CN107859512A - 双段式顶底板围岩破坏范围观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,属于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,测漏系统包括第一连接管、第二连接管、第一转换开关及第二转换开关,第一转换开关和第二转换开关结构相同,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。本发明能实现观测系统的一次封堵双段一次测量;还实现了同一水源下封堵胶囊的一次起胀,保证了封堵过程与探测过程封堵胶囊的稳定性。
Description
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,具体涉及一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统。
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双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其能实现观测系统的一次封堵双段一次测量,成倍提高了测量效率;其次,实现了单系统供水测定一体化,不仅解决了钻孔内多管道问题,减少了系统结构个数,而且实现了同一水源下封堵胶囊的一次起胀,保证了封堵过程与探测过程封堵胶囊的稳定性;最后,实现了探测供水的一次测定,提高了测量效率以及测量结果的准确性。
其技术解决方案包括:
一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,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Ⅰ型封堵支撑管、两个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、第二封堵胶囊和第三封堵胶囊,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、第三封堵胶囊分别安装在两个Ⅱ型封堵支撑管上,在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间、第二封堵胶囊与第三封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管,所述两个Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道;
所述测漏系统包括第一连接管、第二连接管、第一转换开关及第二转换开关,所述Ⅰ型封堵支撑管的末端连接所述第一连接管的一端,所述第一连接管的另一端与所述第一转换开关连接,所述第一转换开关的另一端连接在其中一个Ⅱ型封堵支撑管的一端,所述Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接在所述第二连接管的一端,所述第二连接管的另一端连接所述第二转换开关,所述第二转换开关的另一端连接另一个Ⅱ型封堵支撑管的一端;
所述第一转换开关和第二转换开关结构相同,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,所述导向锥与另一个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,当外部水压为2.6MPa时,水压力推动滑动阀门和弹簧滑动,此时导水孔一和导水孔二接通,形成导水通道,水流进入第一段封堵测漏区域,当完成第一段的漏失量测定之后,水压继续加大到2.7MPa,此时水压力继续推动滑动阀门和弹簧进一步向里滑动,导水孔一和导水孔三接通,形成新的导水通道,此时水流进入第二段封堵测漏区域,进行第二段的漏失量测定。
作为本发明的另一个优选方案,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。
进一步的,所述第一转换开关、第二转换开关还设置有用于对所述弹簧进行限位的凹槽部。
进一步的,所述Ⅰ型封堵支撑管上的漏水孔设置有两个。
进一步的,所述第一连接管、第二连接管的长度均为1m。
进一步的,所述Ⅰ型封堵支撑管与第一连接管、Ⅱ型封堵支撑管与第二连接管之间均通过螺纹连接。
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。
与现有技术相比,本发明带来了以下有益技术效果:(1)实现了观测系统的一次封堵双段一次测量,成倍提高了测量效率;(2)实现了单系统供水测定一体化,不仅解决了钻孔内多管道问题,减少了系统结构个数,而且实现了同一水源下封堵胶囊的一次起胀,保证了封堵过程与探测过程封堵胶囊的稳定性;(3)实现了探测供水的一次测定,提高了测量效率以及测量结果的准确性;(4)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。
本发明系统结构简单,易于操作,制作成本低,测量效率高,稳定性强。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明:
图1为双段式顶底板围岩破坏范围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封堵胶囊结构示意图;
图5为本发明测漏系统中转换开关结构示意图;
图6、图7为本发明测漏系统中转换开关状态示意图;
图中,1、岩体,2、钻孔,3、封堵胶囊,4、Ⅱ型封堵支撑管,5、连接管,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
本发明提出了一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,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。
本发明双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,结合图1至图4所示,包括封堵系统、测漏系统、导向系统和推进供给系统。
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,在Ⅰ型封堵支撑管20上开有两个漏水孔6,其内部为中空管道,Ⅱ型封堵支撑管4设置有两个,分别位于测漏系统的中部和前部,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;封堵胶囊3包括第一封堵胶囊、第二封堵胶囊和第三封堵胶囊,靠近导向锥15的为第三封堵胶囊,然后是第二、第一封堵胶囊,每个封堵胶囊与其连接的支撑管之间形成一起胀空腔。
测漏系统包括连接管5和转换开关7,其中靠近钻杆16的为第一连接管,远离的为第二连接管,长度均为1m,也可根据实际情况做调整,转换开关有两个,二者结构相同,第一转换开关与第一连接管通过螺纹连接,第二转换开关与第二连接管通过螺纹连接。
结合图5至图7所示,作为本发明的主要改进点之一,转换开关的结构,其外形为圆柱形结构,在该圆柱形腔体内包括滑动阀门10、基体9和弹簧11,基体9上开有导水孔二13和导水孔三14,所述滑动阀门10为圆柱形,其上开有导水孔一12,所述滑动阀门10可在转换开关7内部自由滑动,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;
上述转换开关7的工作原理为:
转换开关7其内部装有滑动阀门10,当外部水压为2.6MPa时,水压力推动滑动阀门10和弹簧11滑动,此时导水孔一12和导水孔二13接通,形成导水通道,水流进入第一段封堵测漏区域,当完成第一段的漏失量(第二封堵胶囊与第三封堵胶囊之间的区域)测定之后,水压继续加大到2.7MPa,此时水压力继续推动滑动阀门10和弹簧11进一步向里滑动,导水孔一12和导水孔三14接通,形成新的导水通道,此时水流进入第二段封堵测漏区域,进行第二段的漏失量(第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间的区域)测定。
导向系统包括导向锥15,导向锥15与Ⅱ型封堵支撑管之间通过螺纹连接。
推进供给系统包括钻机17、钻杆16和注水操作台19,注水操作台19过高压软管18向提Ⅰ型封堵支撑管提供不同压力的水源,并且提供水量读数,记录测漏阶段水的流失量。
下面对上述观测系统的测试方法做具体说明。
具体操作步骤如下:
(1)打探测钻孔:用钻机17在煤岩巷道中向顶板或底板岩体1中先后施工规定角度钻孔2数个,孔深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中安装观测系统,通过相应管道连接钻机17、注水操作台19等,并利用钻机17和钻杆16将导向系统推进至指定位置;
(3)起胀封堵胶囊并测定漏水量参数:将钻杆连接Ⅰ型封堵支撑管20,用连接管5连接Ⅰ型封堵支撑管20和两个Ⅱ型封堵支撑管4,并将其送至预定探测位置,控制注水操作台19打开2.5MPa高压水源,开始起胀封堵胶囊,待封堵胶囊全部起胀完毕,控制注水操作台19将水压加大至2.6MPa,同时开始记录水量,待第一阶段漏水量测定结束,继续控制注水操作台19将水压加大至2.7MPa,同时开始记录水量,进行第二阶段漏水量测定;
(4)对封堵胶囊进行泄压排水:完成两阶段的漏水量测定,分别得出两阶段漏失量L1、L2之后,关闭高压水源对封堵胶囊进行泄压,完成所有封堵胶囊的泄压排水;
(5)推进观测:完成所有封堵胶囊的泄压排水之后,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。
尽管本文中较多的使用了诸如转换开关、滑动阀门等术语,但并不排除使用其它术语的可能性,本领域技术人员在本发明的启示下对这些术语所做的简单替换,均应在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,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Ⅰ型封堵支撑管、两个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、第二封堵胶囊和第三封堵胶囊,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、第三封堵胶囊分别安装在两个Ⅱ型封堵支撑管上,在第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间、第二封堵胶囊与第三封堵胶囊之间连接所述胶囊连接管,所述两个Ⅱ型封堵支撑管内部为密封中空管道;
所述测漏系统包括第一连接管、第二连接管、第一转换开关及第二转换开关,所述Ⅰ型封堵支撑管的末端连接所述第一连接管的一端,所述第一连接管的另一端与所述第一转换开关连接,所述第一转换开关的另一端连接在其中一个Ⅱ型封堵支撑管的一端,所述Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接在所述第二连接管的一端,所述第二连接管的另一端连接所述第二转换开关,所述第二转换开关的另一端连接另一个Ⅱ型封堵支撑管的一端;
所述第一转换开关和第二转换开关结构相同,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,所述导向锥与另一个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。
2.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其特征在于:当外部水压为2.6MPa时,水压力推动滑动阀门和弹簧滑动,此时导水孔一和导水孔二接通,形成导水通道,水流进入第一段封堵测漏区域,当完成第一段的漏失量测定之后,水压继续加大到2.7MPa,此时水压力继续推动滑动阀门和弹簧进一步向里滑动,导水孔一和导水孔三接通,形成新的导水通道,此时水流进入第二段封堵测漏区域,进行第二段的漏失量测定。
3.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,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。
4.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其特征在于:所述第一转换开关、第二转换开关还设置有用于对所述弹簧进行限位的凹槽部。
5.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其特征在于:所述Ⅰ型封堵支撑管上的漏水孔设置有两个。
6.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其特征在于:所述第一连接管、第二连接管的长度均为1m。
7.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,其特征在于:所述Ⅰ型封堵支撑管与第一连接管、Ⅱ型封堵支撑管与第二连接管之间均通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种双段式顶底板围岩破坏范围观测系统,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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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