CN106052629A - 一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，包括以下步骤：(a)钻孔，钻孔穿过煤层到达底板停止施工；(b)将含瓦斯煤体膨胀变形测量装置送入至钻孔底部；(c)用封孔木塞将煤层与顶板交界处钻孔段封闭，利用聚氨酯对封孔木塞上部空间进行填充，并记录数显应力表数值P0；(d)下部工作面推过后，记录数显应力表数值P1，根据胡克定律Δp/k＝Δx，其中Δp＝P1‑P0，计算求得弹簧变形量Δx即为含瓦斯煤体的膨胀变形量。本发明克服了钻孔不稳定及塌孔等不稳定因素，使得能准确测量含瓦斯煤体的膨胀变形，且其巧妙的利用胡克定律，借助弹簧应力变化间接反映含瓦斯煤体的膨胀变形，测量原理简便；同时测量装置整体结构简单、易操作，适合大规模推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤体膨胀变形测量方法，尤其涉及一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，属于煤矿防瓦斯突出安全治理技术领域。
背景技术
《煤矿安全规程》明确规定：“在煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层中受到保护的区域按无突出危险煤层进行采掘工作，未受到保护的区域，必须采取防止突出危险措施”。开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效的一种区域性防突措施，在煤层群开采条件的突出矿井得到了广泛应用。其本质为：保护层开采之后围岩卸压产生膨胀变形，产生瓦斯“增流效应”，透气性增强，为被保护层的卸压瓦斯抽采创造有利条件。可见，含瓦斯煤体膨胀变形量作为评价保护层开采卸压增透的重要指标，在保护层开采中起到重要作用。
目前，现场含瓦斯煤体膨胀变形探测主要采用深部基点法观测，其原理为：布置钻孔穿过被保护层的顶、底板，在顶底板中布置测点，通过观测顶、底板测点之间的相对位移进而确定被保护层的膨胀变形量。发明专利CN 104482914 A(201410844168.0)一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，它包括煤层顶板基点固定器、顶板基点测定线、连接管、煤层底板基点固定器、底板基点测定线，保护套管、套管连接头。煤层顶、底板布置基点固定器，二者通过连接管插接相连，管体四周翼翅呈张开状态，进而对保护层膨胀变形量进行测定；发明专利CN 104344785 A(201410637115.1)煤层细微变形量自动测试装置通过利用煤层发生变形后，不锈钢管和钢丝绳随之产生相对位移，从而带动刻度尺或数显表移动，对保护层开采后被保护层的变形量进行测量。
不难看出，上述专利均能够测得含瓦斯煤体的膨胀变形，但实际操作中，由于钻孔穿层较多，受采动影响较大，尤其是含瓦斯煤体顶、底板岩性相对偏软，钻孔不稳定、孔壁易剥落甚至塌孔，导致测试结果误差较大，甚至出现错误，严重威胁到矿井的开采安全。而基于超声波及电磁辐射的探测信号进行观测时，探测信号受干扰较多，更适于对卸压范围的区域探测，对于含瓦斯煤体变形膨胀探测难度大、准确度低，系统整体稳定性差、耗费人力物力极大且成本较高，不易于大规模推广。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，以实现对含瓦斯煤体膨胀变形的准确探测。
本发明一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，包括以下步骤：
(a)开设轴心线与水平面夹角大于80°、孔径133mm的钻孔，钻孔穿过煤层到达底板停止施工；
(b)将含瓦斯煤体膨胀变形测量装置送入至钻孔底部，所述含瓦斯煤体膨胀变形测量装置包括大套管、小套管、重锤、滑块、弹簧、传感器、固定端、导线和设置在钻孔外具有记忆存储功能的数显应力表；
所述大套管的直径小于钻孔的直径，所述小套管位于大套管内，且小套管的上端焊接在大套管的顶端中部；
所述小套管内从上至下依次安装有传感器、固定端、弹簧和滑块，所述重锤位于大套管内，所述滑块的下端向下伸出小套管后与重锤连接，所述滑块的上端与弹簧的下端连接，所述弹簧的上端通过固定端与传感器连接，所述弹簧的劲度系数为k；
所述导线连接传感器与数显应力表；
(c)用封孔木塞将煤层与顶板交界处钻孔段封闭，利用聚氨酯对封孔木塞上部空间进行填充，并记录数显应力表数值P0；
(d)下部工作面推过后，记录数显应力表数值P1，根据胡克定律Δp/k＝Δx，其中Δp＝P1-P0，计算求得弹簧变形量Δx即为含瓦斯煤体的膨胀变形量。
本发明的有益效果：
1、本发明含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其通过大套管和小套管的相互嵌套、封孔木塞的密封隔绝、以及聚氨酯填充钻孔上部空间，从而克服了钻孔不稳定及塌孔等不稳定因素，使得能准确测量含瓦斯煤体的膨胀变形。
2、本发明含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其巧妙的利用胡克定律，借助弹簧应力变化间接反映含瓦斯煤体的膨胀变形，测量原理简便。
3、本发明含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其采用的测量装置整体结构简单、易操作，适应性强、干扰因素少、成本低、适合大规模推广。
附图说明
图1为膨胀变形前测量装置的结构示意图；
图2为膨胀变形后测量装置的结构示意图；
图中：1-钻孔，2-煤层，3-底板，4-大套管，5-小套管，6-重锤，7-滑块，8-弹簧，9-传感器，10-固定端，11-导线，12-数显应力表，13-封孔木塞，14-顶板，15-聚氨酯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
本实施例含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，包括以下步骤：
(a)开设轴心线与水平面夹角大于80°、孔径133mm的钻孔1，钻孔穿过煤层2到达底板3停止施工；
(b)将含瓦斯煤体膨胀变形测量装置送入至钻孔底部，所述含瓦斯煤体膨胀变形测量装置包括大套管4、小套管5、重锤6、滑块7、弹簧8、传感器9、固定端10、导线11和设置在钻孔外具有记忆存储功能的数显应力表12；
所述大套管的直径小于钻孔的直径，所述小套管位于大套管内，且小套管的上端焊接在大套管的顶端中部；
所述小套管内从上至下依次安装有传感器、固定端、弹簧和滑块，所述重锤位于大套管内，所述滑块的下端向下伸出小套管后与重锤连接，所述滑块的上端与弹簧的下端连接，所述弹簧的上端通过固定端与传感器连接，所述弹簧的劲度系数为k；
所述导线连接传感器与数显应力表；
(c)用封孔木塞13将煤层与顶板14交界处钻孔段封闭，利用聚氨酯15对封孔木塞上部空间进行填充，并记录数显应力表数值P0；
(d)下部工作面推过后，记录数显应力表数值P1，根据胡克定律Δp/k＝Δx，其中Δp＝P1-P0，计算求得弹簧变形量Δx即为含瓦斯煤体的膨胀变形量。
本实施例含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其通过大套管和小套管的相互嵌套、封孔木塞的密封隔绝、以及聚氨酯填充钻孔上部空间，从而克服了钻孔不稳定及塌孔等不稳定因素，使得能准确测量含瓦斯煤体的膨胀变形。
并且本瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其巧妙的利用胡克定律，借助弹簧应力变化间接反映含瓦斯煤体的膨胀变形，测量原理简便。
而且本含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其采用的测量装置整体结构简单、易操作，适应性强、干扰因素少、成本低、适合大规模推广。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种含瓦斯煤体膨胀变形测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)开设轴心线与水平面夹角大于80°、孔径133mm的钻孔，钻孔穿过煤层到达底板停止施工；
(b)将含瓦斯煤体膨胀变形测量装置送入至钻孔底部，所述含瓦斯煤体膨胀变形测量装置包括大套管、小套管、重锤、滑块、弹簧、传感器、固定端、导线和设置在钻孔外具有记忆存储功能的数显应力表；
所述大套管的直径小于钻孔的直径，所述小套管位于大套管内，且小套管的上端焊接在大套管的顶端中部；
所述小套管内从上至下依次安装有传感器、固定端、弹簧和滑块，所述重锤位于大套管内，所述滑块的下端向下伸出小套管后与重锤连接，所述滑块的上端与弹簧的下端连接，所述弹簧的上端通过固定端与传感器连接，所述弹簧的劲度系数为k；
所述导线连接传感器与数显应力表；
(c)用封孔木塞将煤层与顶板交界处钻孔段封闭，利用聚氨酯对封孔木塞上部空间进行填充，并记录数显应力表数值P0；
(d)下部工作面推过后，记录数显应力表数值P1，根据胡克定律Δp/k＝Δx，其中Δp＝P1-P0，计算求得弹簧变p形k量Δx即为含瓦斯煤体的膨胀变形量。
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