CN108442925B - 一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，包括钻孔套管，用于固定钻孔套管的固定件，铰接在钻孔套管一端的两扇可开闭的闸板，设置在任意一扇闸板外表面的温度传感器，分设在两扇闸板外表面的两个压力传感器，均与温度传感器和两个压力传感器连接的传感器报警显示器，以及镶嵌在两扇闸板远离钻孔套管一端的橡胶垫片。本发明可在超前钻进的同时对钻孔中地下水的水压、水温直接进行测量，既不需要等到钻孔结束后进行测量，又能保证遇到大水压、大水量的地下水情况下巷道施工的安全；本发明结构简单，实用性强，易操作，成本低，便于携带。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程现场探测技术领域，具体涉及的是一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置。
背景技术
矿山巷道施工中，地下水是施工安全中最大的风险源之一，施工过程中如遇到高水压、大水量的地下水突出时，容易造成巷道开挖面坍塌，严重时可导致淹井事故，造成巨大的经济损失。工程施工前的地质勘查并不能完全反应地下水情况，需要在施工过程中进行掌子面超前探测，更为准确的掌握施工范围内的工程地质及水文地质情况，以保证施工安全。
目前现有的矿山巷道超前探测手段主要有常规地质分析法(宏观地质分析、地质素描法等)、超前钻探法(超前水平钻孔法)、地球物理勘探法(TSP、地质雷达及红外探水等)。常规地质方法的优点是随时进行，不影响施工，预报的效果好，设备简单，出结果快，预报效果较好，而且为整个巷道提供详细的地质资料；缺点是对于巷道前方预报结果较为粗略且预报距离较短，容易漏报。超前水平钻孔法是在施工掌子面进行超前水平钻孔，通过钻进速度测试、岩芯强度实验等途径，分析掌子面前方的岩体性质、含水情况、岩层软硬程度及其完整性，是施工预报最有效方法之一。传统的超前水平钻孔法对地下水的探测是基于钻机油泵油压、孔口水压、流速来推测水头压力及涌水量，经验依赖性强，且可信度较低。《一种可开闭的隧道超前水压水量探测装置》(中国，公布号CN 105714755 A，公布日2016.06.29)对超前水平钻孔所揭露地层的水压、水流量及孔隙水压力直接进行测定，准确判断开挖面前方的地下水状况，对上述传统的超前水平钻孔法进行了一定的补充和改进。但是该发明仍然存在较多局限性；一是该项发明装置是在超前水平钻钻孔结束后，取出钻杆，将该发明装置放置在钻孔中进行测量工作，此项设计就造成了一个很大的安全隐患，例如在超前水平钻钻孔过程中遇到高水压、大水量的地下水突出时，在危及施工人员的人身安全的前提下是无法再去利用该发明装置进行地下水测量工作的；第二是该项发明装置无法做到在超前水平钻钻孔的同时进行地下水测量；第三，该项发明装置无法做到地下水智能预警。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，能在超前水平钻钻孔的同时进行地下水测量，做到地下水智能预警。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，包括钻孔套管，用于固定钻孔套管的固定件，铰接在钻孔套管一端的两扇可开闭的闸板，设置在任意一扇闸板外表面的温度传感器，分设在两扇闸板外表面的两个压力传感器，均与温度传感器和两个压力传感器连接的传感器报警显示器，以及镶嵌在两扇闸板远离钻孔套管一端的橡胶垫片。
进一步的，所述两扇闸板均为钢闸板，所述橡胶垫片为带磁性橡胶垫片。
进一步的，所述闸板与钻孔套管通过固定轴承连接。
优选的，所述两个压力传感器沿两扇闸板中心面对称设置。
进一步的，还包括设置在钻孔套管远离闸板一端、并可封堵钻孔套管的插板式堵水阀。
更进一步的，所述钻孔套管在远离闸板一端固定设置有固定盘，所述固定件与固定盘连接、并用于固定钻孔套管，所述传感器报警显示器设置在固定盘上。
再进一步的，所述固定件为锚固钉，所述固定盘上设置有锚固孔、且锚固钉穿过锚固孔设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明可对已完成的钻孔中地下水的水压、水温直接进行测定，通过传感器报警显示器直观显示数据，准确判断开挖面前方的地下水状况，并且可以做到突水预警预报；
(2)本发明也可在超前钻进的同时对钻孔中地下水的水压、水温直接进行测量，既不需要等到钻孔结束后进行测量，又能保证遇到大水压、大水量的地下水情况下巷道施工的安全；
(3)本发明具备应急突水防治设施，当本发明的钻孔套管里端钢闸板无法阻挡钻孔中地下水时，钻孔套管外端孔口处的插板式堵水阀可应急堵水；
(4)本发明结构简单，实用性强，易操作，成本低，便于携带。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的孔口俯视图。
图3为本发明设置插板式堵水阀的结构剖视图。
图4为本发明设置插板式堵水阀的孔口俯视图。
图5为本发明的钻杆钻进示意图。
图6为图5的闸板局部示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-岩体，2-固定件，3-钻孔套管，4-孔口，5-温度传感器，6-压力传感器，7-传感器报警显示器，8-固定轴承，9-橡胶垫片，10-插板式堵水阀，11-钻杆，12-闸板，13-固定盘。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例：
如图1和2所示，一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，包括钻孔套管3，用于固定钻孔套管3的固定件2，铰接在钻孔套管3一端的两扇可开闭的闸板12，设置在任意一扇闸板12外表面的温度传感器5，分设在两扇闸板12外表面的两个压力传感器6，均与温度传感器5和两个压力传感器6连接的传感器报警显示器7，以及镶嵌在两扇闸板12远离钻孔套管3一端的橡胶垫片9。其中，两扇闸板12为半圆台形，闸板12一端直径与钻孔套管直径相同，另一端直径与钻杆直径匹配，两扇闸板12闭合时呈圆台形、并贴合在钻杆11上，阻挡住地下水突出，钻孔套管3在远离闸板12一端固定设置有固定盘13，固定盘13与钻孔套管3垂直，固定件2为锚固钉，固定盘13上设置有锚固孔、且锚固钉穿过锚固孔设置，传感器报警显示器7设置在固定盘13上，两扇闸板12均为钢闸板，钢闸板与钻孔套管3通过固定轴承8连接，橡胶垫片9为带磁性橡胶垫片，带磁性橡胶垫片使得两扇钢闸板在正常状态下处于闭合状态；两个压力传感器6沿两扇闸板12中心面对称设置，温度传感器5和两个压力传感器6的数据传输引线通过钻孔套管3连接传感器报警显示器7，传感器报警显示器7设定压力报警值，当压力传感器6测量钻孔中地下水压力达到报警值时，将数据快速传至传感器报警显示器7，同时发出报警提示。其中，温度传感器5采用贴片式pt100温度传感器，主要用于测量钻孔中地下水的温度，通过粘结剂贴在闸板12的表面，实现钻孔中地下水的测量。压力传感器6采用电阻应变式传感器，具体外形采用轮辐式力传感器，电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，弹性敏感元件受到地下水水压力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形，电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量地下水水压力值。
如图3和4所示，作为进一步的改进，本装置还包括设置在钻孔套管3远离闸板12一端、并可封堵钻孔套管的插板式堵水阀10，具体来说插板式堵水阀10设置在固定盘13上，超前水平钻正常钻进过程中如果遇到超过钢闸板可承受的地下水压力时，地下水无法阻挡的情况下可利用插板式堵水阀10紧急堵水，保证巷道施工人员安全。
本发明使用时，预先使用超前水平钻机在巷道掌子面预定钻孔点处钻出一个大口径钻孔，钻孔直径和深度要达到安放本装置的要求，将本装置的钻孔套管放置在该钻孔中，使钢闸板位于钻孔中，固定盘位于钻孔外；锚固钉穿过固定盘的锚固孔将装置固定在岩体上，两扇钢闸板在磁性橡胶垫片作用下处于闭合状态，阻挡地下水进入钻孔套管中，设置在钢闸板外表面的温度传感器和压力传感器测量地下水的温度和压力并将数据传输给传感器报警显示器。
如图5和6所示，超前水平钻正常钻进时，钻杆会撑开钻孔套管顶端的钢闸板，磁性橡胶垫片利用磁性可牢牢黏贴在钻杆上，如遇到地下水突出，钢闸板则会阻挡住地下水突出，同时钢闸板上的温度传感器和压力传感器可实时测量钻孔中地下水的温度和压力，且超前水平钻不会受到地下水影响而停钻，大大节省了施工进度，实现了同时进行地下水温度、压力测量和超前水平钻钻孔施工。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，其特征在于：包括钻孔套管(3)，用于固定钻孔套管的固定件(2)，铰接在钻孔套管一端的两扇能够开闭的闸板(12)，设置在任意一扇闸板外表面的温度传感器(5)，分设在两扇闸板外表面的两个压力传感器(6)，均与温度传感器和两个压力传感器连接的传感器报警显示器(7)，设置在钻孔套管远离闸板一端、并能够封堵钻孔套管的插板式堵水阀(10)，以及镶嵌在两扇闸板远离钻孔套管一端的橡胶垫片(9)；所述两扇闸板均为钢闸板，所述橡胶垫片为带磁性橡胶垫片。
2.根据权利要求1所述的一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，其特征在于：所述闸板与钻孔套管通过固定轴承(8)连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，其特征在于：所述两个压力传感器沿两扇闸板中心面对称设置。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，其特征在于：所述钻孔套管在远离闸板一端固定设置有固定盘(13)，所述固定件与固定盘连接、并用于固定钻孔套管，所述传感器报警显示器设置在固定盘上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于矿山超前地质预报的水压水温智能测量装置，其特征在于：所述固定件为锚固钉，所述固定盘上设置有锚固孔、且锚固钉穿过锚固孔设置。
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