CN107829723B - 矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法，涉及矿山底板岩体破坏范围测定技术领域。其包括封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统，测漏系统包括连通管和转换开关，作为主要改进点之一的转换开关，其包括圆柱形腔室，在圆柱形腔室内设置有基体、滑动阀门和弹簧，基体上开设有导水孔二和导水孔三，滑动阀门上开设有导水孔一，滑动阀门可在圆柱形腔室内部自由滑动，导水孔一可分别与导水孔二、导水孔三形成两个独立导水通道。本发明由单一外界操作系统供水，减少了外界系统个数，将钻孔内管道数量减少为1根，解决了由于外界系统过多而导致的钻孔内多管道缠绕问题。本发明能提高测量效率以及测量结果的准确性。

Description

矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法

技术领域

本发明涉及矿山底板岩体破坏范围测定技术领域，具体涉及一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法。

背景技术

矿山顶底板岩体破坏范围的测量是标志煤岩赋存状态的重要参数。在研究矿井防治水时，它是一个关键性的基础参数，因此，研究采动围岩中的导水通道的形成，就有必要掌握岩层移动规律和确定顶底板岩体破坏范围。通常采用数值模拟、经验公式预计、现场实测等手段。然而，由于现场条件复杂，在一定程度上，数值模拟不能很好的反映现场情况，经验公式预计的盲目性较大，随着采深加大，经验公式适用性越来越差。

现有技术有关此方面的研究报道中存在的技术缺陷有以下几点：首先，由于现有的观测设备中同时工作的管道数量过多，尤其在推进过程中，容易出现钻孔内管道缠绕问题；其次，现有的观测设备一般需要两套探测管路，分别向上进行推进，存在内、外探测管道的固定问题；最后传统的起胀胶囊需要分别进行单个充水起胀，工作繁琐，工作量大，现有技术未能同时解决上述三个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法，其能提高测量效率以及测量结果的准确性。

本发明的任务之一在于提供一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备。

一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其包括封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统，所述封堵系统包括一个Ⅰ型封堵支撑管、一个Ⅱ型封堵支撑管、封堵胶囊及胶囊连接管，所述封堵胶囊包括第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，在所述Ⅰ型封堵支撑管上设置有漏水孔，所述第一封堵胶囊安设在所述Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，所述第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；所述第二封堵胶囊安装在Ⅱ型封堵支撑管上，在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管，所述Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道；

所述测漏系统包括连通管和转换开关，所述Ⅰ型封堵支撑管的末端连接所述连通管，所述连通管的末端连接所述转换开关，所述转换开关的另一端连接所述Ⅱ型封堵支撑管的一端，

所述转换开关，其包括圆柱形腔室，在所述圆柱形腔室内设置有基体、滑动阀门和弹簧，所述基体上开设有导水孔二和导水孔三，所述滑动阀门上开设有导水孔一，所述滑动阀门可在所述圆柱形腔室内部自由滑动，所述导水孔一可分别与所述导水孔二、导水孔三形成两个独立导水通道；

所述导向系统包括导向锥，所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；

所述推进供给系统与所述Ⅰ型封堵支撑管连通，用于向所述Ⅰ型封堵支撑管内注水，显示并记录各个参数。

作为本发明的一个优选方案，所述推进供给系统包括注水操作台、钻机和钻杆，所述钻杆的一端与所述钻机连接，另一端连接在所述Ⅰ型封堵支撑管上。

作为本发明的另一个优选方案，所述转换开关还设置有用于对所述弹簧进行限位的凹槽部。

优选的，所述Ⅰ型封堵支撑管上的漏水孔设置有两个。

进一步的，所述连通管的长度为1m。

进一步的，所述Ⅰ型封堵支撑管与连通管之间通过螺纹连接。

进一步的，所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管之间通过螺纹连接。

本发明的另一任务在于提供一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测方法。

一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测方法，其所采用的探测系统包括：封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统；

所述封堵系统包括一个Ⅰ型封堵支撑管、一个Ⅱ型封堵支撑管、封堵胶囊及胶囊连接管，所述封堵胶囊包括第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，在所述Ⅰ型封堵支撑管上设置有漏水孔，所述第一封堵胶囊安设在所述Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，所述第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；所述第二封堵胶囊安装在Ⅱ型封堵支撑管上，在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管，所述Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道；

所述测漏系统包括连通管和转换开关；

所述转换开关，其包括圆柱形腔室，在所述圆柱形腔室内设置有基体、滑动阀门和弹簧，所述基体上开设有导水孔二和导水孔三，所述滑动阀门上开设有导水孔一，所述滑动阀门可在所述圆柱形腔室内部自由滑动，所述导水孔一可分别与所述导水孔二、导水孔三形成两个独立导水通道；

所述导向系统包括导向锥；

所述推进供给系统包括注水操作台、钻机和钻杆；

所述探测方法依次包括以下步骤：

a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中先后施工规定角度钻孔若干个，孔深30-70m；

b安装观测系统，所述Ⅰ型封堵支撑管的末端与所述连通管的一端连接，所述连通管的另一端连接所述转换开关，所述转换开关的另一端连接所述Ⅱ型封堵支撑管的一端，所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；所述推进供给系统与所述Ⅰ型封堵支撑管连通，导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；

c起胀封堵胶囊并测定漏水量参数：打开注水操作台，将水压调至2.5MPa，向封堵系统内注水，通过漏水孔和胶囊连接管使第一封堵胶囊、第二封堵胶囊分别起胀，与钻孔形成密封空间，待两个封堵胶囊全部起胀完毕，将注水操作台水压加大至2.6MPa，此时，导水孔一与导水孔二导通，向密封空间内注水，待读数稳定后，通过注水操作台记录漏水量数值L₁；

d对封堵胶囊进行泄压排水：完成漏水量测定后，关闭注水操作台，使封堵胶囊内部高压水通过胶囊连接管和漏水孔排出，完成泄压排水；

e推进观测：完成所有封堵胶囊的泄压排水之后，利用钻机和钻杆将观测系统推进至下一指定位置，重复步骤c和步骤d。

优选的，所述转换开关的工作过程为：

初始状态在弹簧的作用下，滑动阀门位于左端，导水孔一、导水孔二、导水孔三恰好被基体封闭，当外部水源注入基体但未达到固定水源压力，滑动阀门向右移动，但导水孔仍被基体壁封闭；当外部水压达到2.6MPa时，压力水推动滑动阀门继续向右移动，此时恰好使导水孔一和导水孔二接通，形成导水通道，当水压大于3MPa时，滑动阀门继续向右移动，此时恰好使导水孔一连通导水孔三，且滑动阀门密封导水孔二。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)实现了由单一外界操作系统供水，减少了外界系统个数，将钻孔内管道数量减少为1根，解决了由于外界系统过多而导致的钻孔内多管道缠绕问题；

(2)实现了一次充水所有封堵胶囊的全部起胀，并完成测漏工作，减少了操作步骤，提高了测量效率；

(3)该系统结构简单，易于操作，制作成本低，稳定性强。

(4)转换开关的设计避免了探测过程由于外界水源压力过高对钻孔原有裂隙形成的破坏作用，即当外界水源过高时，转换开关可阻止水流继续流入钻孔内，并停止水流的流动。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明观测系统的总体结构示意图；

图2为本发明封堵系统中Ⅰ型封堵支撑管和封堵胶囊结构示意图；

图3为本发明封堵系统中Ⅱ型封堵支撑管和封堵胶囊结构示意图；

图4为本发明封堵系统中胶囊连接管结构示意图；

图5为本发明测漏系统中转换开关结构示意图；

图6为本发明测漏系统中转换开关漏水状态示意图；

图7为本发明测漏系统中转换开关保护状态示意图；

图中，1、岩层，2、钻孔，3、封堵胶囊，4、Ⅱ型封堵支撑管，5、连通管，6、漏水孔，7、转换开关，8、胶囊连接管，9、基体，10、滑动阀门，11、弹簧，12、导水孔一，13、导水孔二，14、导水孔三，15、导向锥，16、钻杆，17、钻机，18、高压软管，19、注水操作台，20、Ⅰ型封堵支撑管。

具体实施方式

本发明提出了一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备及探测方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，结合图1至图4所示，其包括封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统，封堵系统详见图2至图4所示，所述封堵系统包括Ⅰ型封堵支撑管20、Ⅱ型封堵支撑管4、封堵胶囊3和胶囊连接管8；其中封堵胶囊包括第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，Ⅰ型封堵支撑管20数量为一个，位于探测系统的底端，其上连接有封堵胶囊3和胶囊连接管8，在其管壁两侧分别开有两个漏水孔6，其内部为中空管道，Ⅱ型封堵支撑管4数量为一个，位于探测系统的前部，其上连接有封堵胶囊3和胶囊连接管8，其内部为密封中空管道；第一封堵胶囊和第二封堵胶囊分别固连在Ⅰ型封堵支撑管20或Ⅱ型封堵支撑管4，与其二者形成起胀空腔；

胶囊连接管8数量为一个，其左右两端分别连接Ⅰ型封堵支撑管20和Ⅱ型封堵支撑管4；

导向锥15数量为一个，位于探测系统的顶端，螺纹连接于Ⅱ型封堵支撑管4前端；

连通管5数量为一个，长度为一米，其两端分别通过螺纹与转换开关7和Ⅰ型封堵支撑管20；

作为本发明的主要改进点转换开关结构及其工作原理，结合图5至图7所示。

在连通管的末端连接转换开关7，该转换开关7，其包括圆柱形腔室，在所述圆柱形腔室内包括基体9、滑动阀门10和弹簧11，所述基体9上开有导水孔二13和导水孔三14，滑动阀门10为圆柱形，其上开有导水孔一12，所述滑动阀门10利用水源压力作用在转换开关7内部滑动，其上导水孔一12可分别与基体9上的导水孔二13和导水孔三14形成两个独立导水通道；

转换开关7的动作过程为：

所述转换开关7其内部装有滑动阀门10，初始状态在弹簧11的作用下，滑动阀门10位于左端，导水孔一12、导水孔二13、导水孔三14恰好被基体9封闭，当外部水源注入基体9但未达到固定水源压力，滑动阀门10向右移动，但导水孔仍被基体9壁封闭；当外部水压达到2.6MPa时，压力水推动滑动阀门10继续向右移动，此时恰好使导水孔一12和导水孔二13接通，形成导水通道，当水压大于3MPa时，滑动阀门10继续向右移动，此时恰好使导水孔一12连通导水孔三14，且滑动阀门10密封导水孔二13(此种设计防止水压过大对钻孔形成破坏，即水压过大时，导水孔一和导水孔三导通，且恰好封闭导水孔二，阻止过大的水压流向钻孔，此时水流停止流动)；

钻杆16为空心管状结构，通过螺纹连接Ⅰ型封堵支撑管20，用于接长探测设备，所述钻机17通过钻杆16推进测试探头到达钻孔的指定区域；

导向系统包括导向锥，导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；

推进供给系统与所述Ⅰ型封堵支撑管连通，用于向Ⅰ型封堵支撑管内注水，显示并记录各个参数。

一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测方法，具体包括以下步骤：

(1)打探测钻孔2：用钻机在煤岩巷道中向顶板或底板岩层1中先后施工规定角度钻孔2数个，孔2深30-70m不等；

(2)安装观测系统：清理钻孔2中的碎石，根据钻孔2长度，确定探测系统每次推进的段数，并在钻孔2中安装探测系统，通过钻杆16和高压软管18依次连接钻机17、注水操作台19等，并利用钻机17和钻杆16将探测系统推进至指定位置；

(3)起胀封堵胶囊3并测定漏水量参数：打开注水操作台19，将水压调至2.5MPa，向测试探头内注水，通过漏水孔6和胶囊连接管8使两个封堵胶囊3起胀，与钻孔2形成密封空间。待封堵胶囊2全部起胀完毕，将注水操作台水19压加大至2.6MPa，此时，导水孔一12与导水孔二13导通，向密封空间内注水，待示数稳定后，通过注水操作台19记录漏水量数值L₁；

(4)对封堵胶囊3进行泄压排水：完成漏水量测定后，关闭注水操作台19，使封堵胶囊3内部高压水通过胶囊连接管8和漏水孔6排出，完成泄压排水；

(5)推进观测：完成所有封堵胶囊3的泄压排水之后，利用钻机17和钻杆16将探测系统推进至下一指定位置，重复步骤(3)和步骤(4)。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

Claims (8)

1.一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其包括封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统，其特征在于：

所述封堵系统包括一个Ⅰ型封堵支撑管、一个Ⅱ型封堵支撑管、封堵胶囊及胶囊连接管，所述封堵胶囊包括第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，在所述Ⅰ型封堵支撑管上设置有漏水孔，所述第一封堵胶囊安设在所述Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，所述第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；所述第二封堵胶囊安装在Ⅱ型封堵支撑管上，在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管，所述Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道；

所述测漏系统包括连通管和转换开关，所述Ⅰ型封堵支撑管的末端连接所述连通管，所述连通管的末端连接所述转换开关，所述转换开关的另一端连接所述Ⅱ型封堵支撑管的一端，

所述转换开关，其包括圆柱形腔室，在所述圆柱形腔室内设置有基体、滑动阀门和弹簧，所述基体上开设有导水孔二和导水孔三，所述滑动阀门上开设有导水孔一，所述滑动阀门可在所述圆柱形腔室内部自由滑动，所述导水孔一可分别与所述导水孔二、导水孔三形成两个独立导水通道；

所述导向系统包括导向锥，所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；

所述推进供给系统与所述Ⅰ型封堵支撑管连通，用于向所述Ⅰ型封堵支撑管内注水，显示并记录各个参数；

所述Ⅰ型封堵支撑管与连通管之间通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其特征在于：所述推进供给系统包括注水操作台、钻机和钻杆，所述钻杆的一端与所述钻机连接，另一端连接在所述Ⅰ型封堵支撑管上。

3.根据权利要求1所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其特征在于：所述转换开关还设置有用于对所述弹簧进行限位的凹槽部。

4.根据权利要求1所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其特征在于：所述Ⅰ型封堵支撑管上的漏水孔设置有两个。

5.根据权利要求1所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其特征在于：所述连通管的长度为1m。

6.根据权利要求1所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测设备，其特征在于：所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管之间通过螺纹连接。

7.一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测方法，其特征在于，其所采用的探测系统包括：封堵系统、导向系统、测漏系统和推进供给系统；

所述封堵系统包括一个Ⅰ型封堵支撑管、一个Ⅱ型封堵支撑管、封堵胶囊及胶囊连接管，所述封堵胶囊包括第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，在所述Ⅰ型封堵支撑管上设置有漏水孔，所述第一封堵胶囊安设在所述Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，所述第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；所述第二封堵胶囊安装在Ⅱ型封堵支撑管上，在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管，所述Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道；所述测漏系统包括连通管和转换开关；

所述转换开关，其包括圆柱形腔室，在所述圆柱形腔室内设置有基体、滑动阀门和弹簧，所述基体上开设有导水孔二和导水孔三，所述滑动阀门上开设有导水孔一，所述滑动阀门可在所述圆柱形腔室内部自由滑动，所述导水孔一可分别与所述导水孔二、导水孔三形成两个独立导水通道；

所述导向系统包括导向锥；

所述推进供给系统包括注水操作台、钻机和钻杆；

所述探测方法依次包括以下步骤：

a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩体中先后施工规定角度钻孔若干个，孔深30-70m；

b安装探测系统，所述Ⅰ型封堵支撑管的末端与所述连通管的一端连接，所述连通管的另一端连接所述转换开关，所述转换开关的另一端连接所述Ⅱ型封堵支撑管的一端，所述导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；所述推进供给系统与所述Ⅰ型封堵支撑管连通，导向锥与Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；

c起胀封堵胶囊并测定漏水量参数：打开注水操作台，将水压调至2.5MPa，向封堵系统内注水，通过漏水孔和胶囊连接管使第一封堵胶囊、第二封堵胶囊分别起胀，与钻孔形成密封空间，待两个封堵胶囊全部起胀完毕，将注水操作台水压加大至2.6MPa，此时，导水孔一与导水孔二导通，向密封空间内注水，待读数稳定后，通过注水操作台记录漏水量数值L₁；

d对封堵胶囊进行泄压排水：完成漏水量测定后，关闭注水操作台，使封堵胶囊内部高压水通过胶囊连接管和漏水孔排出，完成泄压排水；

e推进观测：完成所有封堵胶囊的泄压排水之后，利用钻机和钻杆将探测系统推进至下一指定位置，重复步骤c和步骤d。

8.根据权利要求7所述的一种矿山岩体采动破坏范围一体式探测方法，其特征在于：所述转换开关的工作过程为：

初始状态在弹簧的作用下，滑动阀门位于左端，导水孔一、导水孔二、导水孔三恰好被基体封闭，当外部水源注入基体但未达到固定水源压力，滑动阀门向右移动，但导水孔仍被基体壁封闭；当外部水压达到2.6MPa时，压力水推动滑动阀门继续向右移动，此时恰好使导水孔一和导水孔二接通，形成导水通道，当水压大于3MPa时，滑动阀门继续向右移动，此时恰好使导水孔一连通导水孔三，且滑动阀门密封导水孔二。

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