CN111456722B - 一种地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿山开采地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置及方法。适用于矿山开采岩层运动的监测。包括限位盘、装置筒、导向定位架、可收缩锚爪，可在钻孔内循环下放多个不同深度的测点。装置通过限位盘表面不同小孔限制预装锚爪测线和已装锚爪测线的位置，装置筒内设电动推杆和预装锚爪，装置筒外壁外固定导向定位架，限制装置在孔内旋转，避免测线缠绕。测点安装由深至浅逐个完成。锚爪在孔口装入装置筒后下放到预定深度，推出并固定于孔壁后上提装置，在孔口将已装测线由安装孔调至边界限位孔，拉紧测线并在孔口固定。重复操作至所有锚爪安装完毕。该方法可实现钻孔内多个测点的安装，避免测线在孔内旋转缠绕，安装效率高，适用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置及方法，适用于矿山开采岩层移动的钻孔内部监测仪器的安装。
背景技术
矿山开采后上覆岩层或岩体的移动破坏是引起井下剧烈矿压、突水、地表塌陷等一系列矿井灾害与环境问题的根源。开展采动上覆岩层移动机理及工程实际监测是解决上述灾害与环境问题的基础。岩层移动的工程实际监测同时也是验证理论正确性、提高灾害防范效果的重要手段。
岩层移动的监测包括岩层内部移动监测和地表沉降监测。地表沉降监测相对容易，目前方法较多。岩层内部移动监测由于其需要深入地层内部，通常采用地面垂直钻孔并在钻孔内部布置监测仪器的方式进行。相对有效的方式是通过在钻孔内部安装锚爪，并将测线引出孔外的方式实施。专利(201710492420.X)描述了一种岩层内部移动监测方法，但没有说明其具体安装装置和方法。专利(CN101071062)描述了一种采用压缩木的监测方法，与本方法有本质不同，专利(CN205482872U)描述了一种测点固定装置，但是如何安装没用说明。由于钻孔孔径一般较小，孔内安装空间狭小，在安装过程中，存在孔内测线缠绕问题，易造成下放受阻，限制了测点安装数量，单个钻孔的利用率较低，通常一个钻孔仅安装3-4个测点。在孔深较大情况下，问题更加严重。
发明内容
针对上述技术问题，提供一种结构简单，使用方便，可安装深度大，单个监测钻孔利用率高的地面垂直钻孔内部岩移多测点监测器安装装置及方法。
为实现上述技术目的，本发明的地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，包括用于卡在钻孔外侧的孔口支承架和安装器，其中安装器尾端设有穿过孔口支承架中心的承重供电线缆，所述安装器包括装置筒，装置筒内设有电动推杆，电动推杆下部设有收缩在装置筒内的锚爪，装置筒顶部设有限位盘、侧边设有多个导向定位架，导向定位架末端设有滑轮，与钻孔壁之间通过弹簧接触；
所述限位盘圆周上设有多个边界限位孔，边界限位孔内侧设有安装孔，安装孔位于装置筒外圆周边缘对应的限位盘上，边界限位孔数量为10-15个，并按照顺时针或者逆时针在限位盘上由小至大进行编号。
所述锚爪包括锚爪柱体，锚爪柱体尾部与锚爪测线连接，锚爪测线头部活动连接有三支锚爪爪臂，每支锚爪爪臂与锚爪柱体之间设有锚爪收缩弹簧和限位短杆，锚爪柱体通过锚爪收缩弹簧开合，通过锚爪收缩弹簧控制锚爪爪臂收缩，以适应装置筒的内径，锚爪测线从装置筒底端延伸出来并穿过安装孔延伸到地面上与监测仪器连接。
一种地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置的安装方法，其步骤如下：
a将孔口支承架垂直固定在钻孔的上方，调整弹簧使所有导向定位顶端的滑轮与钻孔壁紧贴；
b在限位盘中心连接承重供电线缆用以承重并给电动推杆供电，确保电动推杆处于收缩状态，同时锚爪在装置筒内处于收缩状态，锚爪测线通过限位盘内侧的安装孔引出；
c将装置筒伸入钻孔并在自重作用下沿孔壁下行并保证不在孔内旋转直至最深部的测点安装位置，控制电动推杆伸出从而将收缩状态的锚爪推出装置筒从而张开，此时锚爪完全张开从而固定在孔壁中成为测点，通过测线将钻孔内部测点所在层位岩层的运动信息反馈至孔口监测仪器上；
d通过上提承重供电线缆从而将安装器回收至地面；
e将已安装测点所连接的锚爪测线调整至限位盘上边界中最小编号的限位孔中，然后在孔口拉紧该测点所连接的锚爪测线；
f在收缩电动推杆并在装置筒中安装新的锚爪，并将新的锚爪穿过限位盘的安装孔中，重复步骤c和步骤d，在钻孔中由深部向浅部安装其余测点锚爪，每安装一个锚爪，在孔口按照限位孔的编号由小至大顺序将测线由调整测线安装孔调整至安装孔中。
所有测点锚爪按照由深部向浅部的原则逐个安装，需要安装深度根据岩层柱状信息和需要监测的层位确定，实际下放深度根据承重供电线缆下放长度或锚爪测线下放长度确定。
有益效果：
该方法针对钻孔深度较大的情况，能够实现孔内多个层位多测点的安装，监测钻孔内部具体层位岩层在采动影响下的移动信息，用于研究采动岩层移动规律，孔内测线不缠绕，提高测点安装成功率和单个监测钻孔的利用率。
附图说明
图1(a)是本发明多测点循环安装装置在钻孔内下放锚爪的示意图；
图1(b)是本发明多测点循环安装装置在钻孔内安装了一个锚爪的示意图；
图1(c)是本发明多测点循环安装装置在钻孔内安装第二个锚爪的示意图；
图2是多测点循环安装装置在钻孔内的横截面示意图；
图3是钻孔内锚爪不同状态的示意图；
图中：1-钻孔壁；2-限位盘；3-边界限位孔；4-安装孔；5-承重供电线缆；6-导向定位架；7-弹簧；8-滑轮；9-电动推杆；10-装置筒；11-锚爪测线；12-锚爪；13-打开状态锚爪；14-孔口支承架；15-锚爪爪臂；16-锚爪收缩弹簧；17-锚爪柱体；18-限位短杆。
具体实施方式
下面结合具体钻孔内部测点的安装实例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，包括用于卡在钻孔外侧的孔口支承架14和安装器，其中安装器尾端设有穿过孔口支承架14中心的承重供电线缆5，所述安装器包括装置筒10，装置筒10内设有电动推杆9，电动推杆9下部设有收缩在装置筒10内的锚爪12，装置筒10顶部设有限位盘2、侧边设有多个导向定位架6，所述限位盘2圆周上设有多个边界限位孔3，边界限位孔3内侧设有安装孔4，安装孔4位于装置筒10外圆周边缘对应的限位盘2上，边界限位孔3数量为10-15个，并按照顺时针或者逆时针在限位盘2上由小至大进行编号，导向定位架6与钻孔壁1之间通过弹簧7设有滑轮8。
如图3所示，锚爪12包括锚爪柱体17，锚爪柱体17尾部与锚爪测线11连接，锚爪测线11头部活动连接有三支锚爪爪臂15，每支锚爪爪臂15与锚爪柱体17之间设有锚爪收缩弹簧16和限位短杆18，锚爪柱体17通过锚爪收缩弹簧16开合，通过锚爪收缩弹簧16控制锚爪爪臂收缩15，以适应装置筒10的内径，锚爪测线11从装置筒10低端延伸出来并穿过安装孔4延伸到地面上与监测仪器连接。
a、确定图1中钻孔1内部需要安装的测点数目，在图2中限位盘2上设置对应数量的边界限位孔3，并按照顺时针或者逆时针在限位盘2上由小至大进行对限位孔3编号，在限位盘2下放连接装置筒10，装置筒内部连接电动推杆9。限位盘2由承重供电线缆5连接，用于下放不同深度的锚爪12。由深部向浅部的原则逐个安装，下放深度根据承重供电线缆5下放长度或锚爪测线11下放长度确定。首先安装所有测点中的最深部测点。
b、在图1(a)的装置筒10内部放置处于收缩状态的锚爪12，该锚爪所连接的测线通过安装孔4引到孔口。导向定位架6末端的弹簧7压缩后放入钻孔中，并使滑轮8贴紧孔壁。
c、在承重线缆5的作用下，整个安装装置靠自重，利用导向定位架6端部的滑轮8，沿着孔壁1下放。达到预定的测点安装深度后，通过承重供电线缆5给安装筒10内部的电动推杆9供电，推出原来处于收缩状态的锚爪，依靠锚爪收缩弹簧16拉力打开后通过锚爪爪臂15抓紧孔壁，利用限位短杆18限制锚爪爪臂向下部过度弯折，成为打开锚爪13，呈现出图1(b)状态。锚爪12与13对同一个测点来说，是同一锚爪，仅仅是状态不同。
d、拉紧已经安装的锚爪测线11，用承重供电线缆5提升整个装置至孔口，将已经安装的锚爪测线11从安装孔4调整至边界限位孔3，调整顺序按照编号顺序由小到大进行，并及时将已安装锚爪的测线固定在孔口支承架14上，呈现图1(c)的状态。
e、重复步骤b、c、d，由深部向浅部逐一完成所有测点的安装。
Claims (4)
1.一种地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，其特征在于：它包括用于卡在钻孔外侧的孔口支承架（14）和安装器，其中安装器尾端设有穿过孔口支承架（14）中心的承重供电线缆（5），所述安装器包括装置筒（10），装置筒（10）内设有电动推杆（9），电动推杆（9）下部设有收缩在装置筒（10）内的锚爪（12），装置筒（10）顶部设有限位盘（2）、侧边设有多个导向定位架（6），导向定位架（6）与钻孔壁（1）之间通过弹簧（7）设有滑轮（8）；
所述锚爪（12）包括锚爪柱体（17），锚爪柱体（17）尾部与锚爪测线（11）连接，锚爪测线（11）头部活动连接有三支锚爪爪臂（15）；
其安装方法步骤如下：
a将孔口支承架（14）垂直固定在钻孔的上方，调整弹簧（7）使所有导向定位架（6）顶端的滑轮（8）与钻孔壁紧贴；
b在限位盘（2）中心连接承重供电线缆（5）用以承重并给电动推杆（9）供电，确保电动推杆（9）处于收缩状态，同时锚爪（12）在装置筒（10）内处于收缩状态，锚爪测线（11）通过限位盘（2）内侧的安装孔（4）引出；
c将装置筒（10）伸入钻孔并在自重作用下沿孔壁下行并保证不在孔内旋转直至最深部的测点安装位置，控制电动推杆（9）伸出从而将收缩状态的锚爪（12）推出装置筒（10）进而张开，此时锚爪（12）完全张开从而固定在孔壁中成为打开状态锚爪（13），通过测线（11）将钻孔内部测点所在层位岩层的运动信息反馈至孔口监测仪器上；
d通过上提承重供电线缆（5）将安装器回收至地面；
e将已安装打开状态锚爪（13）所连接的锚爪测线（11）调整至限位盘（2）上边界中最小编号的限位孔（3）中，然后在孔口拉紧该打开状态锚爪（13）所连接的锚爪测线（11）；
f在收缩电动推杆（9）并在装置筒（10）中安装新的锚爪（12），并将新的锚爪（12）穿过限位盘（2）的安装孔（4）中，重复步骤c和步骤d，在钻孔中由深部向浅部安装其余测点打开状态锚爪（13），每安装一个锚爪，在孔口按照限位孔（3）的编号由小至大顺序将测线由调整测线安装孔（4）调整至安装孔（4）中。
2.根据权利要求1所述的地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，其特征在于：所述限位盘（2）圆周上设有多个边界限位孔（3），边界限位孔（3）内侧设有安装孔（4），安装孔（4）位于装置筒（10）外圆周边缘对应的限位盘（2）上，边界限位孔（3）数量为10-15个，并按照顺时针或者逆时针在限位盘（2）上由小至大进行编号。
3.根据权利要求2所述的地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，其特征在于：每支锚爪爪臂（15）与锚爪柱体（17）之间设有锚爪收缩弹簧（16）和限位短杆（18），锚爪柱体（17）通过锚爪收缩弹簧（16）开合，通过锚爪收缩弹簧（16）控制锚爪爪臂（15），以适应装置筒（10）的内径，锚爪测线（11）从装置筒（10）低端延伸出来并穿过安装孔（4）延伸到地面上与监测仪器连接。
4.根据权利要求1所述的地面垂直钻孔内部岩移多测点循环安装装置，其特征在于：所有测点锚爪（12）按照由深部向浅部的原则逐个安装，需要安装深度根据岩层柱状信息和需要监测的层位确定，实际下放深度根据承重供电线缆（5）下放长度或锚爪测线（11）下放长度确定。
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