CN108131135A - 双段式顶底板围岩破坏范围观测方法 - Google Patents

双段式顶底板围岩破坏范围观测方法 Download PDF

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赵春波
宋文成
王建宁
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices

Abstract

本发明公开了一种双段式顶底板围岩破坏范围观测方法，涉及矿山底板岩体破坏范围测定技术领域。该观测方法包括：首先在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度的多个钻孔；然后安装观测系统，接着起胀封堵胶囊并测定漏水量参数，分别测定第一阶段漏水量和第二阶段漏水量；然后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，对封堵胶囊进行泄压，完成所有封堵胶囊的泄压排水；最后推进观测。本发明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；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。

Description

双段式顶底板围岩破坏范围观测方法
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方法。
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方法，其能实现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方法，其所采用的观测系统包括封堵系统、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；
所述观测方法包括以下步骤：
a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度的多个钻孔，孔深30-70m；
b安装观测系统，将第一封堵胶囊安设在Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，以使第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；将第二封堵胶囊、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，
将Ⅰ型封堵支撑管的末端连接在第一连接管的一端，在第一连接管的另一端与第一转换开关连接，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；
推进供给系统的钻杆与Ⅰ型封堵支撑管连接，导向锥与另一个Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；
c起胀封堵胶囊并测定漏水量参数：控制推进供给系统中注水操作台，使其提供2.5MPa高压水源，开始起胀封堵胶囊，首先起胀第一封堵胶囊，依次起胀第二封堵胶囊、第三封堵胶囊，待封堵胶囊全部起胀完毕，控制注水操作台将水压加大至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；
d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，对封堵胶囊进行泄压，完成所有封堵胶囊的泄压排水；
e推进观测：完成所有封堵胶囊的泄压排水之后，利用钻机和钻杆将观测系统推进至下一指定位置，重复步骤c和步骤d。
作为本发明的一个优选方案，当注水操作台将水压加大至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，当水压加大到2.7MPa时，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。
优选的，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)实现了一次封堵双段一次测量，成倍提高了测量效率；(2)实现了供水测定一体化，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为本发明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方法，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。
首先对本发明所需观测系统做详细说明。
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。
一种双段式顶底板围岩破坏范围观测方法，具体包括以下步骤：
(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方法，其特征在于：其所采用的观测系统包括封堵系统、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；
所述观测方法包括以下步骤：
a打钻孔，在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度的多个钻孔，孔深30-70m；
b安装观测系统，将第一封堵胶囊安设在Ⅰ型封堵支撑管的漏水孔外围，以使第一封堵胶囊与Ⅰ型封堵支撑管之间形成一定的起胀空腔；将第二封堵胶囊、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，
将Ⅰ型封堵支撑管的末端连接在第一连接管的一端，在第一连接管的另一端与第一转换开关连接，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；
推进供给系统的钻杆与Ⅰ型封堵支撑管连接，导向锥与另一个Ⅱ型封堵支撑管的另一端连接；
c起胀封堵胶囊并测定漏水量参数：控制推进供给系统中注水操作台，使其提供2.5MPa高压水源，开始起胀封堵胶囊，首先起胀第一封堵胶囊，依次起胀第二封堵胶囊、第三封堵胶囊，待封堵胶囊全部起胀完毕，控制注水操作台将水压加大至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；
d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，对封堵胶囊进行泄压，完成所有封堵胶囊的泄压排水；
e推进观测：完成所有封堵胶囊的泄压排水之后，利用钻机和钻杆将观测系统推进至下一指定位置，重复步骤c和步骤d。
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方法，其特征在于：当注水操作台将水压加大至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，当水压加大到2.7MPa时，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方法，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。
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方法，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方法，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方法，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方法，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方法，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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