多源水害矿井的多参量综合监测预警方法与流程

1.本发明涉及煤矿水害监测及预警技术领域，特别是指一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法。


背景技术：

2.水害是影响煤矿安全生产的主要危害之一，按照水源类型可将矿井面临的水害威胁划分为地面水害、顶板水害、底板水害和老空水害等，随着矿井开采深度以及开采范围的增加，多数矿井由单一水源威胁向多水源同时威胁转变，因此只建设针对某一水源威胁的监测预警系统在全面感知矿井突水危险时具有局限性。充水水源、充水通道、充水强度作为矿井突水的三要素，且每种要素在突水前兆信息方面具备特有的参量特征，因此基于不同参量进行个性化指标定制并且建立多参量综合预警体系可提高水害预警的精准程度，是未来的发展方向和趋势。
3.近年来，很多学者在矿井水害监测预警方面进行了系统化研究，其中武强、刘春生等发明了《矿井顶底板突水监测预报系统及方法》(cn103529488b)，所发明的装置和方法通过监测矿井发生突水的必须条件(微震)和必然条件(产生视电阻率和极化率的变化)为依据，能显著提高煤矿顶底板水害监测结果的准确性和实时性，然而系统在水害指标的融合广度及融合深度方面存在不足，比如选择的指标只有震动场、电场等动态指标，没有钻、物探等探查的静态指标。
4.靳德武、赵春虎等发明了《一种采煤工作面底板突水综合监测与预警系统及方法》(cn110552741b)，实现了回采工作面回采过程中底板突水的实时监测及分级预警；孙建、赵光明发明了《一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法及监测系统》(cn108412547b)，通过采集开采过程中断层围岩应力、位移、渗压、温度、微震和视电阻率等断层活化突水前兆信息的初值及变化幅值，确定前兆信息相应的预警阈值与判识准则，以实现承压断层采动活化突水的实时、动态监测预警。然而该两项专利的适用范围具有一定的局限性，前者主要是针对底板突水威胁的矿井，后者适用于含断层的区域，因此从监测的全面性来看还存在不足。
5.基于上述现有技术，急需研发一套适用于多水源威胁的多参量深度融合、预警精准程度高的综合监测预警系统，包括与矿井水害威胁特征相匹配的硬件系统的总体架构与布设，自动化软件系统平台以及预警算法等。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法，能够适用于受多源水害威胁矿井，采用多参量深度融合，预警精准程度高。
7.为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
8.一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法，所述预警方法包括分源监测综合预警方法，所述分源监测综合预警方法包括：
9.步骤501：定义监测单元以及监测网格；
10.步骤502：以网格中心为圆心，r为半径，遍历所有圆形区域内网格的突水通道预警级别和充水进程预警级别；
11.步骤503：根据突水通道预警级别和充水进程预警级别，进行综合预警判断；
12.步骤504：查询水源动态预警计算结果和井巷空间涌水量动态预警计算结果，若两者都未达到一级预警状态，则综合预警结果与步骤503输出结果保持一致；若两者存在一种达到一级预警状态，则综合预警结果在步骤503输出结果的基础上升一级；若两者都达到了一级预警状态，则综合预警结果在步骤503输出结果的基础上升两级。
13.本发明的多源水害矿井的多参量综合监测预警方法优势在于：(1)本发明建立了多源指标高度融合的精准预警算法体系，采用多源指标融合的预警算法提高了预警精度；(2)本发明适用范围广，监测全面，预警结果呈现的精细度高，既包括分区域分级，也对潜在突水位置的尺寸精度以及潜在突水时间的进程进行了把控。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
15.图1为本发明中隔水层中突水通道预警方法的流程示意图；
16.图2为本发明中隔水层中充水进程预警方法的流程示意图；
17.图3为本发明中分源监测综合预警方法的流程示意图；
18.图4为本发明具体实施例中底板隔水分层示意图；
19.图5为本发明具体实施例中监测单元示意图；
20.图6为本发明具体实施例中隔水层中突水通道监测时远端隔水分层网格状态示意图；
21.图7为本发明具体实施例中隔水层中突水通道监测时核心隔水分层网格状态示意图；
22.图8为本发明具体实施例中隔水层中突水通道监测时近端隔水分层网格状态示意图；
23.图9为本发明具体实施例中隔水层中突水通道监测时突水通道预警结果示意图；
24.图10为本发明具体实施例中隔水层中充水进程监测时远端隔水分层网格状态示意图；
25.图11为本发明具体实施例中隔水层中充水进程监测时核心隔水分层网格状态示意图；
26.图12为本发明具体实施例中隔水层中充水进程监测时充水进程预警结果示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
28.应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如前所述，急需研发一套适用于多水源威胁的多参量深度融合、预警精准程度高的综合监测预警系统，包括与矿井水害威胁特征相匹配的硬件系统的总体架构与布设，自动化软件系统平台以及预警算法等。完成上述研发需解决的关键问题有：
①
硬件监测系统架构设计兼具全局性和针对性：全局性方面，在监测预警系统选择方面要具备统一性(便于建立统一的预警指标体系)和先进性，且要覆盖到矿井所有受水害威胁的采掘区域；针对性方面，以采掘区域为单位根据其水害特征搭建完善的分源监测硬件体系，以某工作面受底板承压水威胁为例，分别需要针对其突水要素即水源、突水通道、充水强度建立相对应的水文动态监测、微震监测、电法监测等结合的分源监测硬件体系；
②
建立多源指标高度融合的精准预警算法体系，在进行分源监测时每套监测系统具有不同的监测参量，每种参量具有不同的指标，采用单指标计算表征预警结果在精度方面有所欠缺，如何通过设计融合多源指标的预警算法来提高预警精度；
③
当前有关水害的预警系统在预警结果呈现的精细度方面有所欠缺，主要是以分区域分级为主，但对潜在突水位置的尺寸精度把控以及潜在突水时间的进程把控仍存在一定缺陷。
30.本发明的目的在于提供一种能适用于受多源水害威胁矿井的多参量综合监测系统以及分源预警方法，包括与矿井水害特征匹配的硬件系统解决方案、预警算法解决方案等。
31.矿井突水的本质为水源突破隔水层进入采掘空间，因此所要建立的综合预警算法可以由以下子模块预警算法组成，分别为水源动态变化的预警算法、井巷空间涌水量动态变化的预警算法、隔水层中突水通道发育位置及程度的预警算法、隔水层中充水进程的预警算法。
32.一方面，本发明提供一种多源水害(威胁)矿井的多参量综合监测系统(即硬件系统解决方案)，包括针对水源要素建立的水文动态监测系统、针对导水通道(亦称充/突水通道)要素建立的微震监测系统、以及针对充水强度要素建立的电法监测系统，其中：
33.所述水文动态监测系统包括气象观测系统、含水层水文孔观测系统、含水层放水孔观测系统、老空水观测系统、井下排水网络监测系统、主排水监测系统、水质监测系统中的至少一种；
34.所述微震监测系统按台网布设形态不同包括本煤层固定式台网、本煤层移动式台网、煤层-顶板组合固定式台网、煤层-顶板组合移动式台网、煤层-底板组合固定式台网、煤层-底板组合移动式台网、煤层-顶板-底板组合固定式台网、煤层-顶板-底板组合移动式台网中的至少一种；
35.所述电法监测系统根据所监测的区域不同包括巷道顶板布置测线型、巷道底板布置测线型、孔内本煤层布置测线型、孔内顶板布置测线型、孔内底板布置测线型、孔-巷联合布置测线型中的至少一种。
36.优选的，所述水文动态监测系统中：
37.所述气象观测系统的安装位置包括地表水体处和地面气象站，监测指标包括大气降雨量、地表水体水位和地表水体水温；
38.所述含水层水文孔观测系统的安装位置包括地表和井下，监测指标包括水位和水
温；
39.所述含水层放水孔观测系统的监测指标包括水压、水温、瞬时流量和累计流量；
40.所述老空水观测系统的安装位置包括密闭墙和放水孔，监测指标包括密闭墙压力、水温、瞬时流量和累计流量；
41.所述井下排水网络监测系统的安装位置包括排水管网和明渠网节点，监测指标包括瞬时流量和累计流量；
42.所述主排水监测系统的安装位置包括主泵房和采/盘区泵房，监测指标包括水仓水位、水泵状态、瞬时排水量和累计排水量；
43.所述水质监测系统的安装位置包括有水质监测需求的涌/排水点，监测指标包括浑浊度、电导率、ph值和主要离子浓度。
44.优选的，所述微震监测系统的安装位置包括各回采工作面和各掘进工作面，监测指标包括微震事件频次、微震事件能量、微震事件位置和微震事件时间。
45.优选的，所述电法监测系统的安装位置包括各回采工作面和各掘进工作面，监测指标包括不同位置的煤岩体电阻率、极化率。
46.为方便实施上述硬件系统解决方案，本发明可以分为以下三步：
47.1、建立统一的监测系统配置库，按照现有的监测技术，基于突水三要素建立对应因素的监测系统，即：针对水源要素建立水文动态监测系统、针对导水通道要素建立微震监测系统、针对充水强度建立电法监测系统，其中：
48.水文动态监测系统库：地表水体气象观测系统(位置在地表水体处和气象站，监测指标包括大气降雨量、地表水体水位、水温等)；含水层水文孔观测系统(位置包括地表和井下，监测指标包括水位、水温等)；含水层放水孔观测系统(监测指标包括水压、水温、瞬时流量、累计流量等)；老空水观测系统(位置包括密闭墙以及放水孔，监测指标包括水压、水温、瞬时流量、累计流量等)；排水网络节点观测系统(位置包括排水管网以及明渠网节点，监测指标包括水温、瞬时流量、累计流量等)；主排水监测系统(位置包括主泵房以及采/盘区泵房，监测指标包括水仓水位、水泵状态、瞬时排水量、累计排水量等)；水质监测系统(位置为有水质监测需求的涌/排水点，监测指标包括浑浊度、电导率、ph值、主要离子浓度等)。
49.微震监测系统库：台网布设形态(可分为本煤层固定式台网、本煤层移动式台网、煤层-顶板组合固定式台网、煤层-顶板组合移动式台网、煤层-底板组合固定式台网、煤层-底板组合移动式台网、煤层-顶板-底板组合固定式台网、煤层-顶板-底板组合移动式台网等)。
50.微震监测系统类型，根据系统接收震动信号特征可分为主要接收低频、中低频微震信号的低频微震监测系统，主要接收中低频、中频、中高频的中频微震监测系统和主要接收高频、中高频的高频微震监测系统。
51.电法监测系统库：根据所监测的区域可划分为巷道顶板布置测线型、巷道底板布置测线型、孔内本煤层布置测线型、孔内顶板布置测线型、孔内底板布置测线型、孔-巷联合布置测线型。
52.2、建立监测系统结构搭建标准
53.矿井水文地质类型简单的矿井不考虑建立本技术的多参量综合监测系统，受顶板水(这里的顶板水包含地表水体)、底板水、老空水两种及以上水源威胁的矿井硬件监测系
统匹配表如下所示。
54.55.56.57.[0058][0059]
3、硬件系统的选型、安装、运行采集
[0060]
根据矿井水文地质类型、水害威胁特点、采掘布局等条件，再参照上述“硬件系统结构搭建标准”进行设备选型，搭建完成矿井的水害综合监测硬件系统，并实施安装，通过调试后开始运行采集数据。
[0061]
本发明的多源水害矿井的多参量综合监测系统对突水全过程中的主要指标进行覆盖式监测，可以得到与矿井水相关联的各个指标实时、动态信息。
[0062]
另一方面，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法(可以基于上述的多参量综合监测系统或是现有技术其他监测系统)，所述预警方法包括水源动态预警方法(即水源动态预警算法)，所述水源动态预警方法包括：
[0063]
步骤101：提取所有水源动态的监测指标；
[0064]
本步骤中，监测指标可以包括地表水体水位、含水层水文观测孔水位、含水层水文观测孔水温、含水层放水孔水压、含水层放水孔水温、含水层放水孔瞬时流量、含水层放水孔单位累计流量、老空密闭墙压力、老空水水温、老空水放水孔瞬时流量、老空水放水孔单位累计流量。
[0065]
步骤102：针对每一个监测指标设定基准值；
[0066]
本步骤中，基准值可设定为矿井安全生产周期内该指标的平均值。
[0067]
步骤103：根据基准值设置绝对阈值，分高位和低位两种，监测值超过高位绝对阈值或者低于低位绝对阈值时，该指标为二级预警状态；
[0068]
步骤104：根据基准值设置突变阈值，一定时间内(自定义)指标变化量的绝对值超过突变阈值时，该指标为二级预警状态；
[0069]
步骤105：当指标同时满足绝对阈值预警和突变阈值预警时，该指标为一级预警状态。
[0070]
本发明的水源动态预警方法可以实时了解矿井所有威胁水源主要指标的动态变化情况，通过对指标进行对应水源和对应区域的权属划分，一旦有相应指标异常，即能提示异常指标权属水源、权属区域、异常程度，进而对应提示预警水源信息、预警区域信息、预警时间信息以及预警等级信息，该方法能更精细更快速的定位预警的目标水源。
[0071]
再一方面，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法(可以基于上述的多参量综合监测系统或是现有技术其他监测系统)，所述预警方法包括井巷空间涌水量动态预警方法(即井巷空间涌水量动态预警算法)，所述井巷空间涌水量动态预警方法包括：
[0072]
步骤201：将监测指标分为关键区域(回采工作面、掘进工作面、井筒等)涌水量指
标和矿井涌水量指标；
[0073]
本步骤中，监测指标可以分别由排水网络监测系统中节点监测值计算得到。
[0074]
步骤202：针对上述监测指标设定基准值；
[0075]
本步骤中，基准值可设定为矿井安全生产周期内该指标的平均值。
[0076]
步骤203：根据基准值设置绝对阈值，监测值超过绝对阈值时，该指标为二级预警状态；
[0077]
步骤204：根据基准值设置突变阈值，一定时间内(自定义)指标变化量的绝对值超过突变阈值时，该指标为二级预警状态；
[0078]
步骤205：当指标同时满足绝对阈值预警和突变阈值预警时，该指标为一级预警状态。
[0079]
本发明的井巷空间涌水量动态预警方法可以实时了解矿井重点区域(回采工作面、掘进工作面、井筒等)和全矿井的涌水量动态变化情况，一旦涌水量指标异常，即可迅速追溯至涌水量异常的区域，进而对应提示预警区域信息、预警时间信息以及预警等级信息，该方法能更准确更快速的把握井巷空间涌水量的详细情况，为综合预警提供精准的佐证依据。
[0080]
又一方面，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法(可以基于上述的多参量综合监测系统或是现有技术其他监测系统)，所述预警方法包括隔水层中突水通道预警方法(即隔水层中突水通道预警算法)，此处，预先对一些名词指代的含义进行定义：
[0081]
隔水层：指采掘空间与含水体之间的隔水煤岩层(隔水煤岩柱)，根据具体的岩性特征和厚度需将隔水层划分为三个分层，其中靠近采掘空间的分层称为近端隔水分层、靠近含水体的分层称为远端隔水分层、中间分层称为核心隔水分层；
[0082]
监测单元：指一个回采/掘进工作面或者一个隔水煤岩柱；
[0083]
监测网格：对工作面类型的监测单元进行平面网格划分，对隔水煤岩柱类型的监测单元进行剖面网格划分，网格为正方形网格，尺寸可设定为1
×
1m、5
×
5m、10
×
10m等(尺寸可调)；
[0084]
能量释放率qe：一定立体空间区域内所有微震事件能量和除以该空间的体积，根据上述划分的隔水分层以及网格，称为近端隔水分层网格能量释放率q
e1
、核心隔水分层网格能量释放q
e2
、远端隔水分层网格能量释放率q
e3
；
[0085]
基于能量释放率评价隔水层内裂隙发育程度，根据每个隔水层分层的岩性、厚度、能量释放率经验值设定阈值，进行裂隙发育程度的三级评价；以近端隔水分层网格为例：
[0086]
0j≤q
e1
＜q
wz1
j，代表该网格内近端隔水分层基本无张开性裂隙发育，隔水性能保持完整，该情况定义为完整状态；
[0087]qwz1
j≤q
e1
＜q
lx1
j，代表该网格内近端隔水分层发育有密度较低的裂隙，存在连通的可能性，该情况定义为损伤状态；
[0088]qe1
≥q
lx1
j，代表该网格内近端隔水分层发育有高密度的裂隙，且裂隙之间已连通，该情况定义为连通状态。
[0089]
本实施例中，如图1所示，所述隔水层中突水通道预警方法包括：
[0090]
步骤301：隔水分层划分、定义监测单元、确定监测网格尺寸及范围；
[0091]
步骤302：分别制定近端/核心/远端隔水分层网格能量释放率阈值q
wz
和q
lx
，阈值q
wz
表示网格为完整状态和损伤状态之间的分界点，阈值q
lx
表示网格为损伤状态和连通状态之间的分界点；
[0092]
步骤303：根据微震监测结果，间隔预设时间计算一次(例如，计算频率可以设定为每10分钟计算一次)所有近端隔水分层网格能量释放率q
e1
、所有核心隔水分层网格能量释放q
e2
、所有远端隔水分层网格能量释放率q
e3
；
[0093]
步骤304：根据步骤303结果和设定的阈值，遍历计算所有远端隔水分层网格状态；
[0094]
步骤305：根据计算的远端隔水分层网格状态，进行预警判断；
[0095]
步骤306：根据预警结果和现场实测结果，修正各隔水分层网格状态划分的阈值。
[0096]
优选的，所述步骤305包括：
[0097]
步骤3051：在所述步骤304中，若均为完整状态，则无需遍历核心隔水分层和近端隔水分层，不具备形成突水通道的条件，突水通道无预警；
[0098]
步骤3052：在所述步骤304中，若某网格为损伤状态，则以核心隔水分层与损伤网格位置对应的网格为中心，r(网格边长的3～5倍)为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则不具备形成突水通道的条件，突水通道无预警；
[0099]
步骤3053：在所述步骤3052中，若核心隔水分层圆形区域内存在损伤状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r(网格边长的3～5倍)为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则不具备形成突水通道的条件，突水通道无预警；若存在损伤网格，则该网格处为突水通道蓝色预警；若存在连通网格，则该网格处为突水通道黄色预警；
[0100]
步骤3054：在所述步骤3052中，若核心隔水分层圆形区域内存在连通状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r(网格边长的3～5倍，下同，不再赘述)为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则在核心隔水分层连通状态网格处为突水通道蓝色预警；若存在损伤状态网格，则该网格处为突水通道黄色预警；若存在连通状态网格，则该网格处为突水通道橙色预警；
[0101]
步骤3055：在所述步骤304中，若某网格为连通状态，则以核心隔水分层与连通网格位置对应的网格为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则不具备形成突水通道的条件，突水通道无预警；
[0102]
步骤3056：在所述步骤3055中，若核心隔水分层圆形区域内存在损伤状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则在核心隔水分层损伤状态网格处为突水通道蓝色预警；若存在损伤状态网格，则该网格处为突水通道黄色预警；若存在连通状态网格，则该网格处为突水通道橙色预警；
[0103]
步骤3057：在所述步骤3055中，若核心隔水分层圆形区域内存在连通状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为完整状态，则在核心隔水分层连通状态网格处为突水通道黄色预警；若存在损伤状态网格，则该网格处为突水通道橙色预警；若存在连通状态网格，则该网格处为突水通道红色预警。
[0104]
本发明的隔水层中突水通道预警方法不仅可以描述岩层破坏形成裂隙的位置，而且可以评价岩层破坏后裂隙在垂向上的连通情况，基于隔水层岩层的岩性及厚度特征在垂向上进行划分分层，根据微震监测结果逐层评价各分层的破坏程度，可以精准的评价各隔
水分层的破坏情况，另外采用逐层搜索方法判断各分层破坏区域在垂向上的重合情况，更客观的描述出突水通道形成的过程特征。该方法能准确客观的进行突水通道预警。
[0105]
又一方面，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法(可以基于上述的多参量综合监测系统或是现有技术其他监测系统)，所述预警方法包括隔水层中充水进程预警方法(即隔水层中充水进程预警算法)，此处，预先对一些名词指代的含义进行定义：
[0106]
隔水层中的近端隔水分层、核心隔水分层、远端隔水分层与前面的划分保持一致；
[0107]
监测单元及其监测网格的范围、尺寸等参数与前面的划分保持一致；
[0108]
网格视电阻率：电法监测系统测得不同层位视电阻率分布云图，提取对应位置网格中心点处的视电阻率值称为该网格的视电阻率；
[0109]
基准网格视电阻率：监测单元内围岩未受采掘扰动时，测得的网格视电阻率称为基准网格视电阻率；
[0110]
网格视电阻率下行变化率q
ρ
：以网格为单位，q
ρ
＝(实测网格视电阻率-基准网格视电阻率)
×
100％/基准网格视电阻率，根据上述划分的隔水分层以及网格，称为近端隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ1
、核心隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ2
、远端隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ3
；
[0111]
视电阻率的下行变化代表了该位置处围岩富水程度的改变，基于视电阻率下行变化率评价隔水层内充水程度，根据每个隔水层分层的岩性、厚度、基准视电阻率值等设定阈值，进行隔水层充水程度的三级评价；以近端隔水分层网格为例：
[0112]qρ1
≥0，代表该网格近端隔水分层未出现视电阻率下行变化，无充水可能，该情况定义为未充水状态；
[0113]qw1
≤q
ρ1
＜0，代表该网格近端隔水分层视电阻率合理下行波动，无充水可能，该情况定义为未充水状态；
[0114]qc1
≤q
ρ1
＜q
w1
，代表该网格内近端隔水分层轻度下行变化，存在充水的可能，该情况定义为趋势充水状态；
[0115]-100％≤q
ρ1
＜q
c1
，代表该网格内近端隔水分层重度下行变化，已经发生充水，该情况定义为充水状态。
[0116]
本实施例中，如图2所示，所述隔水层中充水进程预警方法包括：
[0117]
步骤401：隔水分层划分、定义监测单元、确定监测网格尺寸及范围；
[0118]
步骤402：实测各隔水分层各网格的基准视电阻率；
[0119]
步骤403：分别制定近端/核心/远端隔水分层网格视电阻率下行变化率阈值qw和qc，阈值qw表示网格为未充水状态和趋势充水状态之间的分界点，阈值qc表示网格为趋势充水状态和充水状态之间的分界点；
[0120]
步骤404：根据电阻率监测结果，计算所有近端隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ1
、所有核心隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ2
、所有远端隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ3
，计算频率与电法监测系统的监测频率一致；
[0121]
步骤405：根据步骤404结果和设定的阈值，遍历计算所有远端隔水分层网格状态；
[0122]
步骤406：根据计算的远端隔水分层网格状态，进行预警判断；
[0123]
步骤407：根据现场实际观测结果，修正各隔水分层网格状态划分的阈值。
[0124]
优选的，所述步骤406包括：
[0125]
步骤4061：在所述步骤405中，若均为未充水状态，则无需遍历核心隔水分层和近端隔水分层，不具备向采掘空间充水和补给的条件，充水进程无预警；
[0126]
步骤4062：在所述步骤405中，若某网格为趋势充水状态，则以核心隔水分层与趋势充水状态网格位置对应的网格为中心，r(网格边长的3～5倍，下同，不再赘述)为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则不具备向采掘空间充水和补给的条件，充水进程无预警；
[0127]
步骤4063：在所述步骤4062中，若核心隔水分层圆形区域内存在趋势充水状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则不具备向采掘空间充水和补给的条件，充水进程无预警；若存在趋势充水网格，则该网格处为充水进程蓝色预警；若存在充水网格，则该网格处为充水进程黄色预警；
[0128]
步骤4064：在所述步骤4062中，若核心隔水分层圆形区域内存在充水状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则在核心隔水分层充水状态网格处为充水进程蓝色预警；若存在趋势充水状态网格，则该网格处为充水进程黄色预警；若存在充水状态网格，则该网格处为充水进程橙色预警；
[0129]
步骤4065：在所述步骤405中，若某网格为充水状态，则以核心隔水分层与充水状态网格位置对应的网格为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则不具备向采掘空间充水和补给的条件，充水进程无预警；
[0130]
步骤4066：在所述步骤4065中，若核心隔水分层圆形区域内存在趋势充水状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则在核心隔水分层趋势充水状态网格处为充水进程蓝色预警；若存在趋势充水状态网格，则该网格处为充水进程黄色预警；若存在充水状态网格，则该网格处为充水进程橙色预警；
[0131]
步骤4067：在所述步骤4065中，若核心隔水分层圆形区域内存在充水状态网格，则在近端隔水分层内，以该网格对应的位置为中心，r为半径，遍历圆形区域内的网格，若均为未充水状态，则在核心隔水分层充水状态网格处为充水进程黄色预警；若存在趋势充水状态网格，则该网格处为充水进程橙色预警；若存在充水状态网格，则该网格处为充水进程红色预警。
[0132]
本发明的隔水层中充水进程预警方法基于电阻率下行变化率评价水体向采掘空间的递进情况，基于隔水层岩层的岩性及厚度特征在垂向上进行划分分层，采用逐层搜索方法判断各分层垂向上的递进情况，能准确的量化水体向采掘空间的递进层位、递进范围以及递进程度，进而提高预警的时效性。该方法能准确、客观、及时的进行充水进程预警。
[0133]
又一方面，本发明提供一种多源水害矿井的多参量综合监测预警方法(可以基于上述的多参量综合监测系统或是现有技术其他监测系统)，所述预警方法包括分源监测综合预警方法(即分源监测综合预警算法)，可以理解的是，此处在进行综合预警计算之前要完成水源动态预警计算、井巷空间涌水量动态预警计算、隔水层中突水通道预警计算、隔水层中充水进程预警计算，该四者预警计算既可以采用上述的计算方法，也可以采用现有技
术中其他计算方法；
[0134]
本实施例中，如图3所示，所述分源监测综合预警方法包括：
[0135]
步骤501：定义监测单元以及监测网格；
[0136]
本步骤中，网格的划分(位置、尺寸)与之前保持一致，是之前各隔水分层的叠加。
[0137]
步骤502：以网格中心为圆心，r为半径，遍历所有圆形区域内网格的突水通道预警级别和充水进程预警级别；
[0138]
步骤503：根据突水通道预警级别和充水进程预警级别，进行综合预警判断；
[0139]
步骤504：查询水源动态预警计算结果和井巷空间涌水量动态预警计算结果，若两者都未达到一级预警状态，则综合预警结果与步骤503输出结果保持一致；若两者存在一种达到一级预警状态，则综合预警结果在步骤503输出结果的基础上升一级；若两者都达到了一级预警状态，则综合预警结果在步骤503输出结果的基础上升两级。
[0140]
优选的，所述步骤503包括：
[0141]
步骤5031：若某个圆形区域内突水通道和充水进程皆为无预警，则综合预警结果为无预警；
[0142]
步骤5032：若某个圆形区域内突水通道无预警，存在一个及以上的充水进程蓝色、黄色预警级别的网格，则综合预警结果为蓝色预警；
[0143]
步骤5033：若某个圆形区域内突水通道无预警，存在一个及以上的充水进程橙色、红色预警级别的网格，则综合预警结果为黄色预警；
[0144]
步骤5034：若某个圆形区域内充水进程无预警，存在一个及以上的突水通道蓝色、黄色预警级别的网格，则综合预警结果为蓝色预警；
[0145]
步骤5035：若某个圆形区域内充水进程无预警，存在一个及以上的突水通道橙色、红色预警级别的网格，则综合预警结果为黄色预警；
[0146]
步骤5036：若某个圆形区域内存在一个及以上突水通道蓝色、黄色预警，且存在一个及以上的充水进程蓝色、黄色预警级别的网格，则综合预警结果为黄色预警；
[0147]
步骤5037：若某个圆形区域内存在一个及以上突水通道蓝色、黄色预警，且存在一个及以上的充水进程橙色、红色预警级别的网格，则综合预警结果为橙色预警；
[0148]
步骤5038：若某个圆形区域内存在一个及以上突水通道橙色、红色预警，且存在一个及以上的充水进程蓝色、黄色预警级别的网格，则综合预警结果为橙色预警；
[0149]
步骤5039：若某个圆形区域内存在一个及以上突水通道橙色、红色预警，且存在一个及以上的充水进程橙色、红色预警级别的网格，则综合预警结果为红色预警。
[0150]
本发明的分源监测综合预警方法综合包含的四种要素是矿井突水过程中不可缺少的要素，包含了突水萌生阶段的指标、突水隐匿进展阶段的指标、突水显现进展阶段的指标、突水致灾阶段的指标，该方法中对四种要素进行时空维度关联，预警结果准确性较单一要素预警结果大幅提高。
[0151]
综上，本发明的多源水害矿井的多参量综合监测预警方法优势在于：(1)硬件监测系统架构设计兼具全局性和针对性：全局性方面，建立了统一的预警指标体系，监测预警系统具备统一性和先进性，且能够覆盖矿井所有受水害威胁的采掘区域；针对性方面，以采掘区域为单位根据其水害特征搭建了完善的分源监测硬件体系；(2)本发明建立了多源指标高度融合的精准预警算法体系，采用多源指标融合的预警算法提高了预警精度；(3)本发明
适用范围广，监测全面，预警结果呈现的精细度高，既包括分区域分级，也对潜在突水位置的尺寸精度以及潜在突水时间的进程进行了把控。
[0152]
具体实施例：
[0153]
某矿井开采煤层为二1煤层，水文地质类型为极复杂，矿井西六盘区16001工作面回采期间分别受顶、底板水威胁，其中底板直接充水水源为l8灰岩水，l8灰岩厚度为6.0～10.0m，平均厚8.0m，上距二1煤底板26.0～38.0m，平均32.5m，水压为5.0～5.3mpa，突水系数为0.139～0.192mpa/m，存在有突水危险性，底板间接充水水源为l2灰岩水和o2灰岩水；顶板为薄基岩，受新近系中、底部砂、砾石含水层，基岩风化带含水层溃水溃砂威胁；
[0154]
根据本发明的第一步、第二步搭建符合矿井需求的监测系统，如下表所示：
[0155][0156]
第三步：上述系统安装、调试后，运行采集数据；
[0157]
第四步：水源动态监测
[0158]
①
提取指标包括l8灰岩水文观测孔水位、水温指标，l2灰岩水文观测孔水位、水温指标，o2灰岩水文观测孔水位、水温指标，新近系底部砂砾石含水层水文观测孔水位、水温指标，风化基岩含水层水位、水温指标；
[0159]
②
制定上述各指标二级预警的绝对阈值和突变阈值；
[0160]
③
比对监测数据，提示是否出现水源动态的二级预警或者一级预警；
[0161]
第五步：涌水量动态监测
[0162]
①
提取指标包括矿井涌水量、16001工作面涌水量；
[0163]
②
制定上述各指标二级预警的绝对阈值和突变阈值；
[0164]
③
比对监测数据，提示是否出现涌水量动态的二级预警或者一级预警；
[0165]
第六步：隔水层中突水通道监测
[0166]
①
隔水层分层，底板隔水分层如图4，其中第一隔水层组为近端隔水分层，第二隔水层组为核心隔水分层，第三隔水层组为远端隔水分层；如图5所示，定义16001工作面为监测单元；监测网格尺寸为10
×
10m；
[0167]
②
分别制定近端/核心/远端隔水分层网格能量释放率阈值q
wz1
、q
wz2
、q
wz3
和q
lx1
、q
lx2
、q
lx3
；
[0168]
③
根据微震监测结果分别计算近端/核心/远端隔水分层中能量释放率q
e1
、q
e2
、q
e3
；
[0169]
④
执行突水通道预警算法，在工作面推进至距切眼约220m时，2021年6月20日12时00分计算时，遍历计算远端隔水分网格状态后，滞后工作面20m距上顺槽60m处网格为损伤状态，如图6所示；
[0170]
⑤
以上述网格位置为圆心，3倍网格边长为半径，搜索核心隔水分层网格状态，结果为滞后工作面30m距上顺槽40m处网格为连通状态，滞后工作面40m距上顺槽50m处网格为损伤状态，如图7所示；
[0171]
⑥
分别以上述两个网格位置为圆心，3倍网格边长为半径，搜索近端隔水分层网格状态，结果为滞后工作面20m距上顺槽20m处网格、滞后工作面30m距上顺槽20m处网格、滞后工作面40m距上顺槽30m处网格均为损伤状态，如图8所示；
[0172]
⑦
输出所有突水通道预警网格的位置与预警级别，如图9所示；
[0173]
第七步：隔水层中充水进程监测
[0174]
①
隔水分层划分、监测单元、网格尺寸与第六步保持一致；
[0175]
②
测试各隔水分层各网格的基准视电阻率；
[0176]
③
分别制定近端/核心/远端隔水分层网格视电阻率下行变化率阈值q
w1
、q
w2
、q
w3
和q
c1
、q
c2
、q
c3
；
[0177]
④
根据电阻率监测结果计算所有近端/核心/远端隔水分层网格视电阻率下行变化率q
ρ1
、q
ρ2
、q
ρ3
；
[0178]
⑤
执行充水进程预警算法，在工作面推进至距切眼约220m时，2021年6月20日02时00分计算时，遍历计算远端隔水分层网格状态后，滞后工作面20m距上顺槽50m处网格为趋势充水状态，如图10所示；
[0179]
⑥
以上述网格位置为圆心，3倍网格边长为半径，搜索核心隔水分层网格状态，结果为滞后工作面30m距上顺槽50m处网格为趋势充水状态，如图11所示；
[0180]
⑦
以上述网格位置为圆心，3倍网格边长为半径，搜索近端隔水分层网格状态，结果搜索区域内所有网格为未充水状态；
[0181]
⑧
输出所有充水进程预警网格的位置与预警级别，如图12所示；
[0182]
第八步：综合预警计算
[0183]
①
根据突水通道预警计算结果和充水进程预警结果，2021年6月20日12时00分综合预警第一步计算结果为黄色预警；
[0184]
②
2021年6月20日12时00分查询水源动态预警计算结果和井巷空间涌水量动态预警计算结果均未预警，输出综合预警结果为黄色预警；
[0185]
③
2021年6月20日16时00分查询水源动态预警计算结果和井巷空间涌水量动态预警计算结果，16001工作面涌水量绝对值和突变值指标均达到二级预警状态，则涌水量动态
达到一级预警状态，输出综合预警结果升级为橙色预警；
[0186]
第九步：启动预警处置措施；
[0187]
工作面停止回采，在突水通道黄色预警区域实施底板注浆加固工程，历时3天共施工3个底板钻孔、注水泥浆682吨后，16001工作面涌水量指标降至正常范围。
[0188]
上述实施例有效验证了本方法的预警有效性以及预警精度。
[0189]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。