CN106321001B - 一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构及其施工方法，采用对接密封组件和封底密封组件将透明中空管逐段对接送入钻孔内；对钻孔与透明中空管间的缝隙进行注浆锚固后，利用探测定位组件记录测量尺上不同刻度位置钻孔围岩裂隙。本发明直接读取钻孔内岩层发育状况，具有整体结构设计合理、易于施工、安全稳定、钻孔失效率低、图像清晰、能够满足多次重复观测等优点，透过透明中空管直接读出钻孔注浆体上的裂隙位置和形态直接反映的就是底板围岩裂隙在钻孔内的位置，相比较传统间接获取的距离位置数据，误差大大减小，利用同一位置的钻孔观测不同阶段的裂隙发育的进展情况，数据真实可靠，可以快速精确得出岩层变化的位置和发育状况。

Description

一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构及其施工方法，属于矿山支护领域。

背景技术

我国煤炭资源分布具有很强的区域性，目前约90％的煤炭资源产自华北煤田，严峻的矿山水害形式一直严重影响着我国煤矿安全生产，制约了国民经济稳步健康发展，煤田开发对国家经济发展具有重要意义。同时我国许多煤田水文地质条件十分复杂，煤层开采过程中受到多种水体的威胁,仅北方主要矿区受岩溶水威胁的煤炭储量就约有150多亿吨，占探明储量的27％，而在所有水害事故的突水形式中，特别突出的煤层底板水害就占到了88.1％，严重威胁着煤矿生产安全。因此，深入开展带压开采采煤工作面底板破坏突水成灾机理及预警系统研究、有效遏制矿井突水事故的发生、保障煤矿安全生产，是目前我国煤炭工业迫切需要解决的问题，对进一步提高大水矿区生产效果和资源回收率具有重要意义，也为以后同类型的煤层安全高效开采提供科学可靠的参考依据。

经过多年的底板采动现场实践观测，普遍认为开采煤层底板也像上覆岩层一样从煤层底面到含水层顶面可分为“下三带”，即底板导水破坏带、完整岩层带、承压水导升带。“下三带”理论比较符合煤层底板破坏、突水规律，在生产实践中得到了较为广泛的应用，由此可见，底板导水破坏带的现场实地观测具有重要意义。为了查明底板变形破坏规律，现今采用的研究方法可采用理论研究、数值模拟研究及实验研究等，虽然这些方法在认识底板岩层移动变形规律方面起到了很重要的作用，但在工程实践中，利用实测数据信息来推断底板岩层移动变形破坏规律无疑是最直接、最可靠的方法。

目前现场实地观测的方法有：钻孔声波测试法、底板钻孔位移计法、钻孔窥视测试法、钻孔应力计、钻孔放注水法等。其中①钻孔声波测试法，是观测采动前后岩体的采动裂隙发育规律及采动裂隙深度；②底板钻孔位移计法，是在钻孔中设置位移观测基点以观测采动前后底板的位移变化规律；③钻孔窥视测试法，用于观测工作面回采期间的底板岩体裂隙宏观改变；④钻孔应力计，是通过采集底板岩层力学性质变化，获得底板岩层应力应变数据，分析底板破坏情况；⑤用钻孔放注水法，在采前向煤层底板打一定深度的斜孔，每天观测单位时间向外的流水量，不向外流水时，每天观测单位时间向里的注水量，通过采动过程中不同深度钻孔单位时间放注水量的变化和水文地质条件的综合分析，就可以知道采动影响引起的煤层底板破坏深度。以上几种方法中，唯有钻孔窥视测试法属于直接观测围岩演变规律的方法，具有更高的可信度和真实性，但在钻孔窥视测试法的实际操作和监测过程中时常存在诸如以下难题：

(1)我国煤矿开采煤层时，采用沿空留巷可将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用，沿空留巷可以最大限度回收资源，避免煤体损失，沿空留巷分成预留区段煤柱沿空留巷和无煤柱沿空留巷。这两种情况下的沿空留巷都将造成浅部底板钻孔发生塌孔，即便是下入一定深度的护壁套管，仍存在监测段(无护壁套管)发生垮塌孔现象，而一旦发生塌孔，很难再次修补，唯一的办法就是重新补打钻孔，不仅费时费力，更有可能错过最佳观测时间；

(2)煤层底板岩层一般分为硬岩层、软岩层、软硬相间岩层，如果施工底板钻孔期间遇到软岩层或软硬相间岩层，特别是在底板钻孔监测段，由于软岩具有遇水软化作用，如不及时观测数据，可能会在短时间内钻孔软岩段自动闭合或垮塌，而对于岩层裂隙的观测需要每间隔一段时间进行一次，如果下一次观测前钻孔失效就不得不补打钻孔，甚至每次观测前都需要补打钻孔，大大增加了监测成本；同时钻孔的频繁更换造成后果是不仅无法有效采集可用数据，同一位置不同时间裂隙宏观改变也没有了参考对比，检测结果得出规律的可靠性很低。

(3)即便在煤层开采前可以顺利观测初始钻孔窥视数据，但随着采煤工作面不断推进，底板由于受到煤柱支承压力作用而发生力学上的改变造成底板岩层破碎，致使常规的裸孔使用钻孔窥视仪造成卡住、卡死摄像头等情况，甚至会破坏摄像观测设备，带来一定的经济损失。

(4)在观测期间，时常遇到钻孔内存在大量的泥水、污水、油水混合物和水中的悬浮物和气泡，即便配合钻孔注水不断冲刷钻孔，往往仍无法采集有效的数据，大大影响观测的清晰度和真实性，且得出数据后需要经过大量的计算和评估才能得出一个大概的结论，且无法保证结论是否可靠，即无法快速精确得出岩层变化的位置和发育状况，对后续的正常施工带来很大的安全隐患。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种安装方便、可以提高钻孔失效率、减少经济损失；能够保障钻孔窥视设备安全使用、保证探测过程正常进行；能够快速直观精确得出岩层裂隙变化情况和发育状况、帮助分析得出裂隙成因，始终保持钻孔处于无水观测的最佳效果；且可以满足多次重复使用、保证数据可靠的用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构，包括底板钻孔，所述底板钻孔中设有密封观测筒，所述密封观测筒内设有探测定位组件；

所述密封观测筒包括多根相互连接的透明中空管，相邻透明中空管由对接密封组件连接在一起，所述对接密封组件包括对接套筒和设在对接套筒两端的“U”形卡簧，所述对接套筒两端分别套在相邻的透明中空管端部，两个“U”形卡簧分别垂直于对接套筒从对接套筒筒壁上的对穿孔和透明中空管的通槽穿过，将对接套筒和相邻的透明中空管连在一起；

所述密封观测筒筒底设有封底密封组件，所述封底密封组件包括封底套筒，封底套筒通过螺纹连接固定在密封观测筒的筒底一端，且封底套筒底部设有封底面，所述封底套筒的封底面与密封观测筒筒底之间及相邻透明中空管的对接处均设有防水“O”型垫片；所述对接套筒和封底套筒外壁上均设有防跑偏部件，所述防跑偏部件包括沿套筒周向分布设在套筒外壁上的三个防跑偏定位销，所述三个防跑偏定位销分别沿套筒径向旋入定位销螺纹孔并紧固在套筒筒壁上，且防跑偏定位销外端与底板钻孔的孔壁相距2～5mm；

所述密封观测筒与底板钻孔之间有大流动性无收缩灌浆材料凝固形成的钻孔注浆体，密封观测筒内侧筒壁上设有测量部件，所述测量部件包括多段刻度相连的测量尺，所述每段测量尺的长度与透明中空管的长度一致，一面标有刻度，另一面通过锚固胶固定粘结在透明中空管内壁上；

所述探测定位组件包括本质安全型钻孔窥视仪，本质安全型钻孔窥视仪通过电缆线连接钻孔窥视器，所述本质安全型钻孔窥视仪外设有定位套筒，环绕定位套筒的三根螺钉分别从定位套筒外壁沿定位套筒径向旋入，将定位套筒固定在本质安全型钻孔窥视仪上，所述定位套筒筒壁上分布设有多根弹簧，所述弹簧沿定位套筒径向延伸，且一端焊接在定位套筒上，另一端固定有防刮球。

优选的，所述“U”形卡簧的材质为弹簧钢，且“U”形卡簧的两个固定支腿端部向外张开。送入钻孔后，“U”形卡簧可以卡紧钻孔壁，不会发生脱落。

优选的，对接套筒筒壁上的对穿孔和透明中空管的通槽位置对应，且对穿孔孔径与“U”形卡簧的固定支腿直径相同。从而“U”形卡簧的固定支腿可以与对穿孔紧配合，保证了对接套筒可以将透明中空管稳固地连接起来。

优选的，对接套筒和透明中空管的材质为树脂纤维或亚克力有机玻璃等有机透明材料，一方面保证了材料的强度，在受力时不会发生破碎；另一方面，可以保证透明度，方便观测裂隙发育情况。

优选的，防跑偏定位销材质为不锈钢，且外端为半球形。不锈钢材质可以防止锈蚀，保证使用安全，同时半球形的端面可以防止底板钻孔产生裂隙发生剧烈形变时防跑偏定位销的外端与底板钻孔的孔壁发生严重的碰撞磨损，延长装置的使用寿命。

优选的，所述防水“O”型垫片的内、外径与透明中空管的内、外径一致。可以保证密封效果，防止液体进入。

优选的，所述底板钻孔的孔径与对接套筒的外径之差不小于20mm。

优选的，所述大流动性无收缩灌浆材料包括早强高强型硅酸盐水泥、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂，其重量比为40-55％、4-13％、35-50％、0.3-1.6％、2-8％、0.01-0.6％、0.01-0.2％、0.1-0.8％、0.5-1.5％，水灰比为0.12～0.20；

所述的早强高强型硅酸盐水泥为42.5R硅酸盐水泥或52.5R硅酸盐水泥或重量比8:1的硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的混合物；

所述的增强剂为超细粉煤灰或高钙粉煤灰，规格为200～300目；

所述的骨料为石英砂，粒径分布为0～1.25mm；

所述的高效减水剂为聚羧酸聚合物高效减水剂；

所述的膨胀剂为UEA高效低碱混凝土膨胀剂或WZ-MPC聚合物纤维膨胀剂；

所述的降失水剂为羟乙基纤维素；

所述的防收缩剂为聚丙烯类纤维；

所述的消泡剂为胺基聚醚类消泡剂或有机硅类消泡剂；

所述的缓凝剂为洒石酸、柠檬酸、硼酸、磷酸盐中的一种。

优选的，所述测量尺的量程为1m或2m。在观测时直接读出围岩裂隙在底板钻孔内的位置，相比较传统间接获取的距离数据，误差很小。

优选的，所述定位套筒材质为不锈钢或铝材。不锈钢或铝材不易锈蚀，使定位套筒在定位的同时可以起到有效的保护作用。

本发明还提供了一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1、在煤层底板上施工钻出底板钻孔，完成后，将与透明中空管长度相同、刻度相连的多段测量尺分别采用锚固胶粘结于透明中空管内壁，并按各段测量尺的刻度范围从小到大分别在透明中空管上标注“1”、“2”、“3”……；

步骤2、把一个防水“O”型垫片放置于封底套筒底部，并将封底套筒旋在标识“1”的透明中空管的量程初始端，在环绕封底套筒分布设置在封底套筒筒壁上的三个定位销螺纹孔处拧紧防跑偏定位销；然后在标注“1”的透明中空管的另一端部放置防水“O”型垫片，并取一节对接套筒套入标注“1”的透明中空管的另一端，将对穿孔和透明中空管的通槽的位置对正，插入一根“U”形卡簧，从而将对接套筒固定在标注“1”的透明中空管上；将标识“2”的透明中空管量程初始一端对接于对接套筒外露口，并在对应位置插入另一根“U”形卡簧，将标注“2”的透明中空管与对接套筒固定在一起；在环绕对接套筒分布设置在对接套筒中部筒壁上的三个定位销螺纹孔处拧紧防跑偏定位销；将对接好的“1”和“2”透明中空管缓慢送入底板钻孔中，在“2”透明中空管外露底板钻孔孔口的另一端以此类推安装标注“3”、“4”……的透明中空管，直至“1”透明中空管落入底板钻孔孔底，同时最后一节透明中空管露出钻孔孔口0.5～1m的安全距离；

步骤3、根据底板围岩层的岩性配制大流动性无收缩灌浆材料，大流动性无收缩灌浆材料包括早强高强型硅酸盐水泥、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂，其重量比为40-55％、4-13％、35-50％、0.3-1.6％、2-8％、0.01-0.6％、0.01-0.2％、0.1-0.8％、0.5-1.5％，并按水灰比0.12～0.20加入拌合水充分拌合后，灌入底板钻孔与连接好的透明中空管的间隙中，形成钻孔注浆体；

步骤4、待钻孔注浆体达到3天抗压强度后进行底板采动裂隙观测，首先将本质安全型钻孔窥视仪通过电缆线与数据采集主机的钻孔窥视器连接就位；

步骤5、将本质安全型钻孔窥视仪穿过外壁设有防刮球的定位套筒，环绕定位套筒的三根螺钉分别从定位套筒外壁沿定位套筒径向旋入，将定位套筒固定在本质安全型钻孔窥视仪上，并调节螺钉使定位套筒的中轴线与本质安全型钻孔窥视仪的中轴线重合；然后在底板钻孔内连接好的透明中空管内缓慢下放套有定位套筒装置的本质安全型钻孔窥视仪，钻孔窥视器实时记录初次窥视视频内容，通过透明中空管内壁的测量尺上的刻度详细记录钻孔注浆体上围岩裂隙发育情况；

步骤6、观测完毕后，将本质安全型钻孔窥视仪缓慢向上拉出，钻孔套管锚固结构始终被固定在底板钻孔中。

本发明相对于现有技术，具有以下优点：

①本发明安装方便，结构设计合理，多根透明中空管通过对接密封组件和封底密封组件连接固定在一起组成密封观测筒，并通过灌注大流动性无收缩灌浆材料使结构定型，可以有效抵抗破坏力，能够保证底板钻孔安全稳定、避免钻孔垮塌孔事故发生、避免底板钻孔补孔情况、不仅省时省力，更可以及时采集有效数据；一次安装就位便可多次持续安全监测、节约了成本、提高了钻孔利用率；

②通过本发明的实施，可以有效应对硬岩层、软岩层、软硬相间岩层、过断层破碎带等复杂底板地质构造、极大地克服了软岩底板发生遇水软化缩孔、孔径闭合等难题，节省了多次补打钻孔费用，保障工作面开采前后及时有效地采集底板破坏特征观测数据，不需要频繁更换钻孔，利用同一位置的钻孔观测不同阶段的裂隙发育的进展情况，数据真实可靠。

③探测定位组件可以有效保护本质安全型钻孔窥视仪，保持探测时位置稳定，弹簧具有柔性弯曲调节功能，即使受力后也可以自动调节减少对本质安全型钻孔窥视仪的冲击，防刮球方便了本质安全型钻孔窥视仪上下移动，避免了在钻孔监测段被卡住、卡死的情况，大大降低了非可控因素带来的损伤、节省了仪器损耗和材料等费用；

④密封观测筒与底板钻孔之间密封灌注的大流动性无收缩灌浆材料流动性可达到260-380mm，且在水灰比不大的情况下，可得到较高的流动性，无需人工振捣或搅拌便可完成小孔径充填空间，实现自密实、自流平效果；材料一天的竖向膨胀率为0.03～0.65％，且可调节，对其钻孔小孔径充填区域不产生收缩情况，不会出现透明中空管与钻孔注浆体分离现象，确保粘结面无缝隙、不松动；早起强度高，1天抗压强度20～45MPa，28天强度可达到45～60MPa，套管安装后第二天即可实现施工监测；对酸性地下水具有较好的耐腐蚀性，对透明中空管无腐蚀，可长久监测。

本发明的大流动性无收缩灌浆材料被灌注成型后一方面可以防止底板水顺着钻孔导升而发生突水事故，保护探测定位组件和钻孔不会被泥水、污水、油水混合物和水中的悬浮物和气泡沾染而影响观测；另一方面大流动性无收缩灌浆材料成型后与周围围岩体同属于无机材料，其物理力学性质接近，能随着围岩体力学性质的变化而改变自身受力特征，与围岩体协调变形，通过本质安全型钻孔窥视仪结合测量尺透过透明中空管直接读出钻孔注浆体上的裂隙位置和形态直接反映的就是底板围岩裂隙在钻孔内的位置，相比较传统间接获取的距离位置数据，误差大大减小，结果直观可信，可以快速精确得出岩层变化的位置和发育状况；继而可以定量的给出底板采动围岩破坏形态和底板采动破坏深度，给底板有效隔水层的留设提供依据，对安全稳定开采承压上煤层意义重大；另外还可确定底板有效注浆深度和注浆范围，对其底板注浆改造情况作出准确研判分析，尽可能地避免煤层开采期间发生底板涌水、突水灾害。可用于煤层底板采动破坏监测、巷道顶底板围岩松动圈破坏规律监测、底板底鼓围岩变形监测等，具有较好的推广价值和实用性。

附图说明

图1是本发明的整体构造示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图2是本发明的结构剖面图(钻孔注浆体示出一部分)；

图3是本发明图2的A-A剖面示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图4是本发明图2的B-B剖面示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图5是本发明图2的C-C剖面示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图6是本发明图2的D-D剖面示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图7是本发明图2的E-E剖面示意图(钻孔注浆体示出一部分)；

图8是本发明图7的内部结构放大图；

图9是本发明内部探测定位组件结构放大图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图所示，一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔套管锚固结构，包括底板钻孔2，底板钻孔2周边是钻孔壁围岩体1，所述底板钻孔2中设有密封观测筒，所述密封观测筒内设有探测定位组件；

所述密封观测筒包括多根相互连接的透明中空管8，相邻透明中空管8由对接密封组件连接在一起，所述对接密封组件包括对接套筒7和设在对接套筒7两端的“U”形卡簧5，所述对接套筒7两端分别套在相邻的透明中空管8端部，两个“U”形卡簧5分别垂直于对接套筒7从对接套筒7筒壁上的对穿孔6和透明中空管8的通槽24穿过，将对接套筒7和相邻的透明中空管8连在一起；

所述密封观测筒筒底设有封底密封组件，所述封底密封组件包括封底套筒19，封底套筒19通过螺纹连接固定在密封观测筒的筒底一端，且封底套筒19底部设有封底面22，所述封底套筒19的封底面22与密封观测筒筒底之间及相邻透明中空管8的对接处均设有防水“O”型垫片11；所述对接套筒7和封底套筒19外壁上均设有防跑偏部件，所述防跑偏部件包括沿套筒周向分布设在套筒外壁上的三个防跑偏定位销9，所述三个防跑偏定位销9分别沿套筒径向旋入定位销螺纹孔10并紧固在套筒筒壁上，且防跑偏定位销9外端与底板钻孔2的孔壁相距2～5mm；

所述密封观测筒与底板钻孔2之间有大流动性无收缩灌浆材料凝固形成的钻孔注浆体3，密封观测筒内侧筒壁上设有测量部件，所述测量部件包括多段刻度相连的测量尺4，所述每段测量尺4的长度与透明中空管8的长度一致，一面标有刻度，另一面通过锚固胶23固定粘结在透明中空管8内壁上；

所述探测定位组件包括本质安全型钻孔窥视仪18，本质安全型钻孔窥视仪18通过电缆线12连接钻孔窥视器53，所述本质安全型钻孔窥视仪18外设有定位套筒13，环绕定位套筒13的三根螺钉15分别从定位套筒13外壁沿定位套筒13径向旋入，将定位套筒13固定在本质安全型钻孔窥视仪18上，螺钉15带有外螺纹25，外螺纹25与套筒螺纹孔16相匹配；所述定位套筒13筒壁上分布设有多根弹簧17，所述弹簧17沿定位套筒13径向延伸，且一端焊接在定位套筒13上，另一端固定有防刮球14。弹簧17结构具有柔性弯曲功能，受力变形后可以减少冲击力对本质安全型钻孔窥视仪18的冲击，防刮球14方便了探测定位组件在透明中空管8上下移动，避免出现卡死设备情况。

优选的，所述“U”形卡簧5的材质为弹簧钢，且“U”形卡簧5的两个固定支腿端部向外张开。使得送入钻孔后，“U”形卡簧5可以卡紧钻孔壁，不会发生脱落。

优选的，对接套筒7筒壁上的对穿孔6和透明中空管8的通槽24位置对应，且对穿孔6孔径与“U”形卡簧5的固定支腿直径相同。从而“U”形卡簧5的固定支腿可以与对穿孔6紧配合，保证了对接套筒7可以将透明中空管8稳固地连接起来。

优选的，对接套筒7和透明中空管8的材质为树脂纤维或亚克力有机玻璃等有机透明材料，一方面保证了材料的强度，在受力时不会发生破碎；另一方面，可以保证透明度，方便观测裂隙发育情况。

优选的，防跑偏定位销9材质为不锈钢，且外端为半球形。不锈钢材质可以防止锈蚀，保证使用安全，同时半球形的端面可以防止底板钻孔2产生裂隙发生剧烈形变时防跑偏定位销9的外端与底板钻孔2的孔壁发生严重的碰撞磨损，延长装置的使用寿命。

优选的，所述防水“O”型垫片11的内、外径与透明中空管8的内、外径一致。可以保证密封效果，防止液体进入。

优选的，所述底板钻孔2的孔径为90-100mm。

优选的，所述底板钻孔2的孔径与对接套筒7的外径之差不小于20mm。

优选的，所述大流动性无收缩灌浆材料包括早强高强型硅酸盐水泥、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂，其重量比为40-55％、4-13％、35-50％、0.3-1.6％、2-8％、0.01-0.6％、0.01-0.2％、0.1-0.8％、0.5-1.5％，水灰比为0.12～0.20。

优选的，所述的早强高强型硅酸盐水泥为42.5R硅酸盐水泥或52.5R硅酸盐水泥或重量比8:1的硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的混合物；

所述的增强剂为超细粉煤灰或高钙粉煤灰，规格为200～300目；

所述的骨料为石英砂，粒径分布为0～1.25mm；

所述的高效减水剂为聚羧酸聚合物高效减水剂；

所述的膨胀剂为UEA高效低碱混凝土膨胀剂或WZ-MPC聚合物纤维膨胀剂；

所述的降失水剂为羟乙基纤维素；

所述的防收缩剂为聚丙烯类纤维；

所述的消泡剂为胺基聚醚类消泡剂或有机硅类消泡剂；

所述的缓凝剂为洒石酸、柠檬酸、硼酸、磷酸盐中的一种。

优选的，所述测量尺的量程为1m或2m。在观测时直接读出围岩裂隙在底板钻孔2内的位置，相比较传统间接获取的距离数据，误差很小。

优选的，所述本质安全型钻孔窥视仪18包括本质安全型钻孔摄像头。

优选的，所述定位套筒13材质为不锈钢或铝材。不锈钢或铝材不易锈蚀，使定位套筒13在定位的同时可以起到有效的保护作用。

具体施工实施例：

用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法具体如下：

步骤1、采用煤矿本质安全型MK-4坑道钻机在煤层底板上施工钻出底板钻孔2(钻孔终孔直径φ＝105mm)，完成后，将与透明中空管8长度相同(长度为1m)、刻度相连(0～1.0m、1.0～2.0m、2.0～3.0m...以此类推)的多段测量尺4分别采用锚固胶23粘结于透明中空管8内壁(透明中空管内径φ＝45mm、外径φ＝55mm、壁厚5mm)，并按各段测量尺4的刻度范围从小到大分别在透明中空管8上标注“1”、“2”、“3”……；

步骤2、把一个防水“O”型垫片11(垫片内径φ＝45mm外径φ＝55mm、厚度6mm)放置于封底套筒19底部，并使封底套筒19的内螺纹20与透明中空管8的外部螺纹21相配合将封底套筒19旋在标识“1”的透明中空管8的量程初始端，在环绕封底套筒19分布设置在封底套筒19筒壁上的三个定位销螺纹孔10处拧紧防跑偏定位销9；然后在标注“1”的透明中空管8的另一端部放置防水“O”型垫片11，并取一节对接套筒7(内径φ＝55mm外径φ＝65mm、壁厚5mm)套入标注“1”的透明中空管8的另一端，将对穿孔6和透明中空管8的通槽24的位置对正，插入一根“U”形卡簧5，从而将对接套筒7固定在标注“1”的透明中空管8上；将标识“2”的透明中空管8量程初始一端对接于对接套筒7外露口，并在对应位置插入另一根“U”形卡簧5，将标注“2”的透明中空管8与对接套筒7固定在一起；在环绕对接套筒7分布设置在对接套筒7中部筒壁上的三个定位销螺纹孔10处拧紧防跑偏定位销9；将对接好的“1”和“2”透明中空管8缓慢送入底板钻孔2中，在“2”透明中空管8外露底板钻孔2孔口的另一端以此类推安装标注“3”、“4”……的透明中空管8，直至“1”透明中空管8落入底板钻孔2孔底，同时最后一节透明中空管8露出钻孔孔口0.5～1m的安全距离，以防止对接好的透明中空管8内部进入污水或注浆浆液倒灌入其内。

步骤3、根据底板围岩层的岩性配制大流动性无收缩灌浆材料，大流动性无收缩灌浆材料组分包括无机胶基、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂，其重量比为50％、8.2％、35.2％、1.16％、4.2％、0.02％、0.013％、0.42％、0.7％，水灰比为0.143。其中：

①无机胶基为早强高强型硅酸盐水泥，型号为42.5R硅酸盐水泥；

②增强剂为超细粉煤灰，规格为200～300目；

③骨料为石英砂，粒径分布为0～1.25mm，其中0～0.16mm占15％、0.16～0.325mm占35％、0.325～0.85mm占32％、0.85～1.25mm占18％；

④高效减水剂为聚羧酸聚合物高效减水剂；

⑤膨胀剂为UEA高效低碱混凝土膨胀剂；

⑥降失水剂为羟乙基纤维素；

⑦防收缩剂为聚丙烯类纤维；

⑧消泡剂为胺基聚醚类消泡剂；

⑨缓凝剂为洒石酸；

按水灰比0.158加入拌合水充分拌合后，灌入底板钻孔2与连接好的透明中空管8的间隙中，形成钻孔注浆体3；

步骤4、待钻孔注浆体3达到3天抗压强度后进行底板采动裂隙观测，首先将本质安全型钻孔窥视仪18通过电缆线12与数据采集主机的钻孔窥视器53连接就位；

步骤5、将本质安全型钻孔窥视仪18穿过外壁设有防刮球14的定位套筒13，环绕定位套筒13的三根螺钉15分别从定位套筒13外壁沿定位套筒13径向旋入，将定位套筒13固定在本质安全型钻孔窥视仪18上，并调节螺钉15使定位套筒13的中轴线与本质安全型钻孔窥视仪18的中轴线重合；然后在底板钻孔2内连接好的透明中空管8内缓慢下放套有定位套筒13装置的本质安全型钻孔窥视仪18，钻孔窥视器53实时记录初次窥视视频内容，通过透明中空管8内壁的测量尺4上的刻度详细记录钻孔注浆体3上围岩裂隙发育情况；

步骤6、观测完毕后，将本质安全型钻孔窥视仪18缓慢向上拉出，钻孔套管锚固结构始终被固定在底板钻孔2中，在煤层开采中，由于受到煤层开采扰动影响，底板受力发生改变，此时位于底板塑性破坏区发育形态内部的钻孔注浆体3将受到拉压剪破坏，钻孔注浆体3裂隙发育，根据施工实际需要间隔一段时间观测一次，将每次观测的结果记录下来，并与之前观测的结果进行对比，即可直观了解钻孔注浆体3裂隙变化，钻孔注浆体3裂隙变化直接反映出底板采动围岩裂隙发育规律，继而可以定量的给出底板采动围岩破坏形态和底板采动破坏深度，给底板有效隔水层的留设提供依据，对安全稳定开采承压上煤层意义重大；另外还可确定底板有效注浆深度和注浆范围，对其底板注浆改造情况作出准确研判分析，尽可能地避免煤层开采期间发生底板涌水、突水灾害。

Claims (8)

1.一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，钻孔锚固结构包括底板钻孔(2)，所述底板钻孔(2)中设有密封观测筒，所述密封观测筒内设有探测定位组件；

所述密封观测筒包括多根相互连接的透明中空管(8)，相邻透明中空管(8)由对接密封组件连接在一起，所述对接密封组件包括对接套筒(7)和设在对接套筒(7)两端的“U”形卡簧(5)，所述对接套筒(7)两端分别套在相邻的透明中空管(8)端部，两个“U”形卡簧(5)分别垂直于对接套筒(7)从对接套筒(7)筒壁上的对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)穿过，将对接套筒(7)和相邻的透明中空管(8)连在一起；

所述密封观测筒的筒底设有封底密封组件，所述封底密封组件包括封底套筒(19)，封底套筒(19)固定在密封观测筒的筒底一端，且封底套筒(19)底部设有封底面(22)，所述封底套筒(19)的封底面(22)与密封观测筒的筒底之间及相邻透明中空管(8)的对接处均设有防水“O”型垫片(11)；所述对接套筒(7)和封底套筒(19)外壁上均设有防跑偏部件，所述防跑偏部件包括沿套筒周向分布设在套筒外壁上的三个防跑偏定位销(9)，所述三个防跑偏定位销(9)分别沿套筒径向旋入定位销螺纹孔(10)并紧固在套筒筒壁上，且防跑偏定位销(9)外端与底板钻孔(2)的孔壁相距2～5mm；

所述密封观测筒与底板钻孔(2)之间有大流动性无收缩灌浆材料凝固形成的钻孔注浆体(3)，密封观测筒内侧筒壁上设有测量部件，所述测量部件包括多段刻度相连的测量尺(4)，所述每段测量尺(4)的长度与透明中空管(8)的长度一致，一面标有刻度，另一面通过锚固胶(23)固定粘结在透明中空管(8)内壁上；

所述探测定位组件包括本质安全型钻孔窥视仪(18)，本质安全型钻孔窥视仪(18)通过电缆线(12)连接钻孔窥视器(53)，所述本质安全型钻孔窥视仪(18)外设有定位套筒(13)，环绕定位套筒(13)的三根螺钉(15)分别从定位套筒(13)外壁沿定位套筒(13)径向旋入，将定位套筒(13)固定在本质安全型钻孔窥视仪(18)上；所述定位套筒(13)筒壁上分布设有多根弹簧(17)，所述弹簧(17)沿定位套筒(13)径向延伸，且一端焊接在定位套筒(13)上，另一端固定有防刮球(14)；其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在煤层底板上施工钻出底板钻孔(2)，完成后，将与透明中空管(8)长度相同、刻度相连的多段测量尺(4)分别采用锚固胶(23)粘结于透明中空管(8)内壁，并按各段测量尺(4)的刻度范围从小到大分别在透明中空管(8)上标注“1”、“2”、“3”……；

步骤2、把一个防水“O”型垫片(11)放置于封底套筒(19)底部，并将封底套筒(19)旋在标识“1”的透明中空管(8)的量程初始端，在环绕封底套筒(19)分布设置在封底套筒(19)筒壁上的三个定位销螺纹孔(10)处拧紧防跑偏定位销(9)；然后在标注“1”的透明中空管(8)的另一端部放置防水“O”型垫片(11)，并取一节对接套筒(7)套入标注“1”的透明中空管(8)的另一端，将对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)的位置对正，插入一根“U”形卡簧(5)，从而将对接套筒(7)固定在标注“1”的透明中空管(8)上；将标识“2”的透明中空管(8)量程初始一端对接于对接套筒(7)外露口，并在对应位置插入另一根“U”形卡簧(5)，将标注“2”的透明中空管(8)与对接套筒(7)固定在一起；在环绕对接套筒(7)分布设置在对接套筒(7)中部筒壁上的三个定位销螺纹孔(10)处拧紧防跑偏定位销(9)；将对接好的“1”和“2”透明中空管(8)缓慢送入底板钻孔(2)中，在“2”透明中空管(8)外露底板钻孔(2)孔口的另一端以此类推安装标注“3”、“4”……的透明中空管(8)，直至“1”透明中空管(8)落入底板钻孔(2)孔底，同时最后一节透明中空管(8)露出钻孔孔口0.5～1m的安全距离；

步骤3、根据底板围岩层的岩性配制大流动性无收缩灌浆材料，大流动性无收缩灌浆材料包括早强高强型硅酸盐水泥、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂，其重量比为40-55％、4-13％、35-50％、0.3-1.6％、2-8％、0.01-0.6％、0.01-0.2％、0.1-0.8％、0.5-1.5％，并按水灰比0.12～0.20加入拌合水充分拌合后，灌入底板钻孔(2)与连接好的透明中空管(8)的间隙中，形成钻孔注浆体(3)；

步骤4、待钻孔注浆体(3)达到3天抗压强度后进行底板采动裂隙观测，首先将本质安全型钻孔窥视仪(18)通过电缆线(12)与数据采集主机的钻孔窥视器(53)连接就位；

步骤5、将本质安全型钻孔窥视仪(18)穿过外壁设有防刮球(14)的定位套筒(13)，环绕定位套筒(13)的三根螺钉(15)分别从定位套筒(13)外壁沿定位套筒(13)径向旋入，将定位套筒(13)固定在本质安全型钻孔窥视仪(18)上，并调节螺钉(15)使定位套筒(13)的中轴线与本质安全型钻孔窥视仪(18)的中轴线重合；然后在底板钻孔(2)内连接好的透明中空管(8)内缓慢下放套有定位套筒(13)装置的本质安全型钻孔窥视仪(18)，钻孔窥视器(53)实时记录初次窥视视频内容，通过透明中空管(8)内壁的测量尺(4)上的刻度详细记录钻孔注浆体(3)上围岩裂隙发育情况；

步骤6、观测完毕后，将本质安全型钻孔窥视仪(18)缓慢向上拉出，钻孔套管锚固结构始终被固定在底板钻孔(2)中。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，所述“U”形卡簧(5)的材质为弹簧钢，且“U”形卡簧(5)的两个固定支腿端部向外张开。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，对接套筒(7)筒壁上的对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)位置对应，且对穿孔(6)孔径与“U”形卡簧(5)的固定支腿直径相同。

4.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，对接套筒(7)和透明中空管(8)的材质为树脂纤维或亚克力有机玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，防跑偏定位销(9)材质为不锈钢，且外端为半球形。

6.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，所述底板钻孔(2)的孔径与对接套筒(7)的外径之差不小于20mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，所述的早强高强型硅酸盐水泥为42.5R硅酸盐水泥或52.5R硅酸盐水泥或重量比8:1的硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的混合物；

所述的增强剂为超细粉煤灰或高钙粉煤灰，规格为200～300目；

所述的骨料为石英砂，粒径分布为0～1.25mm；

所述的高效减水剂为聚羧酸聚合物高效减水剂；

所述的膨胀剂为UEA高效低碱混凝土膨胀剂或WZ-MPC聚合物纤维膨胀剂；

所述的降失水剂为羟乙基纤维素；

所述的防收缩剂为聚丙烯类纤维；

所述的消泡剂为胺基聚醚类消泡剂或有机硅类消泡剂；

所述的缓凝剂为洒石酸、柠檬酸、硼酸、磷酸盐中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种用于监测底板围岩裂隙的钻孔锚固结构的施工方法，其特征在于，所述定位套筒(13)材质为不锈钢或铝材。