CN111781657B - 测量裂隙带贯穿高度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及裂隙带检测技术领域，提供了测量裂隙带贯穿高度的装置及方法。测量裂隙带贯穿高度的装置，包括：胶塞，所述胶塞设于由地面钻至采空区的预设钻孔内，所述胶塞内设充气腔；连接管，所述连接管的第一端嵌入所述胶塞内，并与所述充气腔连通；气泵，所述气泵的输出端与所述连接管的第二端连接；瓦斯探测器，所述瓦斯探测器设于地面，用以监测预设钻孔内的瓦斯流量。本发明实现对裂隙带贯穿高度的准确测量，获取工作面全回采生命周期贯穿裂隙带发育高度及渐进式演化，结构简单，成本低，质量轻且测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及裂隙带检测技术领域，特别是涉及一种测量裂隙带贯穿高度的装置及方法。
背景技术
现有技术中，通过大量的现场研究，只能揭示裂隙带发育高度的大致范围，无法直接测量裂隙带的高度，导致无法保证安全作业的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种测量裂隙带贯穿高度的装置，以解决现有无法直接测量裂隙带的高度的问题。
本发明还提出一种测量裂隙带贯穿高度的方法。
根据本发明第一方面实施例的一种测量裂隙带贯穿高度的装置，包括：
胶塞，所述胶塞设于由地面钻至采空区的预设钻孔内，所述胶塞内设充气腔；
连接管，所述连接管的第一端嵌入所述胶塞内，并与所述充气腔连通；
气泵，所述气泵的输出端与所述连接管的第二端连接；
瓦斯探测器，所述瓦斯探测器设于地面，用以监测所述预设钻孔内的瓦斯流量。
根据本发明的一个实施例，所述连接管的第一端与所述胶塞密封连接。
根据本发明的一个实施例，所述连接管内设有空气阀。
根据本发明的一个实施例，还包括提升筒和提升绳，所述提升绳的一端卷收在所述提升筒上，所述提升绳的另一端与所述胶塞连接。
根据本发明的一个实施例，所述胶塞的第一端与所述连接管的第一端连接，所述胶塞与其第一端相背的第二端设有铅锤。
根据本发明的一个实施例，所述瓦斯探测器的监测端设于所述预设钻孔的上端内。
根据本发明第二方面实施例的一种基于以上所述的测量裂隙带贯穿高度的装置的测量裂隙带贯穿高度的方法，包括如下步骤：
S1，将胶塞下放至预设钻孔内，使胶塞位于距离地面第一设定距离的层面；
S2，开启气泵，通过连接管向胶塞的充气腔充气，使胶塞膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器，监测预设钻孔靠近地面的端口处的瓦斯流量；
S3，基于监测的瓦斯流量调整胶塞的位置至测量出裂隙带的贯穿高度。
根据本发明的一个实施例，所述S3包括：
S4，若瓦斯探测器的监测结果为0，关闭气泵，下放胶塞第二设定距离，重复步骤S2；
S5，重复步骤S4至监测结果不为0，关闭气泵，上拉胶塞第三设定距离，重复步骤S2。
根据本发明的一个实施例，所述S3还包括：
S6，重复步骤S5至监测结果为0，下放胶塞第四设定距离，重复步骤S2至监测结果不为0。
根据本发明的一个实施例，所述第三设定距离为所述第二设定距离的一半，所述第四设定距离为所述第三设定距离的一半。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
通过设置气泵，实现气泵通过连接管向胶塞的充气腔充气，使胶塞膨胀，进而膨胀后的胶塞对预设钻孔进行密封封堵，瓦斯探测器监测胶塞上侧的预设钻孔内的瓦斯流量，进而实现对裂隙带贯穿高度的准确测量，获取工作面全回采生命周期贯穿裂隙带发育高度及渐进式演化，结构简单，成本低，质量轻且测量精度高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例测量裂隙带贯穿高度的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例测量裂隙带贯穿高度的装置测量过程中气体走向示意图；
图3为本发明实施例测量裂隙带贯穿高度的方法的步骤示意图。
附图标记：
1、胶塞；2、充气腔；3、连接管；4、气泵；5、瓦斯探测器；6、提升筒；7、地面；8、采空区；9、铅锤；10、预设钻孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种测量裂隙带贯穿高度的装置，包括：
胶塞1，胶塞1设于由地面7钻至采空区8的预设钻孔10内，胶塞1内设充气腔2；
连接管3，连接管3的第一端嵌入胶塞1内，并与充气腔2连通；
气泵4，气泵4的输出端与连接管3的第二端连接；
瓦斯探测器5，瓦斯探测器5设于地面7，用以监测预设钻孔10内的瓦斯流量。可以理解的，胶塞1为空心结构，且为可膨胀收缩的弹性材料。胶塞1用于设置在预设钻孔10内，预设钻孔10由地面7开始，钻探至采空区8形成。初始状态的胶塞1的直径小于预设钻孔10的直径，保证胶塞1可在预设钻孔10内上下移动。胶塞1内设有充气腔2，通过向充气腔2内充气，使胶塞1膨胀，直径变大，与预设钻孔10的侧壁紧密接触，形成密封状态，实现对预设钻孔10内指定层位的密封封堵，有效封隔胶塞1下部岩层中的瓦斯气体进入胶塞1上部岩层，进而对位于胶塞1上侧的预设钻孔10内瓦斯流量的检测。
进一步地，连接管3的第一端嵌入胶塞1内，连接管3的第二端与气泵4的输出端连接，且连接管3的第一端与充气腔2连通，实现气泵4通过连接管3向充气腔2泵入空气，使胶塞1膨胀。胶塞1与预设钻孔10形成密封连接状态后，气泵4维持当前压力，保证整个测量过程胶塞1的膨胀程度，即充气腔2产生的气压稳定，防止胶塞1发生收缩而与预设钻孔10发生脱离，影响测量的准确性。通过调整连接管3伸入预设钻孔10内的长度，实现对胶塞1位置的调整。本实施例中，连接管3的直径小于充气腔2的直径。
其中，瓦斯探测器5设于地面7上，靠近预设钻孔10的出口处，用以监测预设钻孔10内胶塞1上侧空间的瓦斯流量，进而判断裂隙带的贯穿高度。具体的，如图2所示，空气的流动方向为由气泵4通过连接管3输送至充气腔2内，胶塞1的位置低于裂隙带的贯穿高度，瓦斯由胶塞1上侧的预设钻孔10向出口流动，瓦斯探测器5监测预设钻孔10出口处的瓦斯流量，作为判断胶塞1所在层面低于裂隙带贯穿高度的标志，同理，若瓦斯探测器5未监测到瓦斯，说明胶塞1所在层面高于裂隙带贯穿高度。
在本发明的一个实施例中，连接管3的第一端与胶塞1密封连接。可以理解的，连接管3的第二端的外侧壁与胶塞1密封连接，连接管3的出气口嵌入充气腔2内，保证充气过程中没有空气从充气腔2泄漏，提高充气效率，同时，有助于提高测量过程中，充气腔2内压力的稳定性，使胶塞1始终与预设钻孔10的侧壁紧密贴合，保证密封封堵效果，提高瓦斯浓度检测的准确性。
在本发明的一个实施例中，连接管3内设有空气阀(图中未示出)。可以理解的，通过在连接管3内设置空气阀，有效防止在气泵4关闭时，连接管3内产生负压，导致充气腔2瞬间收缩，损坏胶塞1。具体的，关闭空气阀，开启气泵4，向充气腔2内注入空气，实现胶塞1膨胀；开启空气阀，关闭气泵4，使充气腔2内的气体经连接管3排出，实现胶塞1的缓慢收缩，实现对胶塞1的保护。
在本发明的一个实施例中，还包括提升筒6和提升绳(图中未示出)，提升绳的一端卷收在提升筒6上，提升绳的另一端与胶塞1连接。可以理解的，提升筒6安装在地面7上，且靠近预设钻孔10的出口处。提升绳的一端卷收在提升筒6上，其另一端与胶塞1固定连接，通过旋转提升筒6，实现对提升绳的卷收或展开，实现对胶塞1的拉升或下放，进而实现对预设钻孔10内不同高度的封堵，以及完成对胶塞1上侧的预设钻孔10内的瓦斯浓度的监测。
在本发明的一个实施例中，胶塞1的第一端与连接管3的第一端连接，胶塞1与其第一端相背的第二端设有铅锤9。可以理解的，连接管3的第一端与胶塞1的上端连接，胶塞1的下端设有铅锤9。通过在胶塞1的下端设置铅锤9，增加胶塞1的重量，以克服胶塞1下侧的瓦斯对胶塞1的浮力，确保调整胶塞1在预设钻孔10内的位置的准确度。值得说明的，铅锤9的重量根据实际需要设定，保证铅锤9的重量大于瓦斯对胶塞1的浮力，且小于胶塞1膨胀后与预设钻孔10侧壁之间摩擦力。
在本发明的一个实施例中，瓦斯探测器5的监测端设于预设钻孔10的上端内。可以理解的，为了保证瓦斯探测器5的监测的准确度，将瓦斯探测器5的检测端安装在预设钻孔10的上端内，即瓦斯的出口处。
本发明实施例还提供一种基于以上所述的测量裂隙带贯穿高度的装置的测量裂隙带贯穿高度的方法，包括如下步骤：
S1，将胶塞1下放至预设钻孔内，使胶塞1位于距离地面7第一设定距离的层面；
S2，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
S3，基于监测的瓦斯流量调整胶塞1的位置至测量出裂隙带的贯穿高度。
在本发明的一个实施例中，S3包括：
S4，若瓦斯探测器5的监测结果为0，关闭气泵4，下放胶塞1第二设定距离，重复步骤S2；
S5，重复步骤S4至监测结果不为0，关闭气泵4，上拉胶塞1第三设定距离，重复步骤S2。
在本发明的一个实施例中，S3还包括：
S6，重复步骤S5至监测结果为0，下放胶塞1第四设定距离，重复步骤S2至监测结果不为0。
在本发明的一个实施例中，第三设定距离为第二设定距离的一半，第四设定距离为第三设定距离的一半。
如图3所示，本发明实施例测量裂隙带贯穿高度的方法，具体包括如下步骤：
第一步，通过旋转提升筒6，展开提升绳，将胶塞1下放至预设钻孔内，在铅锤9重力的配合作用下，使胶塞1位于距离地面7第一设定距离h的层面；关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第二步，瓦斯探测器5的监测结果为0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，展开提升绳，继续下放胶塞1第二设定距离a；关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第三步，瓦斯探测器5的监测结果还为0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，展开提升绳，继续下放胶塞1第二设定距离a；关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第四步，瓦斯探测器5的监测结果大于0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，卷收提升绳，上拉胶塞1第三设定距离a/2，关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第五步，瓦斯探测器5的监测结果为0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，展开提升绳，继续下放胶塞1第四设定距离a/4；关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第六步，瓦斯探测器5的监测结果大于0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，卷收提升绳，上拉胶塞1第五设定距离a/8，关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
第七步，瓦斯探测器5的监测结果为0，打开空气阀，关闭气泵4，旋转提升筒6，展开提升绳，继续下放胶塞1第六设定距离a/16；关闭空气阀，开启气泵4，通过连接管3向胶塞1的充气腔2充气，使胶塞1膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器5，监测预设钻孔靠近地面7的端口处的瓦斯流量；
根据检测的瓦斯流量，逐步缩小上拉或下放距离，最终确定裂隙带贯穿区岩层层位，从而确定裂隙带贯穿岩层的发育高度，完成测量。
基于上述测量裂隙带贯穿高度的方法，可同时实现对强弱岩层力层面的测量，强弱岩层之间离层可通过气体排放特征来确定。当某个强弱层位发生离层时，在离层面空间内积聚有一定浓度的瓦斯，当胶塞探测至此区域下方，且在裂隙贯穿区上方时，地面瓦斯探测器实测瓦斯排放浓度刚开始较高，但之后呈现逐步减小趋势，并最终减小至0，表明赋存在离层面空间的瓦斯排放完毕，基于该特点可确定该层位为强弱岩层之间发生相互离层。
为准确把握贯穿裂隙带及强弱岩层离层面逐步形成过程，在工作面全回采生命周期过程中，必须间隔1～4天就对各个探测孔进行一次系统的探测。沿工作面倾向方向，从地面向采空区钻取多个探测孔，从而可以确定裂隙带贯穿区及强弱岩层离层面沿回采工作面倾向方向发育宽度，并基于工作面全回采生命周期的监测，系统把握裂隙带贯穿区发育及强度岩层离层面发育高度及宽度的渐进式演化。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
通过设置气泵，实现气泵通过连接管向胶塞的充气腔充气，使胶塞膨胀，进而膨胀后的胶塞对预设钻孔进行密封封堵，瓦斯探测器监测胶塞上侧的预设钻孔内的瓦斯流量，进而实现对裂隙带贯穿高度的准确测量，获取工作面全回采生命周期贯穿裂隙带发育高度及渐进式演化，结构简单，成本低，质量轻且测量精度高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (7)
1.一种测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，测量裂隙带贯穿高度的装置包括：
胶塞，所述胶塞设于由地面钻至采空区的预设钻孔内，所述胶塞内设充气腔；
连接管，所述连接管的第一端嵌入所述胶塞内，并与所述充气腔连通；
气泵，所述气泵的输出端与所述连接管的第二端连接；
瓦斯探测器，所述瓦斯探测器设于地面，并且所述瓦斯探测器的检测端设于预设钻孔的上端内，用以监测所述预设钻孔内的瓦斯流量；
所述方法包括：
S1，将胶塞下放至预设钻孔内，使胶塞位于距离地面第一设定距离的层面；
S2，开启气泵，通过连接管向胶塞的充气腔充气，使胶塞膨胀并与预设钻孔的孔壁密封接触，开启瓦斯探测器，监测预设钻孔靠近地面的端口处的瓦斯流量；
S3，基于监测的瓦斯流量调整胶塞的位置至测量出裂隙带的贯穿高度；
S4，若瓦斯探测器的监测结果为0，关闭气泵，下放胶塞第二设定距离，重复步骤S2；
S5，重复步骤S4至监测结果不为0，关闭气泵，上拉胶塞第三设定距离，重复步骤S2。
2.根据权利要求1所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，所述连接管的第一端与所述胶塞密封连接。
3.根据权利要求1所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，所述连接管内设有空气阀。
4.根据权利要求1所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，还包括提升筒和提升绳，所述提升绳的一端卷收在所述提升筒上，所述提升绳的另一端与所述胶塞连接。
5.根据权利要求1所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，所述胶塞的第一端与所述连接管的第一端连接，所述胶塞与其第一端相背的第二端设有铅锤。
6.根据权利要求1所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，所述S3还包括：
S6，重复步骤S5至监测结果为0，下放胶塞第四设定距离，重复步骤S2至监测结果不为0。
7.根据权利要求6所述的测量裂隙带贯穿高度的方法，其特征在于，所述第三设定距离为所述第二设定距离的一半，所述第四设定距离为所述第三设定距离的一半。
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2020
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