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有效探查煤礦水文地質條件的論述

更新時間：2020-09-05　點擊量：1262

　　前言

　　煤炭是中國的第1能源,煤炭生產在中國國民經濟中具有舉足輕重的地位。目前,煤礦深部開采中的水文地質勘探技術是以地球物理方法為先導,其它基礎水文地質手段加以配合,依托計算機技術實現水文地質工作的動態管理是煤礦深部開采水文地質勘探的特點。其工作模式可分為三個層面:

　　1)井田范圍主要可采煤層開采水文地質條件評價;

　　2)采區水文地質條件勘查;

　　3)綜采工作面水文地質條件超前探測。而從現今的發展方向來看,煤礦深部開采水文地質勘探技術的發展方向是將地球物理方法、基礎水文地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合，利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等多元數據,查明采區內斷層分布、煤層被埋藏的深度與厚度、巖溶裂隙發育帶的分布和隔水層厚度等。利用地理信息系統作為平臺建立礦井多元信息集成系統,把三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等多元信息進行復合、綜合分析后建立預測與評價模型,實現地質資料的信息化、數字化和可視化,為開采水文地質條件的快速評價、生產水文地質工作的動態管理、突發性水文地質災害應變對策的制定提供技術支撐。

　　煤礦由于受礦井地質條件差、斷層發育、煤厚變化大等地質因素的影響,造成生產接續緊張,單靠一種勘探手段很難摸清煤層賦存狀況及構造發育規律,采用綜合勘探方法,多種勘探手段結合并用,地面采用三維物探手段,井下先期施工多用途探巷,配合鉆探及井下物探等手段,針對影響生產的水文地質因素開展各項專題研究,不斷進行資料的動態綜合分析,取得了較好的地質效果,為礦井的安全高效生產提供了有利的地質保障。

　　合理選擇勘探目的層,充分利用井下巷道,以大流量、大降深的井下放水試驗為主,鉆探與物探相結合,多種方法相互驗證、相互補充的綜合水文地質勘探方法,是查清類似礦井水文地質條件,解放受水害威脅的下組煤的有效技術途徑。

　　1 傳統水文地質勘探

　　1.1地質勘探方法。受巖溶承壓水威脅的礦井,底板突水是各類因素綜合作用的結果,突水機理主要包括:

　　1)巖溶裂隙水網絡的發育情況,是發生底板突水的物質基礎;

　　2)隔水層的厚度及巖性特征,是突水的制約因素;

　　3)采礦活動造成底板的破壞,是底板突水的誘導因素;

　　4)斷裂構造及原生構造裂隙的發育程度,是導致底板突水的關鍵因素;

　　5)水壓與礦壓的偶合作用也是導致底板突水的重要因素。因此,水文地質條件的探查范圍包括了巖溶裂隙水網絡發育規律、隔水層的厚度及巖性變化、斷裂構造及底板裂隙的發育規律及發育程度、含水層水位變化規律等。

　　1.2 傳統方法的局限性。任何一種單一的勘探方法,只能大致探明某一種突水因素,如:采用傳統的地面鉆探、抽水及注水試驗,只能探明某一點的巖溶發育及富水情況,對于整個開采范圍的富水規律難以有效的探明。另外,礦井突水是一個十分復雜的問題,不可能用一個統一的規律進行描述,也就是說,隨著空間的變化,水文地質條件發生變化,各類突水因素在突水過程中的作用相互交替變化,如:斷層導水型突水,構造的突水機理起到了主導作用,而底板破壞型突水,采礦動壓是突水的關鍵因素。因此,要防止底板突水,就必須對各類突水因素進行全面探查,有針對性的實施綜合治理,才能有效的防止水害事故的發生。對水文地質條件的探查,采用單一的探查方法顯然是不夠的。

　　2 采用綜合方式進行地質勘探

　　2.1 采區地面地震勘探。采區設計前,通過采用地面地震勘探手段,查明采區構造形態和斷層發育規律,查明煤層賦存狀況及底板起伏形態,對影響開采的含水層富水性進行評價,并提出水害防治措施,為采區設計提供可靠的地質資料。同時本階段的主要工作也是進一步查明采區范圍內的小構造,包括落差5m左右的斷層、陷落柱和采空區的空間分布形態,根據采區銜接的要求,應提前布置實施。面物探方法較礦井物探方法施工簡單,探測效率也高,但受到地表條件的限制。因此,在地表條件允許的前提下,三維高分辨率地震勘探技術的方法。

　　2.2 微動測深勘查。微動是一種在時間域和空間域都極不規則的震動現象。根據波動理論,微動記錄既包含有體波也包含有面波。由于在大多數情況下,微動的震源是在地表面或海底面,在微動中的面波成分相對于體波成分來說占優勢,微動測深勘查方法就是利用這一占優勢的面波來反演地下地質結構的方法。同時,依據觀測形式的不同微動測深探查主要分為一下幾種形式:

　　①單點勘查。單點勘查方式觀測臺陣,一般由兩個不同半徑的同心圓(內接正三角形)組成,在圓心和圓周上內接正三角形頂點處各設置一套微動觀測儀。這種觀測方式勘查深度與臺陣的大小成正比。根據勘查深度的要求,可采用由3個或3個以上不同半徑的同心圓組成觀測臺陣;

　　②測線勘查。在煤田勘查這種大面積勘探中,單點勘查已經不能滿足生產要求。可采用測線(剖面)觀測系統,獲得S波速度剖面成果圖。在測區內按一定間距布置這樣的測線,可實現二維微動測深勘探,并反演測區三維S波速度結構,結合鉆孔及其它地質資料,可進一步解釋速度異常區域的地質意義;

　　③平面探查。在礦區或者要求更精細的勘探,在儀器數量足夠多的情況下可采用平面觀測,并反演測區三維S波速度體,從而圈出速度異常體或者面。

　　2.3 井下鉆探及綜合物探。在放水試驗對主要含水層的富水性達到宏觀控制(礦井、采區)的基礎上,對富水區的每一工作面,針對不同的條件,采用各種物探手段,探明局部導水構造、隔水層變薄帶及局部富水帶,再用少量的鉆探手段進一步驗證,有針對性的重點布置注漿改造、疏水降壓等治水工程。

　　①井下直流電法:從大的范疇來說,井下直流電法仍屬于礦井直流電法。其目的是探測采煤工作面內部的導水構造、底板含水層的集中富水帶。許多礦區的研究和試驗證明,井下直流電法是探測水文地質異常區有效的物探方法之一。

　　②TEM探測:瞬變電磁法(簡稱TEM),它是利用大功率的發射裝置向鋪設在地面的矩形線圈(或稱發射框)發送雙極性大電流,在電流開啟和關斷時,由于電磁感應作用產生電壓脈沖,電壓脈沖的衰減產生感應磁場(即一次磁場)。一次磁場隨著時間的推移,在地下介質中產生渦流。地下渦流的變化又生產二次磁場,由于不同地質體其電性特征存在差異,其二磁場的衰減亦存在差異。因此,通過研究二磁場的衰減規律,可達到推測、分析地下地質異常體的目的。TEM探測可以探測不同高程的相對富水區,以便有針對性的采取防治水措施。

　　③彈性波CT:即地震層析成相技術,可以推測主要構造的發育情況,但由于該項技術起步比較晚,還有待于進一步完善提高。

　　④瑞利波:利用瑞利波探測技術可以對掘進巷道前方的地質異常體,特別是斷裂構造進行超前探查,預防突遇斷層出水。該項技術對于探測前方構造效果較好。

　　3 結束語

　　煤礦開采水文地質勘探技術的發展方向是將地球物理方法、基礎水文地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合。利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等多元數據,查明采區內斷層分布、煤層埋藏深度與厚度、巖溶裂隙發育帶的分布和隔水層厚度等。利用地理信息系統作為平臺建立礦井多元信息集成系統,把三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等多元信息進行復合、綜合分析后建立預測與評價模型,實現地質資料的信息化、數字化和可視化,為開采水文地質條件的快速評價、生產水文地質工作的動態管理、突發性水文地質災害應變對策的制定提供技術支撐。

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

有效探查煤礦水文地質條件的論述

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