CN103742143A - 采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，属于采矿工程技术领域。本发明采用滑动式测斜仪导轮探头和无轮探头在同一观测孔的测斜管中先后观测，利用导轮探头数据稳定快、数据精确度高和定向准确的特点，结合无导轮探头对测斜管变形适应性强的特点，探测过程中相互补充，保证了工程的完整性；数据进行对比分析，相互佐证，保证了数据的准确性。本发明较好的解决了滑动测斜仪观测采动影响深部孔时，出现的卡孔、废孔和越观测越浅的现象，能完整反映深厚松散层移动变形规律。

Description

采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法

技术领域

本发明涉及一种探测采动覆岩破坏水平变形的方法，属于采矿工程技术领域。

背景技术

现有的滑动式测斜仪用于观测土石坝、堤防、山体边坡、建筑物基坑等岩体内部倾斜和水平方向的移动与变形，观测深度一般为50m左右。滑动式测斜仪用到采矿工程领域时，不能完全满足要求。主要原因是：（1）采矿影响覆岩厚度大，观测深度一般超过100m；（2）地层移动变形大。当采煤厚度大时，覆岩移动变形剧烈，水平移动可达2m，水平变形可达20mm/m以上。（3）变形量和方向变化。随采煤工作面与观测孔位置不同，地层移动变形量及方向不断变化。因此随着采掘活动对地层的影响，易造成测管的变形和错断，致使测管的导槽错断，从而导致测斜仪探头无法下到测管的底部，即越观测越浅，无法进行全段钻孔的观测，导致观测内容缺失。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，较好的解决了滑动测斜仪观测采动影响深部孔时，出现的卡孔、废孔和越观测越浅的现象，能完整反映深厚松散层移动变形规律。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，包括以下步骤：

一、采用滑动式测斜仪，测试前，测斜管下至观测孔中，标记测斜管的代表东西南北方向的四个点，测斜管上均布有四个导槽，四个导槽分别对准东西南北四个方向；然后，准备导轮探头和无轮探头两种探头；

二、在工程初期，地层未受采动影响时，分别用无轮探头和导轮探头进行初始观测，在下面的步骤中，每次均按照先下无轮探头、再下导轮探头的顺序观测；具体方法是：由于无轮探头没有导轮，适应性好，应先将无轮探头下至测斜管的底部，同时可探测观测孔的通畅情况，然后往上抽出，无轮探头得到一组数据；然后下导轮探头至测斜管中，分别探测东西方向变形量和南北方向变形量，得到东西方向和南北方向两组数据；

三、受采动影响但导轮探头仍然可全孔观测时，两种探头的测试方法同上一步，利用导轮探头确定的水平移动的方向，对无轮探头探测的数据进行定向分析，观测数据以导轮探头为准；

四、当受采动影响测斜管发生变形，导轮探头无法下至测斜管底部时，两种探头的测试方法同上一步，先将无轮探头下至测斜管底部，无轮探头每提升1米进行读数；然后将导轮探头下到可以观测的深度位置，对浅部的测斜管进行探测，0.5m存储一次数据，直到测斜管的顶部管口处；

五、将第四步中导轮探头浅部测试数据与无轮探头数据进行拟合分析，通过拟合分析确定无轮探头数据的水平移动方向，对于导轮探头不能下到的深部，则通过两探头的浅部数据的拟合对比，从而确定无轮探头深部数据的方向性和准确可靠，深部观测资料以无轮探头观测为准。

所述的测斜管的周向上按顺时针方向每隔90度顺次标记A+、B+、A-、B-四个点，以A+ 至A-的连线为南北方向，以B+ 至B-的连线为东西方向，所述的四个导槽分别对准A+、B+、A-、B-四个点，所述的导轮探头测试时，首先沿A+、 A-连线的导槽下孔，导轮探头两侧的导轮插入A+、 A-连线的两个导槽中，这次读数被称为A+读数，然后把导轮探头从测斜管中取出，旋转180°重新放入测斜管中，方法同上，得到另A-读数，两次测得一组南北方向数据；然后，导轮探头旋转90°重新放入测斜管中，得到B +读数，然后把导轮探头从测斜管中取出，旋转180°重新放入测斜管中，方法同上，得到另B-读数，这两次测得一组东西方向数据。

本发明的有益效果是：本发明方法新增了无轮探头，采用滑动式测斜仪导轮探头和无轮探头在同一观测孔的测斜管中先后观测，利用导轮探头数据稳定快、数据精确度高和定向准确的特点，结合无导轮探头对测斜管变形适应性强的特点，探测过程中相互补充，保证了工程的完整性；数据进行对比分析，相互佐证，保证了数据的准确性。较好的解决了滑动测斜仪观测采动影响深部孔时，出现的卡孔、废孔和越观测越浅的现象，能完整反映深厚松散层移动变形规律。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明使用参考图；

图2是图1的俯视图；

图3是导轮探头结构示意图；

图4是无轮探头结构示意图；

图5是无导轮探头累计水平移动曲线图；

图6 是导轮探头与无导轮探头数据对比曲线图。

图中，1、观测孔，2、测斜管，2-1、导槽，3、导轮，4、导轮探头，4-1、探杆Ⅰ，5、电缆，6、无轮探头，6-1、探杆Ⅱ。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，一种采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，包括以下步骤：

一、采用滑动式测斜仪，测试前，测斜管2下至观测孔1中，标记测斜管2的代表东西南北方向的四个点，测斜管2上均布有四个导槽2-1，四个导槽2-1分别对准东西南北四个方向；然后，准备导轮探头4和无轮探头6两种探头。如图3、图4所示，导轮探头4包括探杆Ⅰ4-1，探杆Ⅰ4-1的两侧对称设置上下两组导轮3，无轮探头6有探杆Ⅱ6-1，探杆Ⅱ6-1长度为1米，探杆Ⅰ4-1和探杆Ⅱ6-1的尾端连接电缆5。

二、在工程初期，地层未受采动影响时，分别用无轮探头6和导轮探头4进行初始观测，在下面的步骤中，每次均按照先下无轮探头6、再下导轮探头4的顺序观测；具体方法是：由于无轮探头6没有导轮，适应性好，应先将无轮探头6下至测斜管2的底部，同时可探测观测孔1的通畅情况，然后往上抽出，无轮探头得到一组数据；然后下导轮探头4至测斜管2中，分别探测东西方向变形量和南北方向变形量，得到东西方向和南北方向两组数据。

三、受采动影响但导轮探头4仍然可全孔观测时，两种探头的测试方法同上一步，利用导轮探头4确定的水平移动的方向，对无轮探头6探测的数据进行定向分析，观测数据以导轮探头为准。

四、当受采动影响测斜管2发生变形，导轮探头4无法下至测斜管2底部时，两种探头的测试方法同上一步，先将无轮探头6下至测斜管2底部，无轮探头每提升1米进行读数；然后将导轮探头4下到可以观测的深度位置，对浅部的测斜管2进行探测，0.5m存储一次数据，直到测斜管2的顶部管口处。

五、将第四步中导轮探头4浅部测试数据与无轮探头6数据进行拟合分析，通过拟合分析确定无轮探头6数据的水平移动方向，对于导轮探头不能下到的深部，则通过两探头的浅部数据的拟合对比，从而确定无轮探头6深部数据的方向性和准确可靠，深部观测资料以无轮探头6观测为准。

导轮探头的一种测试实施例为：如图2所示，所述的测斜管2的周向上按顺时针方向每隔90度顺次标记A+、B+、A-、B-四个点，以A+ 至A-的连线为南北方向，以B+ 至B-的连线为东西方向，所述的四个导槽2-1分别对准A+、B+、A-、B-四个点，所述的导轮探头4测试时，首先沿A+、 A-连线的导槽下孔，导轮探头4两侧的导轮3插入A+、 A-连线的两个导槽中，这次读数被称为A+读数，即正测读数，然后把导轮探头从测斜管2中取出，旋转180°重新放入测斜管2中，方法同上，得到另A-读数，即反测读数，两次测得一组南北方向数据；然后，导轮探头4旋转90°重新放入测斜管2中，得到B +读数，即正测读数，然后把导轮探头从测斜管2中取出，旋转180°重新放入测斜管2中，方法同上，得到另B-读数，即反测读数，这两次测得一组东西方向数据。

以下举例分析无轮探头数据可靠性：

无轮探头6观测数据是否可用，取决于无轮探头6数据是否具有稳定性。根据无轮探头实测结果，整理地层累计水平移动量，见图5。

（1）观测结果表明地层水平移动的位置与采动对地层影响规律相符。其中8月15日观测到松散层浅部（埋深小于120m）出现多处水平移动现象，但是变化范围不是太大，在±5mm范围；松散层深部（埋深大于120m）水平移动观测曲线出现集中变化，在161m左右出现最大变化值，约8mm，采动初期水平移动变化量不大。通过数据确定地层变化位置与理论分析基本吻合。

（2）通过两次观测结果对比，各个特征点位置和变化趋势基本吻合。9月17日数据与8月15日数据在地层变化特征点位置、地层移动方向和最大变化值位置基本吻合；9月17日数据在8月15日数据基础上地层水平移动略有增加，最大变形值为13mm，地层水平变化量在采动影响下稳步增长。

（3）除埋深90～100m出现水平移动段各曲线形态有些差异外，水平移动曲线一致性好，表明地层水平移动稳定，无轮探头观测数据反映了地层变化规律，自身数据稳定可靠。

将导轮探头与无轮探头数据拟合对比分析，如图6。浅部数据通过拟合处理，保证水平移动曲线变化趋势基本吻合，曲线一致性好，同时也保证了深部数据的可靠准确。

（1）地层变形位置和变形趋势基本吻合，变形范围无轮探头大于导轮探头，精确度低于导轮探头。9月5日无轮探头与导轮探头数据拟合对比，浅部地层的变形方向基本吻合，无轮探头数据的精确度低于导轮探头，但在±2mm之内，在采矿工程领域一般研究地层的宏观变形，2mm误差满足工程观测要求。

（2）深部数据准确可靠，能较好的反映地层的移动变化规律。通过分析拟合后深部数据可知，地层出现多处集中变形，变形量增加，浅部（小于100m）地层水平变形量在±4mm范围内，深部（大于100m）变形量在±4mm—±5mm左右。侧面说明了地层深部受采动影响较大，随着采动影响程度的增加，地层变形造成测斜管变形，导轮探头无法探测，测管出现卡孔现象的深部与探测数据相符。

综上采动覆岩破坏水平变形，双探头探测方法可以准确地进行深厚松散层全段的水平移动观测，顺利观测全孔（深度174m），数据准确可靠。解决了常规测斜仪观测深部时出现卡孔、废孔的现象。该方法观测方便，数据准确性高，操作容易，实用性强，对测管变形要求低，自制无轮探头易维护。结合钻孔资料和相关地质数据较好的反映松散层的沉降移动变形特征与规律，并且研究结果可进一步指导采矿工程中覆岩破坏规律的研究。

Claims (2)

1.一种采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、采用滑动式测斜仪，测试前，测斜管（2）下至观测孔（1）中，标记测斜管（2）的代表东西南北方向的四个点，测斜管（2）上均布有四个导槽（2-1），四个导槽（2-1）分别对准东西南北四个方向；然后，准备导轮探头（4）和无轮探头（6）两种探头；

二、在工程初期，地层未受采动影响时，分别用无轮探头（6）和导轮探头（4）进行初始观测，在下面的步骤中，每次均按照先下无轮探头（6）、再下导轮探头（4）的顺序观测；具体方法是：由于无轮探头（6）没有导轮，适应性好，应先将无轮探头（6）下至测斜管（2）的底部，同时可探测观测孔（1）的通畅情况，然后往上抽出，无轮探头得到一组数据；然后下导轮探头（4）至测斜管（2）中，分别探测东西方向变形量和南北方向变形量，得到东西方向和南北方向两组数据；

三、受采动影响但导轮探头（4）仍然可全孔观测时，两种探头的测试方法同上一步，利用导轮探头（4）确定的水平移动的方向，对无轮探头（6）探测的数据进行定向分析，观测数据以导轮探头为准；

四、当受采动影响测斜管（2）发生变形，导轮探头（4）无法下至测斜管（2）底部时，两种探头的测试方法同上一步，先将无轮探头（6）下至测斜管（2）底部，无轮探头每提升1米进行读数；然后将导轮探头（4）下到可以观测的深度位置，对浅部的测斜管（2）进行探测，0.5m存储一次数据，直到测斜管（2）的顶部管口处；

五、将第四步中导轮探头（4）浅部测试数据与无轮探头（6）数据进行拟合分析，通过拟合分析确定无轮探头（6）数据的水平移动方向，对于导轮探头不能下到的深部，则通过两探头的浅部数据的拟合对比，从而确定无轮探头（6）深部数据的方向性和准确可靠，深部观测资料以无轮探头（6）观测为准。

2.根据权利要求1所述的采动覆岩破坏水平变形的双探头探测方法，其特征在于：所述的测斜管（2）的周向上按顺时针方向每隔90度顺次标记A+、B+、A-、B-四个点，以A+ 至A-的连线为南北方向，以B+ 至B-的连线为东西方向，所述的四个导槽（2-1）分别对准A+、B+、A-、B-四个点，所述的导轮探头（4）测试时，首先沿A+、 A-连线的导槽下孔，导轮探头（4）两侧的导轮（3）插入A+、 A-连线的两个导槽中，这次读数被称为A+读数，然后把导轮探头从测斜管（2）中取出，旋转180°重新放入测斜管（2）中，方法同上，得到另A-读数，两次测得一组南北方向数据；然后，导轮探头（4）旋转90°重新放入测斜管（2）中，得到B +读数，然后把导轮探头从测斜管（2）中取出，旋转180°重新放入测斜管（2）中，方法同上，得到另B-读数，这两次测得一组东西方向数据。

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