CN101892841A - 煤层采空区裂隙带注水观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层采空区裂隙带注水观测系统，包括探管、充气控制系统和注水控制系统；探管包括两个充气胶囊、通过连接块安装在两个充气胶囊之间的注水管、输气管道和输水管道，注水管上开有多个注水孔，输气管道和输水管道分别布设在充气胶囊和注水管内部，输水管道上位于注水管的部分开有进水孔，输气管道上位于充气胶囊的部分开有充气孔；充气控制系统包括高压气源和与高压气源连接的主输气管道，主输气管道与输气管道连接；注水控制系统包括高压水源和与高压水源连接的主输水管道，主输水管道与输水管道连接。本发明提高了井下仰孔分段注水观测方法的效率，可准确测出钻孔各段水的漏失流量，其结构简单、使用方便。

Description

煤层采空区裂隙带注水观测系统

技术领域

本发明涉及一种观测系统，特别涉及一种煤层采空区裂隙带注水观测系统，用于观测煤层采空区的裂隙带的发育高度和裂隙发育程度。

背景技术

传统的煤层采空区裂隙带的观测方法是地面钻孔简易水文观测法，需要在地面上位于采空区回风巷或机巷两侧一定的范围内，以采空区一侧为主施工数个钻孔，通过钻进过程中冲洗液消耗量的变化，确定采空区裂隙带和冒落带的高度和分布形态，但是，一旦煤层埋深较深，不但钻探工作量较大，施工成本高、地面施工钻孔对生态环境影响大等而且观测的精度也难以控制。为了提高观测的高度、节约工程量、降低施工成本，采用井下仰孔分段注水观测的方法对煤层采空区裂隙带和冒落带进行观测，该方法的具体做法是在煤矿井下采煤工作面周围选择合适的观测场所，例如可在相邻工作面的区段平巷或所测工作面的停采线或开切眼以外的巷道中开掘钻场，向采空区上方打仰斜钻孔，钻孔避开冒落带且斜穿裂隙带，达到预计的裂隙带顶界以上的一定高度。然后通过向钻孔中注水，测定钻孔各段水的漏失流量，以各段水的漏失流量来了解岩石的破裂松动情况，从而确定裂隙带的上界高度。但是，目前用于向钻孔内注水的设备效率低下，且不能准确测定钻孔各段的水的漏失流量，使得这种井下仰孔分段注水观测方法不能全面展现其优越性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤层采空区裂隙带注水观测系统。本发明提高了井下仰孔分段注水观测方法的效率，并能准确测定钻孔各段的水的漏失流量，且其结构简单、使用方便、生产成本低，便于推广使用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：包括探管、充气控制系统和注水控制系统；

所述探管包括两个充气胶囊、通过连接块安装在所述两个充气胶囊之间的注水管、输气管道和输水管道，所述注水管上开有多个注水孔，所述输气管道和输水管道分别布设在充气胶囊和注水管内部，所述输水管道上位于注水管的部分开有进水孔，所述输气管道上位于充气胶囊的部分开有充气孔；

所述充气控制系统包括高压气源和与高压气源连接的主输气管道，所述主输气管道上安装有进气阀，所述进气阀的一侧安装有气体调压阀，所述气体调压阀上连接有压力表一，所述进气阀的另一侧安装有放气阀，所述放气阀上连接有压力表二，所述主输气管道与输气管道连接；

所述注水控制系统包括高压水源和与高压水源连接的主输水管道，所述主输水管道上安装有进水阀，所述进水阀的一侧安装有水压调节阀，所述水压调节阀上连接有压力表三，所述进水阀的另一侧安装有流量表，所述流量表远离进水阀的一侧连接有放水阀，所述主输水管道与输水管道连接。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述主输气管道安装在位于巷道内的机架一上，所述主输水管道安装在位于巷道内的机架二上。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述输气管道与充气胶囊和注水管的连接处分均安装有密封圈一，所述输水管道与充气胶囊和注水管的连接处均安装有密封圈二。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述注水孔为锥形且注水孔的大口位于注水管的内侧壁。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述注水管上的注水孔的数量沿输水管道内水的流经方向依次增多。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述注水孔的侧壁上活动连接有单向导流叶片。

上述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，所述充气胶囊的外表面为不规则凸起。

本发明与现有技术相比具有以下优点：采用本发明煤层采空区裂隙带注水观测系统提高了井下仰孔分段注水观测方法的工作效率，缩短了观测的时间，且能准确测出目标测段的裂隙带和冒落带的水的漏水流量，从而可以准确判断目标测段的裂隙带和冒落带的发育程度，为煤层的安全开采提供准确的技术参数，且本发明使用方便，操作简单，有很大的实用价值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的探管的整体结构示意图。

图3为本发明的注水管的结构示意图。

图4为本发明的输水管道和输气管道与注水管和充气胶囊的连接示意图。

图5为本发明的注水孔的结构示意图。

图6为本发明的充气胶囊外表面的不规则凸起的示意图。

附图标记说明：

1-探管；        11-充气胶囊；  110-不规则凸起；

12-连接块；     121-密封圈一； 122-密封圈二；

13-注水管；     131-注水孔；   132-单向导流叶片；

2-充气控制系统；20-高压气源；  21-气体调压阀；

22-压力表一；   23-主输气管道；24-进气阀；

25-压力表二；   26-放气阀；    27-机架一；

3-注水控制系统；30-高压水源；  31-水压调节阀；

32-压力表三；33-主输水管道；34-进水阀；

35-流量表；  36-放水阀；    37-机架二；

4-钻孔；     5-输水管道；   51-进水孔；

6-输气管道； 61-充气孔；    7-巷道。

具体实施方式

如图1所示的一种煤层采空区裂隙带注水观测系统，包括探管1、充气控制系统2和注水控制系统3，所述探管1(如图2所示)，包括两个充气胶囊11、通过连接块12安装在所述两个充气胶囊11之间的注水管13、输气管道6和输水管道5，所述探管1安装在钻孔4中，且充气胶囊11充气后与钻孔4的壁紧密接触，实现对充气胶囊11之间的注水管13的两端的良好密封，使得从注水管13中流出的水不会沿钻孔4的方向流出，所述注水管13上开有多个注水孔131(如图3所示)，所述注水孔131的水从注水管13流出并流入到目标测段的裂隙带和冒落带，用于测量裂隙带和冒落带内水的漏失流量，所述输气管道6和输水管道5分别布设在充气胶囊11和注水管13内部，所述输水管道5上位于注水管13的部分开有进水孔51，所述输气管道6上位于充气胶囊11的部分开有充气孔61，输气管道6通过充气孔61向充气胶囊11充气，使充气胶囊11膨胀，从而实现充气胶囊11对注水管13两端的良好密封，所述输水管道5通过进水孔51向注水管13注入水；该探管1在使用时，能够使输气管道6快速通过充气孔61进入充气胶囊11，充气胶囊11在气体的作用下迅速膨胀，所述输水管道5能快速的对注水管13进行充水，注水管13能快速通过注水孔131向目标测段的裂隙带和冒落带进行注水，且输水效率非常高。

所述充气控制系统2包括高压气源20和与高压气源20连接的主输气管道23，所述主输气管道23上安装有进气阀24，进气阀24可以对进气量灵活控制，所述进气阀24的一侧安装有气体调压阀21，所述气体调压阀21上连接有压力表一22，气体调压阀21可以灵活调节气体的压力，压力表一22用于显示压力值以方便气体调压阀21对气体压力的调节，所述进气阀24的另一侧安装有放气阀26，所述放气阀26上连接有压力表二25，放气阀26用于对输气管道6输入的气体量的控制，所述主输气管道23与输气管道6连接；

所述注水控制系统3包括高压水源30和与高压水源30连接的主输水管道33，所述主输水管道33上安装有进水阀34，进水阀34可以对进水量灵活控制，所述进水阀34的一侧安装有水压调节阀31，所述水压调节阀31上连接有压力表三32，水压调节阀31可以灵活调节气体的压力，压力表三32用于显示压力值以方便水压调节阀31对水压的调节，所述进水阀34的另一侧安装有流量表35，所述流量表35可直观的显示输入到输水管道5内的水的流量，也即是注水管13渗入到裂隙带和冒落带的水的漏失流量，所述流量表35远离进水阀34的一侧连接有放水阀36，放水阀36用于向输水管道5输入的水量的控制，所述主输水管道33与输水管道5连接。使用时，充气控制系统2先通过主输气管道23和输气管道6向充气胶囊11充气，充气胶囊11膨胀后与钻孔4的内壁紧密接触，充气胶囊11对即将要输入水的注水管13密封，然后关闭充气控制系统2上的进气阀24和放气阀26，终止对已经充满气体的充气胶囊11供气，接下来，开启注水控制系统3，通过主输水管道33和输水管道5向注水管13内注水，水从注水管13上的注水孔131流向目标测段的裂隙带和冒落带，通过流量表35观测流向注水管13的水量，这个水量即是流入到目标测段的裂隙带和冒落带的漏失流量，通过漏失流量的大小来判断目标测段的裂隙带和冒落带的发育程度。该观测系统的结构简单，操作方便，能够快速、准确的测出水在目标测段的裂隙带和冒落带中的漏失流量，极大的方便了人们对裂隙带和冒落带发育程度的观测，从而进一步指导对煤层的安全开采。

所述主输气管道23安装在位于巷道7内的机架一27上，所述主输水管道33安装在位于巷道7内的机架二37上。机架一27和机架二37的设置使得充气控制系统2和注水控制系统3能够稳固。

如图4所示，所述输气管道6与充气胶囊11和注水管13的连接处均安装有密封圈一121，所述输水管道5与充气胶囊11和注水管13的连接处均安装有密封圈二122。密封圈一121的设置可使输气管道6与充气胶囊11和注水管13的连接处能够良好的密封，密封圈二122的设置可使得输水管道5与充气胶囊11和注水管13的连接处能够良好的密封。

所述注水孔131为锥形且注水孔131的大口位于注水管13的内侧壁。注水孔131采用这种锥形设计(如图5所示)，使得注水孔131的流速增大，使注水管131内的水能快速的流入到裂隙带和冒落带内，大大缩短了测试时间，提高了观测的效率。

所述注水管13上的注水孔131的数量沿输水管道5内水的流经方向依次增多。由于是采用井下仰孔分段注水观测的方法，钻孔4是沿某一仰角向上延伸的，当注水管13向裂隙带和冒落带注水时，位于注水管13上端的的注水孔131较多，从注水管13上端向其下端，所述注水孔131的数量依次减少，采用这种方式设置主要是基于当注水管13上端的注水孔131向裂隙带和冒落带注水时，一部分水量会在重力的作用下向下流动，从而使得注水管13下端的注水量有所减少，这样可以使得出的漏水流量更加准确的反映出目标侧段的裂隙带和冒落带的发育程度。

所述注水孔131的侧壁上活动连接有单向导流叶片132。如图5所示，所述单向导流叶片132可以实现从注水管13向目标测段的裂隙带和冒落带的单向注水。因为裂隙带和冒落带的注水达到饱和时，停止向注水管13内注水，将要撤出钻孔4中目标侧段的探管1时，注水管13内的一部分水会从输水管道5回流，从而造成注水管13内的水压减小，而含水量饱和裂隙带和冒落带内的一部分水会从注水孔131倒流入注水孔131，但是，从裂隙带和冒落带流入的水中含有大量的矿物质和其它杂质，将会造成对注水管13的堵塞和腐蚀，采用单向导流叶片132且这种单向导流叶片132与注水孔131的侧壁是活动连接，当水从注水管13经注水孔131流向目标测段裂隙带和冒落带的时候，单向导流叶片132在水的冲力下打开；当裂隙带和冒落带内的一部分饱和水流入注水孔131时，单向导流叶片132在水的冲力下关闭，从而阻止裂隙带和冒落带内的一部分饱和水进入注水管13，避免了裂隙带和冒落带中含有大量矿物质和其它杂质的一部分饱和水对注水管13的堵塞和腐蚀。

所述充气胶囊11的外表面为不规则凸起110。如图6所示，由于钻孔4的内壁凹凸不平，将充气胶囊11的外表面设置为不规则凸起110，能使充气胶囊11和钻孔4达到良好的密封。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：包括探管(1)、充气控制系统(2)和注水控制系统(3)；

所述探管(1)包括两个充气胶囊(11)、通过连接块(12)安装在所述两个充气胶囊(11)之间的注水管(13)、输气管道(6)和输水管道(5)，所述注水管(13)上开有多个注水孔(131)，所述输气管道(6)和输水管道(5)分别布设在充气胶囊(11)和注水管(13)内部，所述输水管道(5)上位于注水管(13)的部分开有进水孔(51)，所述输气管道(6)上位于充气胶囊(11)的部分开有充气孔(61)；

所述充气控制系统(2)包括高压气源(20)和与高压气源(20)连接的主输气管道(23)，所述主输气管道(23)上安装有进气阀(24)，所述进气阀(24)的一侧安装有气体调压阀(21)，所述气体调压阀(21)上连接有压力表一(22)，所述进气阀(24)的另一侧安装有放气阀(26)，所述放气阀(26)上连接有压力表二(25)，所述主输气管道(23)与输气管道(5)连接；

所述注水控制系统(3)包括高压水源(30)和与高压水源(30)连接的主输水管道(33)，所述主输水管道(33)上安装有进水阀(34)，所述进水阀(34)的一侧安装有水压调节阀(31)，所述水压调节阀(31)上连接有压力表三(32)，所述进水阀(34)的另一侧安装有流量表(35)，所述流量表(35)远离进水阀(34)的一侧连接有放水阀(36)，所述主输水管道(33)与输水管道(5)连接。

2.根据权利要求1所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述主输气管道(23)安装在位于巷道(7)内的机架一(27)上，所述主输水管道(33)安装在位于巷道(7)内的机架二(37)上。

3.根据权利要求2所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述输气管道(6)与充气胶囊(11)和注水管(13)的连接处分均安装有密封圈一(121)，所述输水管道(5)与充气胶囊(11)和注水管(13)的连接处均安装有密封圈二(122)。

4.根据权利要求3所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述注水孔(131)为锥形且注水孔(131)的大口位于注水管(13)的内侧壁。

5.根据权利要求4所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述注水管(13)上的注水孔(131)的数量沿输水管道(5)内水的流经方向依次增多。

6.根据权利要求5所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述注水孔(131)的侧壁上活动连接有单向导流叶片(132)。

7.根据权利要求6所述的煤层采空区裂隙带注水观测系统，其特征在于：所述充气胶囊(11)的外表面为不规则凸起(110)。

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