【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于掘進探測，具體涉及一種tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統及監測預警方法。
技術介紹
1、煤炭在我國主體能源中起到兜底保障作用，煤炭行業的高質量發展，正由智能化建設這一核心驅動力引領。然而復雜的水文地質和構造地質條件對礦區開采構成了嚴峻挑戰。tbm工法以其高效率掘進和安全支護的特點，成為煤礦巷道掘進的首選技術。但tbm工法具有很明顯的局限性，如探測空間受限，傳統的超前探測方法無法與掘進作業同時進行，必須在tbm停止運行時方能夠進行超前探測，因此傳統的超前探測方法已經難以滿足安全生產的連續性、快速性和高效性需求。
2、公開于該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，用于解決傳統超前探測方法無法滿足tbm快速掘進需求的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術一具體實施方式提供了一種tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其包括井下系統和地面系統，井下系統包括tbm、多參量傳感器和采集站，多參量傳感器至少包括用于探測掘進面前方構造異常和水害異常的地震場傳感器和電場傳感器，地震場傳感器用于采集tbm掘進過程中煤巖體破裂產生的地震波信號，tbm的刀盤和盾體中的至少一個用于在tbm掘進過程中向煤巖體內發射可被電場傳感器接收的電流，采集站用于配置多參量傳感器的參數、采集多參
3、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地震場傳感器包括若干個先導傳感器和若干個測量傳感器，若干個先導傳感器安裝于tbm的刀盤或盾體上，若干個測量傳感器安裝于盾體上、tbm后方的拖車上或tbm后方巷道圍巖上。
4、在本專利技術的一個或多個實施方式中，電場傳感器包括與tbm的刀盤和tbm的盾體電性連接的若干個測量電極、參比電極和供電負極，若干個測量電極安裝于盾體上、tbm后方的拖車上或tbm后方巷道圍巖上，刀盤、盾體和測量電極中的任意一個向煤巖體內發射電流，其余兩個接收煤巖體內的電流。
5、在本專利技術的一個或多個實施方式中，測量電極設置有多個，其中一個測量電極向煤巖體內發射電流，其余的測量電極接收煤巖體內的電流。
6、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，地震場傳感器處于低頻率采集狀態。
7、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地震場傳感器和電場傳感器中的任意一個監測到異常數據時，地震場傳感器切換至高頻率采集狀態。
8、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，電場傳感器采用主被動并行的方式采集電法監測數據；
9、在本專利技術的一個或多個實施方式中，電場傳感器在被動源采集狀態下監測到異常數據時，電場傳感器立即進行主動源采集，并提高主動源采集的數據采集頻率。
10、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地震場傳感器監測到異常數據時，電場傳感器立即進行主動源采集，并提高主動源采集的數據采集頻率。
11、在本專利技術的一個或多個實施方式中，多參量傳感器還包括磁場傳感器、溫度傳感器和方位伽馬傳感器中的任意一種或多種。
12、在本專利技術的一個或多個實施方式中，井下系統還包括中控平臺和交換機，中控平臺與采集站之間通過光纖或網線連接，中控平臺用于控制tbm運行并用于顯示現場參數，現場參數至少包括掘進里程、tbm的運行參數、多參量傳感器的參數和掘進面前方三維模型中的任意一種或多種，交換機與采集站之間通過光纖或網線連接。
13、在本專利技術的一個或多個實施方式中，中控平臺內配置有多參量傳感器控制系統和tbm主控系統，并用于操控tbm運行，實時顯示和更新掘進面三維地質模型、掘進面前方構造異常情況和掘進面前方水害異常情況。
14、在本專利技術的一個或多個實施方式中，地面系統包括服務器、工作站和監控平臺，服務器用于接收和儲存交換機傳遞的監測數據，工作站用于處理和顯示監測數據，監控平臺用于顯示監測數據和tbm運行狀態。
15、本專利技術另一方面還提供了一種tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法，其包括如下步驟：
16、tbm掘進過程中，地震場傳感器采集掘進面煤巖體破裂產生的地震波信號，地面系統對地震波信號進行反演，獲得掘進面前方的構造異常和水害異常的三維模型；
17、tbm的刀盤或盾體向煤巖體內發射電流，電場傳感器接收該電流，地面系統獲取電阻率數據并對其進行偏移成像，獲得掘進面前方的構造異常和水害異常的三維模型。
18、在本專利技術的一個或多個實施方式中，tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法還包括：地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，地震場傳感器處于低頻率采集狀態。
19、在本專利技術的一個或多個實施方式中，tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法還包括：地震場傳感器和電場傳感器中的任意一個監測到異常數據時，地震場傳感器切換至高頻率采集狀態。
20、在本專利技術的一個或多個實施方式中，tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法還包括：地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，電場傳感器采用主被動并行的方式采集電法監測數據。
21、在本專利技術的一個或多個實施方式中，tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法還包括：電場傳感器在被動源采集狀態下監測到異常數據時，電場傳感器立即進行主動源采集，并提高主動源采集的數據采集頻率。
22、在本專利技術的一個或多個實施方式中，tbm隨掘隨探一體化智能監測預警方法還包括：地震場傳感器監測到異常數據時，電場傳感器立即進行主動源采集，并提高主動源采集的數據采集頻率。
23、在本專利技術的一個或多個實施方式中，多參量傳感器監測到構造異常或水害異常后，tbm進行危險源閉鎖，停止掘進工作，消除隱患后tbm繼續運行進行掘進工作。
24、與現有技術相比，本專利技術的tbm能夠在掘進過程中對掘進面前方的構造異常和水害異常等風險進行實時探測，實現隨掘隨探的技術效果，提高tbm的掘進效率，解決掘進作業與超前探測無法同時進行的問題。
25、并且，地震傳感器和電場傳感器的工作狀態可相互聯動，提高對構造異常和水害異常的探測精度和探測效率。
26、另外，多參量傳感器與tbm集成于一體，掘進過程中可自動跟隨tbm向前移動，無需人工挪動。
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1.一種TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，包括井下系統和地面系統，所述井下系統包括TBM、多參量傳感器和采集站，所述多參量傳感器至少包括用于探測掘進面前方構造異常和水害異常的地震場傳感器和電場傳感器，所述地震場傳感器用于采集TBM掘進過程中煤巖體破裂產生的地震波信號，所述TBM的刀盤和盾體中的至少一個用于在TBM掘進過程中向煤巖體內發射可被電場傳感器接收的電流，所述采集站用于配置所述多參量傳感器的參數、采集所述多參量傳感器的監測數據，所述地面系統用于接收、儲存和處理所述采集站傳遞的監測數據。
2.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述地震場傳感器包括若干個先導傳感器和若干個測量傳感器，若干個所述先導傳感器安裝于TBM的刀盤或盾體上，若干個所述測量傳感器安裝于盾體上、TBM后方的拖車上或TBM后方巷道圍巖上。
3.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述電場傳感器包括與TBM的刀盤和TBM的盾體電性連接的若干個測量電極、參比電極和供電負極，若干個所述測量電極安裝于盾體上、T
4.根據權利要求3所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述測量電極設置有多個，其中一個所述測量電極向煤巖體內發射電流，其余的所述測量電極接收煤巖體內的電流。
5.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，所述地震場傳感器處于低頻率采集狀態；
6.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述地震場傳感器和電場傳感器均未監測到異常數據時，所述電場傳感器采用主被動并行的方式采集電法監測數據；
7.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述多參量傳感器還包括磁場傳感器、溫度傳感器和方位伽馬傳感器中的任意一種或多種。
8.根據權利要求1所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述井下系統還包括中控平臺和交換機，所述中控平臺與采集站之間通過光纖或網線連接，所述中控平臺用于控制TBM運行并用于顯示現場參數，所述現場參數至少包括掘進里程、TBM的運行參數、多參量傳感器的參數和掘進面前方三維模型中的任意一種或多種，所述交換機與采集站之間通過光纖或網線連接；
9.一種利用如權利要求1至8中任意一項所述的TBM隨掘隨探一體化智能監測預警系統的監測預警方法，其特征在于，所述監測預警方法包括如下步驟：
10.根據權利要求9所述的監測預警方法，其特征在于，所述監測預警方法還包括：
11.根據權利要求9所述的監測預警方法，其特征在于，所述監測預警方法還包括：
...【技術特征摘要】
1.一種tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，包括井下系統和地面系統，所述井下系統包括tbm、多參量傳感器和采集站，所述多參量傳感器至少包括用于探測掘進面前方構造異常和水害異常的地震場傳感器和電場傳感器，所述地震場傳感器用于采集tbm掘進過程中煤巖體破裂產生的地震波信號，所述tbm的刀盤和盾體中的至少一個用于在tbm掘進過程中向煤巖體內發射可被電場傳感器接收的電流，所述采集站用于配置所述多參量傳感器的參數、采集所述多參量傳感器的監測數據，所述地面系統用于接收、儲存和處理所述采集站傳遞的監測數據。
2.根據權利要求1所述的tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述地震場傳感器包括若干個先導傳感器和若干個測量傳感器，若干個所述先導傳感器安裝于tbm的刀盤或盾體上，若干個所述測量傳感器安裝于盾體上、tbm后方的拖車上或tbm后方巷道圍巖上。
3.根據權利要求1所述的tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述電場傳感器包括與tbm的刀盤和tbm的盾體電性連接的若干個測量電極、參比電極和供電負極，若干個所述測量電極安裝于盾體上、tbm后方的拖車上或tbm后方巷道圍巖上，所述刀盤、盾體和測量電極中的任意一個向煤巖體內發射電流，其余兩個接收煤巖體內的電流。
4.根據權利要求3所述的tbm隨掘隨探一體化智能監測預警系統，其特征在于，所述測量電極設置有多個，其中一個所述測量電極向煤巖體內發射電流，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張家樂，劉惠洲，祝磊，任川，楊明，曹煜，張好，謝付沅，梁程程，劉璐璐，
申請(專利權)人：中煤第三建設集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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