[发明专利]基于核磁传感器的煤矿井下含水量实时监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于核磁传感器的煤矿井下含水量实时监测系统及方法，适用于煤矿井下使用。包括设置在煤层中的核磁探测系统，核磁探测系统通过井下电缆连接有井下分站，井下分站通过电缆与设置在地面的地面基站连接，地面基站通过无线信号与指挥中心连接；巷道掘进期间，在钻场内向煤层、煤层顶底板打钻孔安装玻纤筒，玻纤筒内装有微核磁传感器，并可在钢丝牵引下实现微核磁传感器在玻纤筒内的移动，传感器采集到的回波信号又实时的传回地面指挥中心。其结构简单，使用效果好，能够快速准确的获取煤岩体内的含水量信息。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下含水量实时监测系统及方法，尤其适用于煤矿井下使用的一种基于核磁传感器的煤矿井下含水量实时监测系统及方法，属于煤矿防突水的预警技术。

背景技术

矿井水害是煤矿重点灾害之一，每年因水害事故造成的矿业经济损失量巨大并严重威胁职工生命安全。建立可靠完善的矿井突涌水害实时监测系统是防治事故发生、保障人员安全、减少经济损失的基础屏障，意义重大。现如今，对矿井水害的精准描述较为困难，相关经验公式和参数指标的建立多依赖于煤层静态参数和前人经验，如煤层采高及埋深、顶底板岩性、局部地质构造等。即便考虑矿山压力、含水层压力等动态参数，但由于其间接性、地质赋存的复杂性、影响因素的多元性等也使得矿井水害的精准预测十分困难。

科学技术提高了装备水平，在线监测弥补了前人经验的不足。当前矿井水害的主要监测方法为电法和微震，即以电信号和声信号的变化反演水源赋存状态。靳德武等考虑了应力、应变、原生裂隙和水温4方面因素，建立了煤层底板突水监测系统，相关参数的采集通过相应的传感器；刘斌等提出了突水过程电阻率约束反演成像实时监测方法，利用灰度相关系数理论定量评价了突水过程中的电阻率反演图像特征；刘树才等公开了一种矿井突水垂直电性源TEM实时监测系统，以监测巷道掘进及工作面回采过程中的突水状况；姜福兴等通过微震监测技术预测井下突水危险，通过岩体破裂信号间接反映水源状态。

上述声、电方法皆为间接反映介质水源，未立足于‘水信号’的变化，难以实现矿井网络化监测且线路复杂。突涌水事故在发生时伴随着较高的声、电信号，可通过微震和电法探测，对于突涌水发生的前兆信息并不能及时感知，因此其预警时间十分有限。氢质子核磁共振技术可通过激发磁场探测介质中的氢元素含量，因而可以直接推断介质的含水状态，长期实时监测还可总结水分迁移规律，做到超前预警，因此核磁共振技术在矿山突涌水防治中具有重大应用价值。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，使用效果好，使用灵活的基于核磁传感器的煤矿井下含水量实时监测系统及方法。

为实现上述技术目的，本发明基于核磁传感器的煤矿井下含水量实时监测系统，包括设置在煤层中的核磁探测系统，核磁探测系统通过井下电缆连接有井下分站，井下分站通过电缆与设置在地面的地面基站连接，地面基站通过无线信号与指挥中心连接；

所述核磁探测系统包括玻纤筒，玻纤筒内设有微核磁传感器，微核磁传感器通过提拉钢丝与设置在玻纤筒外侧的转轮相连接，其中微核磁传感器还通过信号线连接有设置在玻纤筒外侧的核磁控制器，控制器用以控制微核磁传感器所发射的射频脉冲和回波信号的采集；

所述玻纤筒为长度可调的密封结构，包括多节能够首尾连接的连接玻纤筒，连接玻纤筒的底部设有玻纤筒底部，顶部设有玻纤筒顶盖，其中连接玻纤筒的数量根据需要设定，通过加减连接玻纤筒改变玻纤筒的长度，其中连接玻纤筒之间以及玻纤筒底部、玻纤筒顶盖通过螺纹连接；玻纤筒内侧与微核磁传感器外侧之间等间距设有四组支撑台，便于微核磁传感器在玻纤筒内滑动。

微核磁传感器前端和后端均覆盖有垫块，微核磁传感器的前端设有用以连接提拉钢丝的固定扣，微核磁传感器的后端连接有信号线，信号线延伸出玻纤筒。