(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(10)申請公布號CN120213135A(71)申請人深地科學(xué)與工程云龍湖實驗室地址221116江蘇省徐州市國家高新區(qū)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園B棟10樓申請人南京大學(xué)(74)專利代理機構(gòu)北京利行天下專利代理有限公司16225專利代理師朱玉丹(54)發(fā)明名稱融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺本發(fā)明公開了融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，涉及深地科學(xué)與工程下空間開挖形成洞室；所述洞室圍巖壁面設(shè)置感測光纖，用于監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化；所述洞室周圍外側(cè)開設(shè)監(jiān)測孔，監(jiān)測孔內(nèi)設(shè)置高密度電法監(jiān)測組件，所述洞室的洞口上設(shè)置密封板，所述密封板一側(cè)設(shè)置調(diào)控模塊，調(diào)控模塊一側(cè)設(shè)置監(jiān)測模塊，所述密封板上開設(shè)導(dǎo)油口和導(dǎo)水口，所述密封板一側(cè)固定連接液位測量計，密封板上設(shè)置注壓頭，通過高密度電法監(jiān)測組件結(jié)合監(jiān)測模塊和調(diào)控模塊，對深部地下空間儲物過程中圍巖和環(huán)境實時監(jiān)測與調(diào)控，獲知圍巖地下空間物儲長期作用機制，確保儲物環(huán)21.融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，包括礦山墻體(1),其特征在于，還包括：所述礦山墻體(1)的地下空間開挖形成洞室(2);所述洞室(2)圍巖壁面分布式設(shè)置感測光纖(8),用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化；所述洞室(2)周圍外側(cè)開設(shè)監(jiān)測孔(4),監(jiān)測孔(4)內(nèi)設(shè)置高密度電法監(jiān)測組件，用于長期監(jiān)測儲物過程中圍巖的改造和變化情況，所述洞室(2)的洞口上設(shè)置密封板(12),密封板(12)上設(shè)置取樣頭(11),所述密封板(12)一側(cè)設(shè)置調(diào)控模塊(21),調(diào)控模塊(21)一側(cè)設(shè)置監(jiān)測模塊(3),所述密封板(12)上開設(shè)導(dǎo)油口(14)和導(dǎo)水口(15),所述密封板(12)一側(cè)固定連接液位測量計(6),液位測量計(6)一側(cè)的密封板(12)上固定設(shè)置注壓頭(20)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述感測光纖(8)通過分布式黏貼方式固定在圍巖壁面，用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特封儲過程中儲層的改造和變化情況，以及圍巖的密閉性和滲流特征。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述高密度電法監(jiān)測組件包括設(shè)置于監(jiān)測孔(4)內(nèi)的碳纖維桿(5),碳纖維桿(5)一端的外壁設(shè)置檢測電極(13),檢測電極(13)通過碳纖維桿(5)伸入監(jiān)測孔(4)內(nèi)并與圍巖緊密接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述密封板(12)為高強度透明亞克力板，用于直觀觀察圍巖洞穴儲物區(qū)的內(nèi)部變化情況。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述監(jiān)測模塊(3)一側(cè)的洞室(2)內(nèi)設(shè)置溫度監(jiān)測器(10)和壓力監(jiān)測器(7),溫度監(jiān)測器(10)和壓力監(jiān)測器(7)的信號輸入端分別連接傳感線(9),所述密封板(12)兩側(cè)分別固定設(shè)置壓力傳感器(18)和溫度傳感器(19),壓力傳感器(18)和溫度傳感器(19)通過傳感線(9)與壓力監(jiān)測器(7)和溫度監(jiān)測器(10)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述導(dǎo)油口(14)和導(dǎo)水口(15)用于通過注入油液和水，檢測儲層圍巖的滲透性和密閉性，并通過外部控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)洞室(2)內(nèi)的壓力和環(huán)境參數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述注壓頭(20)用于注入惰性氣體檢測儲層圍巖的密閉性，所述密封板(12)上的導(dǎo)油口(14)和導(dǎo)水口(15)上均設(shè)置有換油管(16)和換水管(17)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述監(jiān)測模塊(3)用于通過感測光纖(8)、高密度電法監(jiān)測組件、壓力監(jiān)測器(7)和溫度監(jiān)測器(10)實時采集儲物過程中圍巖的壓力、溫度、濕度和密閉性數(shù)據(jù)；調(diào)控模塊(21),用于通過換油管(16)和注壓孔頭調(diào)節(jié)洞室(2)內(nèi)的壓力、溫度和濕度，確保儲物環(huán)境的穩(wěn)定性。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，其特征在于，所述監(jiān)測模塊(3)和調(diào)控模塊(21)通過無線或有線方式與外部控制系統(tǒng)連接，外部3控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動或手動調(diào)節(jié)洞室(2)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，獲知復(fù)雜條件下深部儲層圍巖物儲過程中的環(huán)境演化與改變機制，為地下空間儲物的功能性和適宜性以及長期安全調(diào)控提供決策依據(jù)。4技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及深地科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺。背景技術(shù)[0002]目前，深部地下空間儲物技術(shù)面臨以下技術(shù)難題：圍巖改造行為復(fù)雜：儲物過程中，圍巖的物理化學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性下降，難以長期保持儲物環(huán)境的安全；監(jiān)測手段不足：現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)無法實現(xiàn)對圍巖壓力、溫度、濕度等關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測，難以準(zhǔn)確評估圍巖的改造行為；調(diào)控手段缺乏：儲物過程中，缺乏有效的調(diào)控手段來維[0003]為解決上述問題，亟需一種能夠融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，以實現(xiàn)對儲物過程中圍巖和環(huán)境的實時監(jiān)測與調(diào)控，確保儲物環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性。發(fā)明內(nèi)容[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，通過融合多源測控技術(shù)，實現(xiàn)了對深部地下空間儲物過程中圍巖和環(huán)境的實時監(jiān)測與調(diào)控，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測和調(diào)控難的問題。融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，包括礦山墻體，還包括：所述礦山墻體的地下空間開挖形成洞室；所述洞室圍巖壁面分布式設(shè)置感測光纖，用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化；所述洞室周圍外側(cè)開設(shè)監(jiān)測孔，監(jiān)測孔內(nèi)設(shè)置高密度電法監(jiān)測組件，用于長期監(jiān)測儲物過程中圍巖的改造和變化情況，所述洞室的洞口上設(shè)置密封板，密封板上設(shè)置取樣頭，所述密封板一側(cè)設(shè)置調(diào)控模塊，調(diào)控模塊一側(cè)設(shè)置監(jiān)測模塊，所述密封板上開設(shè)導(dǎo)油口和導(dǎo)水口，所述密封板一側(cè)固定連接液位測量計，液位測量計一側(cè)的密封板上固定設(shè)置注壓頭。[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述感測光纖通過黏貼方式分布式固定在圍巖壁面，用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測系統(tǒng)。[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述監(jiān)測孔的數(shù)量為多個，均勻布置在洞室的[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述高密度電法監(jiān)測組件包括設(shè)置于監(jiān)測孔內(nèi)的碳纖維桿，碳纖維桿一端的外壁設(shè)置檢測電極，檢測電極通過碳纖維桿伸入監(jiān)測孔內(nèi)并與圍巖緊密接觸。[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述密封板為高強度透明亞克力板。[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述監(jiān)測模塊一側(cè)的洞室內(nèi)設(shè)置溫度監(jiān)測器和壓力監(jiān)測器，溫度監(jiān)測器和壓力監(jiān)測器的信號輸入端分別連接傳感線，所述密封板兩側(cè)分5別固定設(shè)置壓力傳感器和溫度傳感器，壓力傳感器和溫度傳感器通過傳感線與壓力監(jiān)測器和溫度監(jiān)測器。[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)油口和導(dǎo)水口用于通過注入油液和水，檢測儲層圍巖的滲透性，并通過外部控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)洞室內(nèi)的壓力和環(huán)境參數(shù)。[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述注壓頭用于注入惰性氣體檢測儲層圍巖的密閉性，所述密封板上的導(dǎo)油口和導(dǎo)水口上均設(shè)置有換油管和換水管。[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述監(jiān)測模塊用于通過感測光纖、高密度電法監(jiān)測組件、壓力監(jiān)測器和溫度監(jiān)測器實時采集儲物過程中圍巖的壓力、溫度、濕度和密閉性數(shù)據(jù)；調(diào)控模塊，用于通過換油管和注壓孔頭調(diào)節(jié)洞室內(nèi)的壓力、溫度和濕度，確保儲物環(huán)境的穩(wěn)定性。[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述監(jiān)測模塊和調(diào)控模塊通過無線或有線方式與外部控制系統(tǒng)連接，外部控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動或手動調(diào)節(jié)洞室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。[0015]本發(fā)明具有以下有益之處：實時監(jiān)測圍巖和環(huán)境參數(shù)：通過分布式感測光纖、高密度電法監(jiān)測組件、溫度監(jiān)測器和壓力監(jiān)測器，能夠?qū)崟r監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力、溫度、濕度和電阻率變化，提供全面的數(shù)據(jù)支持。監(jiān)測模塊能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸至外部控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和分析，幫助研究人員準(zhǔn)確評估圍巖的改造行為。[0016]精準(zhǔn)調(diào)控儲物環(huán)境：通過調(diào)控模塊中的換油管、換水管和注壓頭，能夠精準(zhǔn)調(diào)節(jié)洞室內(nèi)的壓力、溫度和濕度，確保儲物環(huán)境的穩(wěn)定性。外部控制系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動或手動生成控制指令，實現(xiàn)對儲物環(huán)境的智能化調(diào)控。[0017]提高儲物安全性：通過高密度電法監(jiān)測組件和分布式感測光纖，能夠及時發(fā)現(xiàn)圍巖的變形和裂縫擴展，預(yù)防儲物過程中的泄露和坍塌事故。注壓頭和導(dǎo)油口、導(dǎo)水口的設(shè)置，能夠有效檢測圍巖的密閉性和滲透性，確保儲物環(huán)境的安全。[0018]適用于多種儲物場景：該平臺不僅適用于原油、天然氣等能源的存儲，還可用于糧食、工業(yè)固廢等物質(zhì)的封存，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過多源測控技術(shù)的融合，能夠適應(yīng)不同儲物場景的需求，提供靈活的監(jiān)測和調(diào)控方案。[0019]降低開發(fā)和運維成本：通過實時監(jiān)測和精準(zhǔn)調(diào)控，能夠減少儲物過程中的資源浪附圖說明[0020]圖1為融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺的外部結(jié)構(gòu)示意圖。[0021]圖2為融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖3為融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺的正面結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖4為融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺的側(cè)截面結(jié)構(gòu)示意[0024]圖5為融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺中監(jiān)測模塊流程圖。6具體實施方式[0026]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0027]實施例1,請參閱圖1-圖5,融合多源測控技術(shù)的深部地下空間原位物儲試驗平臺，包括礦山墻體1,還包括：所述礦山墻體1的地下空間開挖形成洞室2;所述洞室2圍巖壁面分布式固定設(shè)置感測光纖8,用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化；所述洞室2周圍外側(cè)開設(shè)監(jiān)測孔4,監(jiān)測孔4內(nèi)設(shè)置高密度電法監(jiān)測組件，用于長期監(jiān)測儲物過程中圍巖的改造和變化情況，所述洞室2的洞口上設(shè)置密封板12,密封板12上設(shè)置取樣頭11,所述密封板12一側(cè)設(shè)置調(diào)控模塊21,調(diào)控模塊21一側(cè)設(shè)置監(jiān)測模塊3,所述密封板12上開設(shè)導(dǎo)油口14和導(dǎo)水口15,所述密封板12一側(cè)固定連接液位測量計6,液位測量計6一側(cè)的密封板12上固定設(shè)置注壓頭20;通過高密度電法監(jiān)測組件結(jié)合監(jiān)測模塊3和調(diào)控模塊21,實現(xiàn)對深部地下空間儲物過程中圍巖和環(huán)境的實時監(jiān)測與調(diào)控，確保儲物環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性。[0028]實施例2,請參閱圖1-圖5,所述感測光纖8通過黏貼方式分布式固定在圍巖壁面，用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測系統(tǒng)；所述監(jiān)測孔4的數(shù)量為多個，均勻布置在洞室2的左、右、上三個方向；所述高密度電法監(jiān)測組件包括設(shè)置于監(jiān)測孔4內(nèi)的碳纖維桿5,碳纖維桿5一端的外壁設(shè)置檢測電極13,檢測電極13通過碳纖維桿5伸入監(jiān)測孔4內(nèi)并與圍巖緊密接觸；所述監(jiān)測孔4的數(shù)量優(yōu)先設(shè)置為9個，分別布實際的檢測原理：高密度電法基于電阻率法，通過向地下介質(zhì)注入電流，測量電壓可以通過電阻率的變化來推斷地下介質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在監(jiān)測孔4中布置多個檢測電極13,檢測電極13之間通過電流注入和電壓測量來獲取電阻率數(shù)據(jù)。通過改變電極的排列方式和測量模式，可以獲得不同深度和范圍的電阻率分布；電極與圍巖緊密接觸，確保電流能夠有效注入地下介質(zhì)。[0029]通過電極向圍巖注入電流，并在其他檢測電極13上測量電壓。根據(jù)電流和電壓的分布，計算圍巖的電阻率。通過高密度電法儀器采集電阻率數(shù)據(jù)，生成電阻率剖面圖或三維電阻率模型，分析圍巖的物理性質(zhì)和變化情況；通過電阻率分布圖，可以分析圍巖的結(jié)構(gòu)、[0030]所述密封板12為高強度透明亞克力板，所述高強度透明亞克力板具有高抗壓性和透明度，能夠承受洞室2內(nèi)的高壓環(huán)境，并允許外部觀察洞內(nèi)的儲物情況。[0031]所述監(jiān)測模塊3一側(cè)的洞室2內(nèi)設(shè)置固定溫度監(jiān)測器10和壓力監(jiān)測器7,溫度監(jiān)測器10和壓力監(jiān)測器7的信號輸入端分別連接傳感線9,所述密封板12兩側(cè)分別固定設(shè)置壓力傳感器18和溫度傳感器19,壓力傳感器18和溫度傳感器19通過傳感線9與壓力監(jiān)測器7和溫度監(jiān)測器10。[0032]所述導(dǎo)油口14和導(dǎo)水口15用于通過注入油液和水，檢測儲層圍巖的滲透性，并通過外部控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)洞室2內(nèi)的壓力和環(huán)境參數(shù)；所述注壓頭20用于注入惰性氣體檢測儲7層圍巖的密閉性，所述密封板12上的導(dǎo)油口14和導(dǎo)水口15上均設(shè)置有換油管16和換水管[0033]所述監(jiān)測模塊3用于通過感測光纖8、高密度電法監(jiān)測組件、壓力監(jiān)測器7和溫度監(jiān)測器10實時采集儲物過程中圍巖的壓力、溫度、濕度和密閉性數(shù)據(jù)；調(diào)控模塊21,用于通過換油管16和注壓孔頭調(diào)節(jié)洞室2內(nèi)的壓力、溫度和濕度，確保儲物環(huán)境的穩(wěn)定性。[0034]所述監(jiān)測模塊3和調(diào)控模塊21通過無線或有線方式與外部控制系統(tǒng)連接，外部控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動或手動調(diào)節(jié)洞室2內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。[0035]洞室2結(jié)構(gòu)與監(jiān)測模塊3:在礦山地下空間開挖形成的洞室2中，圍巖壁面分布式布置感測光纖8,用于實時監(jiān)測儲物過程中圍巖的壓力和溫度變化。感測光纖8通過黏貼方式固定在圍巖壁面，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測模塊3。[0036]洞室2周圍1米遠處鉆取9個高密度電法監(jiān)測孔4,每個監(jiān)測孔4內(nèi)設(shè)置碳纖維桿5和檢測電極13.檢測電極13通過碳纖維桿5伸入監(jiān)測孔4內(nèi)，與圍巖緊密接觸，用于長期監(jiān)測圍巖的電阻率變化，數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測模塊3。[0037]洞室2內(nèi)設(shè)置溫度監(jiān)測器10和壓力監(jiān)測器7,用于實時監(jiān)測洞室2內(nèi)的