明中套杆与堵水帷幕的位置关系图；

图2为本发明中套杆的结构示意图；

图3为本发明中图2的a处放大图。

图中：1、套杆；11、安装孔；2、填充物；3、微震传感器；4、支撑杆；41、支撑架；42、施压弹簧；43、夹持块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1-3，一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，包括如下步骤：包括如下步骤：

s1：首先，建立地面数字信号处理系统；

s2：建立井下数字信号采集系统；

s3：根据堵水帷幕的方位进行标定监测点，并利用钻孔设备对监测点进行钻孔；

s4：钻孔完成后，根据钻孔的深度设置套管1，并在套管1内设置三组距离等长的安装孔11；

s5：将微震传感器3安装于安装孔11内，并将套管1插入事先钻好的孔中；

s6：进行铺设线缆管道，并对线缆进行安装；

s7：地面数字信号处理系统对安装在监测点内的微震传感器3进行供电，微震传感器3将电信号转换成数字信号传输至地面监测站；

s8：地面数字信号处理系统对微震信息进行分析并储存。

本实施例中，具体的，地面数字信号处理系统包括信号采集站和地面监测站，信号采集站包括微震信号记录存储仪、无线收发端和pc端。

本实施例中，具体的，地面监测站包括分析仪、三维可视化软件和打印设备。

本实施例中，具体的，标定监测点共设有八组，八组标定监测点参照堵水帷幕的八个方向对称分布。

本实施例中，具体的，地面监测站还包括微震监测数据库。

本实施例中，具体的，微震监测数据库对数据信息进行转换、分析，生成矿震监测预警报表、曲线图和柱状图。

本实施例中，几十年的监测表明，注浆堵水帷幕竣工后，在正常生产条件下，其阻水的有效性随时间的推移变化不大，帷幕处于稳定状态。但是，随着矿山开采深度的增加，帷幕内外将产生较大的水力梯度，同时开采区域也逐步靠近帷幕，水压及开采活动势必对帷幕区域岩石的稳定性造成危害。研究表明，注浆堵水帷幕的失稳破坏，必然是由于开采活动及水力差异引起应力场扰动所引发的帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通等岩石破裂失稳的结果。也就是说，帷幕失稳突水前，帷幕内的岩石必然有微裂隙发生与发展的时空演化，分析堵水帷幕失稳破坏的机理，不难看出，帷幕失稳与微地震同属岩石破裂过程失稳。因此，对注浆堵水帷幕稳定性的监测可以采用微震监测方法。通过使用微震监测、定位等技术，了解、查明帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通、失稳的时空演化规律，为矿山防止水害提供准确的数据和预警。

本实施例中，具体的，套管1的内部开设有安装孔11，安装孔11的内部填充有填充物2，填充物2的内部插接有微震传感器3，套管1的外侧壁固定连接有支撑杆4，支撑杆4的内部固定连接有支撑架41，支撑架41的一端固定连接有施压弹簧42，施压弹簧42的一端固定连接有夹持块43，夹持块43的一侧与微震传感器3的一端接触。

本实施例中，具体的，套管1的内部安装有三组等距的微震传感器3。

实施例二

一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，包括如下步骤：包括如下步骤：

s1：首先，建立地面数字信号处理系统；

s2：建立井下数字信号采集系统；

s3：根据堵水帷幕的方位进行标定监测点，并利用钻孔设备对监测点进行钻孔；

s4：钻孔完成后，根据钻孔的深度设置套管1，并在套管1内设置三组距离等长的安装孔11；

s5：将微震传感器3安装于安装孔11内，并将套管1插入事先钻好的孔中；

s6：进行铺设线缆管道，并对线缆进行安装；

s7：地面数字信号处理系统对安装在监测点内的微震传感器3进行供电，微震传感器3将电信号转换成数字信号传输至地面监测站；

s8：地面数字信号处理系统对微震信息进行分析并储存。

本实施例中，几十年的监测表明，注浆堵水帷幕竣工后，在正常生产条件下，其阻水的有效性随时间的推移变化不大，帷幕处于稳定状态。但是，随着矿山开采深度的增加，帷幕内外将产生较大的水力梯度，同时开采区域也逐步靠近帷幕，水压及开采活动势必对帷幕区域岩石的稳定性造成危害。研究表明，注浆堵水帷幕的失稳破坏，必然是由于开采活动及水力差异引起应力场扰动所引发的帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通等岩石破裂失稳的结果。也就是说，帷幕失稳突水前，帷幕内的岩石必然有微裂隙发生与发展的时空演化，分析堵水帷幕失稳破坏的机理，不难看出，帷幕失稳与微地震同属岩石破裂过程失稳。因此，对注浆堵水帷幕稳定性的监测可以采用微震监测方法。通过使用微震监测、定位等技术，了解、查明帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通、失稳的时空演化规律，为矿山防止水害提供准确的数据和预警。

本实施例中，具体的，地面数字信号处理系统包括信号采集站和地面监测站，信号采集站包括微震信号记录存储仪、无线收发端和pc端。

本实施例中，具体的，地面监测站包括分析仪、三维可视化软件和打印设备。

本实施例中，具体的，标定监测点共设有十六组，八组标定监测点参照堵水帷幕的十六个方向对称分布。

本实施例中，具体的，地面监测站还包括微震监测数据库。

本实施例中，具体的，微震监测数据库对数据信息进行转换、分析，生成矿震监测预警报表、曲线图和柱状图。

本实施例中，具体的，套管1的内部开设有安装孔11，安装孔11的内部填充有填充物2，填充物2的内部插接有微震传感器3，套管1的外侧壁固定连接有支撑杆4，支撑杆4的内部固定连接有支撑架41，支撑架41的一端固定连接有施压弹簧42，施压弹簧42的一端固定连接有夹持块43，夹持块43的一侧与微震传感器3的一端接触。

本实施例中，具体的，套管1的内部安装有三组等距的微震传感器3。

实施例三

一种高渗压注浆堵水帷幕稳定性监测测量方法，包括如下步骤：包括如下步骤：

s1：首先，建立地面数字信号处理系统；

s2：建立井下数字信号采集系统；

s3：根据堵水帷幕的方位进行标定监测点，并利用钻孔设备对监测点进行钻孔；

s4：钻孔完成后，根据钻孔的深度设置套管1，并在套管1内设置三组距离等长的安装孔11；

s5：将微震传感器3安装于安装孔11内，并将套管1插入事先钻好的孔中；

s6：进行铺设线缆管道，并对线缆进行安装；

s7：地面数字信号处理系统对安装在监测点内的微震传感器3进行供电，微震传感器3将电信号转换成数字信号传输至地面监测站；

s8：地面数字信号处理系统对微震信息进行分析并储存。

本实施例中，几十年的监测表明，注浆堵水帷幕竣工后，在正常生产条件下，其阻水的有效性随时间的推移变化不大，帷幕处于稳定状态。但是，随着矿山开采深度的增加，帷幕内外将产生较大的水力梯度，同时开采区域也逐步靠近帷幕，水压及开采活动势必对帷幕区域岩石的稳定性造成危害。研究表明，注浆堵水帷幕的失稳破坏，必然是由于开采活动及水力差异引起应力场扰动所引发的帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通等岩石破裂失稳的结果。也就是说，帷幕失稳突水前，帷幕内的岩石必然有微裂隙发生与发展的时空演化，分析堵水帷幕失稳破坏的机理，不难看出，帷幕失稳与微地震同属岩石破裂过程失稳。因此，对注浆堵水帷幕稳定性的监测可以采用微震监测方法。通过使用微震监测、定位等技术，了解、查明帷幕内部岩石微裂隙萌生、发展、贯通、失稳的时空演化规律，为矿山防止水害提供准确的数据和预警。

本实施例中，具体的，地面数字信号处理系统包括信号采集站和地面监测站，信号采集站包括微震信号记录存储仪、无线收发端和pc端。

本实施例中，具体的，地面监测站包括分析仪、三维可视化软件和打印设备。

本实施例中，具体的，标定监测点共设有四组，四组标定监测点参照堵水帷幕的四个方向对称分布。

本实施例中，具体的，地面监测站还包括微震监测数据库。

本实施例中，具体的，微震监测数据库对数据信息进行转换、分析，生成矿震监测预警报表、曲线图和柱状图。

本实施例中，具体的，套管1的内部开设有安装孔11，安装孔11的内部填充有填充物2，填充物2的内部插接有微震传感器3，套管1的外侧壁固定连接有支撑杆4，支撑杆4的内部固定连接有支撑架41，支撑架41的一端固定连接有施压弹簧42，施压弹簧42的一端固定连接有夹持块43，夹持块43的一侧与微震传感器3的一端接触。

本实施例中，具体的，套管1的内部安装有三组等距的微震传感器3。

工作原理：首先，根据地质的水文观测孔水位、水文监测方法对稳定性进行初步分析：在矿山注浆堵水帷幕施工中，通过对矿床水文，地质条件的调查分析，依据工程揭露的地质现状和注浆过程反映的地质条件，有针对性地在帷幕内、外分别布置施工多对水文观测孔，帷幕内的观测孔还可借助井下开采工程布置在井下。通过这些水文观测孔，定期采集帷幕区域的水位、水温等数据，并进行帷幕内外的水位、水温比较分析、长期趋势分析等。通过对数据的分析，了解帷幕的堵水效果及其变化规律，从而达到监测注浆堵水帷幕稳定性的目的，矿山注浆堵水帷幕形成后，矿山井下为了疏干剩余涌水，保证矿井安全生产，井下需施工一系列疏干硐室和疏干钻孔以及部分水文观测孔。利用这些工程，定期采集井下涌水量、水压和水温等数据，并对这些数据进行对比分析和趋势分析，来查明不同区域的水量、水压、水温的变化情况。同时，还可根据监测的需要进行有针对性的放水试验，分析不同疏干水量状态下的水压、水温、降深变化等情况。通过大量测水数据的分析，判断注浆堵水帷幕稳定性的变化情况，制定相应的应对措施，从而达到监测帷幕稳定性的目的。

再结合工业ct探测方法：以超声波探测为核心技术的工业ct探测方法逐步应用于帷幕注浆堵水的施工过程和帷幕形成后堵水效果的监测。利用工业ct的透视作用，可以查清帷幕区域内的导水构造、岩溶发育程度及注浆效果，配合钻探工程可以查明帷幕的薄弱环节等。通过分析不同时期的工业ct探测数据，配合井下水量、水压的测量分析，可达到对注浆堵水帷幕稳定性的监测目的。工业ct探测技术较之前的两种方法更加直观、有针对性，得到的数据亦更加有效。

最后，进行微震分析，建立地面数字信号处理系统，建立井下数字信号采集系统，根据堵水帷幕的方位进行标定监测点，并利用钻孔设备对监测点进行钻孔，钻孔完成后，根据钻孔的深度设置套管1，并在套管1内设置三组距离等长的安装孔11，将微震传感器3安装于安装孔11内，并将套管1插入事先钻好的孔中，进行铺设线缆管道，并对线缆进行安装，地面数字信号处理系统对安装在监测点内的微震传感器3进行供电，微震传感器3将电信号转换成数字信号传输至地面监测站，地面数字信号处理系统对微震信息进行分析并储存。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。