CN113063366B - 一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，属于煤矿井下瓦斯防治领域。其实现装置包括顶板监测装置、底板监测装置、激光测距仪和水平校准仪。所述顶板监测装置和底板监测装置安装完成后处于同一铅垂线相交的巷道顶底板。所述激光测距仪用于测量顶板监测装置和底板监测装置之间的距离。所述水平校准仪用于检测顶底板监测装置上的刚性监测板安装是否水平。其测定方法是借助上述装置测得保护层开采后倾斜被保护煤层巷道的变形量，再结合倾斜被保护煤层的厚度、倾角、巷道的高度等数据，计算得到倾斜被保护煤层的膨胀变形率。本发明专利解决了无法在倾斜被保护煤层内直接测定膨胀变形量的难题，具有操作简单、精度高等优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及煤矿井下瓦斯防治领域，具体涉及一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法。
背景技术
我国深部煤层普遍具有高地应力、高瓦斯压力、高温和低透气性的特征，导致深部煤层煤与瓦斯突出灾害严重。开采倾斜突出煤层应优先选择保护层开采，在开采保护层时，富瓦斯倾斜被保护煤层会产生卸压，透气性增加，通过进一步预抽瓦斯可消除或降低倾斜被保护煤层突出危险性。
膨胀变形率是衡量倾斜被保护煤层卸压增透效果的主要指标之一。目前，测定倾斜被保护煤层膨胀变形率的方法主要采用深部基点法。受采掘布局影响，深部基点法的施工地点一般设置在开采煤层的临近煤层，从临近煤层巷道向被保护煤层打穿层钻孔来测定倾斜被保护煤层的膨胀变形量。但是，当临近煤层巷道与被保护煤层距离较远时，穿层钻孔施工的难度会成倍增加，膨胀变形率测定误差也随着煤层的层间距越来越大。因此，如果倾斜被保护煤层已掘出巷道，在倾斜被保护煤层巷道内测定膨胀变形率是现场工程技术人员的首要选择。但现有技术方法中，尚缺少在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，该方法能够直接在倾斜被保护煤层内测定其膨胀变形量，用于定量化评估倾斜被保护煤层的卸压增透效果。
本发明专利采用技术方案如下：
一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，该方法基于下列四个装置实现，分别为：顶板监测装置、底板监测装置、激光测距仪和水平校准仪。
所述顶板监测装置是由固定式螺纹锚杆、连接式螺纹锚杆、花篮螺丝、蝶形螺栓、刚性监测板和固定螺丝帽组成。所述固定式螺纹锚杆杆体附有螺纹，施工完成后固定于巷道的顶板处；所述连接式螺纹锚杆杆体附有螺纹，其用于连接花篮螺丝与刚性监测板；所述的刚性监测板有垂直于板体的四个孔洞，分别位于刚性监测板的四个角，使用时需将连接式螺纹锚杆穿进孔洞，再将固定螺丝帽旋进连接式螺纹锚杆，使连接式螺纹锚杆与刚性监测板垂直；所述花篮螺丝开有三个螺丝孔，其中上下两侧的一侧与固定式螺纹锚杆相连，另一侧与连接式螺纹锚杆相接，花篮螺丝侧边的螺丝孔用于连接蝶形螺栓；所述蝶形螺栓用于固定刚性监测板的位置，待刚性监测板调整至水平后旋紧蝶形螺栓。
所述底板监测装置与所述顶板监测装置具有相同的结构，两者在安装完成后分别处于同一铅垂线相交的巷道顶底板。
所述激光测距仪用于测量同一铅垂线上固定在的巷道顶板和巷道底板的刚性监测板之间的距离。
所述水平校准仪用于安装过程中对刚性监测板进行调整，使得刚性监测板水平。
一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，包括如下步骤：
S001保护层开采前，安装顶板监测装置和底板监测装置。首先将四根连接式螺纹锚杆穿过刚性监测板预留的四个孔洞，将固定螺丝帽从刚性监测板下方旋进连接式螺纹锚杆，使连接式螺纹锚杆与刚性监测板垂直。
S002将连接式螺纹锚杆上方连接花篮螺丝上下两侧的一侧。
S003将花篮螺丝的另一侧连接固定式螺纹锚杆，之后将固定式螺纹锚杆固定于巷道顶板处。
S004使用水平校准仪使得刚性监测板保持水平。
S005刚性监测板调整至水平之后，拧紧蝶形螺栓，顶板监测装置安装完毕。
S006沿顶板监测装置的铅垂方向在巷道底板处确定底板监测装置的安装位置。
S007重复步骤S001-S005，安装底板监测装置。
S008保护层开采前，使用激光测距仪测量并记录倾斜被保护煤层巷道的高度h，以及同一地点顶底板两个刚性监测板之间的距离L1。
S009保护层开采后，使用激光测距仪连续监测并记录倾斜被保护煤层巷道顶底板两个刚性监测板之间的距离，待监测数值稳定之后，将稳定的数值记作L2。
S010保护层开采过程中，顶板监测装置和底板监测装置的变形量可以忽略不记。因此，根据保护层开采前两个刚性监测板之间的距离L1和保护层开采后两个刚性监测板之间的距离L2，采用下式计算保护层开采前后倾斜被保护煤层巷道的变形量L：
L＝L2-L1
S011查阅矿井地质资料，获得倾斜被保护煤层的厚度H以及倾斜被保护煤层的倾角α，采用下式计算倾斜被保护煤层厚度H与巷道高度h的比值k：
S012进一步地，采用下式计算倾斜被保护煤层的膨胀变形量x：
S013进一步地，采用下式计算倾斜被保护煤层的膨胀变形率P：
本发明专利的有益效果：本发明提供一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，能够直接在倾斜被保护煤层内测定其膨胀变形量，进而计算倾斜被保护煤层的膨胀变形率。解决了现有技术方法中无法在倾斜被保护煤层内直接测定膨胀变形量的难题，具有操作简单、测量精度高等优点；本发明亦适用于复杂应力环境煤矿井下巷道围岩变形监测。
附图说明
图1为本发明专利应用于巷道布置示意图。
图2为本发明专利测定装置的结构示意图。
图示标记：1、顶板监测装置；2、底板监测装置；3、激光测距仪；4、水平校准仪；1-1、固定式螺纹锚杆；1-2、连接式螺纹锚杆；1-3、花篮螺丝；1-4、蝶形螺栓；1-5、刚性监测板；1-6、固定螺丝帽；5、巷道顶板；6、巷道底板；7、煤层；8、岩层。
具体实施方式
下面结合附图1和图2对本发明专利的实施作进一步分析描述。
如图1和图2所示，一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，该方法基于下列四个装置实现实现，分别为：顶板监测装置1、底板监测装置2、激光测距仪3和水平校准仪4。
所述顶板监测装置1是由固定式螺纹锚杆1-1、连接式螺纹锚杆1-2、花篮螺丝1-3、蝶形螺栓1-4、刚性监测板1-5和固定螺丝帽1-6组成。所述固定式螺纹锚杆1-1杆体附有螺纹，施工完成后固定于巷道顶板5处；所述连接式螺纹锚杆1-2杆体附有螺纹，其用于连接花篮螺丝1-3与刚性监测板1-5；所述刚性监测板1-5有垂直于板体的四个孔洞，分别位于刚性监测板1-5的四个角，使用时需将连接式螺纹锚杆1-2穿进孔洞，再将固定螺丝帽1-6旋进连接式螺纹锚杆1-2，使连接式螺纹锚杆1-2与刚性监测板1-5垂直；所述花篮螺丝1-3开有三个螺丝孔，其中上下两侧的一侧与固定式螺纹锚杆1-1相连，另一侧与连接式螺纹锚杆1-2相接，花篮螺丝1-3侧边的螺丝孔用于连接蝶形螺栓1-4；所述蝶形螺栓1-4用于固定刚性监测板1-5的位置，待刚性监测板1-5调整至水平后旋紧蝶形螺栓1-4。
所述底板监测装置2与所述顶板监测装置1具有相同的结构，两者在安装完成后分别处于同一铅垂线相交的巷道顶底板。
所述激光测距仪3用于测量同一铅垂线上固定在的巷道顶板5和巷道底板6的刚性监测板1-5之间的距离。
所述水平校准仪用于安装过程中对刚性监测板1-5进行调整，使得刚性监测板1-5水平。
一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，包括如下步骤：
S001保护层开采前，安装顶板监测装置1和底板监测装置2。首先将四根连接式螺纹锚杆1-2穿过刚性监测板1-5预留的四个孔洞，将固定螺丝帽1-6从刚性监测板1-5下方旋进连接式螺纹锚杆1-2，使连接式螺纹锚杆1-2与刚性监测板1-5垂直。
S002将连接式螺纹锚杆1-2上方连接花篮螺丝1-3上下两侧的一侧。
S003将花篮螺丝1-3的另一侧连接固定式螺纹锚杆1-1，之后将固定式螺纹锚杆1-1固定于巷道顶板5处。
S004使用水平校准仪4使得刚性监测板1-5保持水平。
S005刚性监测板1-5调整至水平之后，拧紧蝶形螺栓1-4，顶板监测装置1安装完毕。
S006沿顶板监测装置1的铅垂方向在巷道底板6处确定底板监测装置2的安装位置。
S007重复步骤S001-S005，安装底板监测装置2。
S008保护层开采前，使用激光测距仪3测量并记录倾斜被保护煤层巷道的高度h，以及同一地点顶底板两个刚性监测板1-5之间的距离L1。
S009保护层开采后，使用激光测距仪3连续监测并记录倾斜被保护煤层巷道顶底板两个刚性监测板1-5之间的距离，待监测数值稳定之后，将稳定的数值记作L2。
S010保护层开采过程中，顶板监测装置1和底板监测装置2的变形量可以忽略不记。因此，根据保护层开采前两个刚性监测板1-5之间的距离L1和保护层开采后两个刚性监测板1-5之间的距离L2，采用下式计算保护层开采前后倾斜被保护煤层巷道的变形量L：
L＝L2-L1
S011查阅矿井地质资料，获得倾斜被保护煤层的厚度H以及倾斜被保护煤层的倾角α，采用下式计算倾斜被保护煤层厚度H与巷道高度h的比值k：
S012进一步地，采用下式计算倾斜被保护煤层的膨胀变形量x：
S013进一步地，采用下式计算倾斜被保护煤层的膨胀变形率P：
Claims (2)
1.一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，其特征在于所述方法基于下列四个装置实现，分别为：顶板监测装置、底板监测装置、激光测距仪和水平校准仪,所述顶板监测装置和底板监测装置结构相同，是由固定式螺纹锚杆、连接式螺纹锚杆、花篮螺丝、蝶形螺栓、刚性监测板和固定螺丝帽组成；
所述方法的具体步骤如下：
S001保护层开采前，在煤矿井下倾斜被保护煤层卸压区域内的巷道安装顶板监测装置和底板监测装置，首先将四根连接式螺纹锚杆穿过刚性监测板预留的四个孔洞，将固定螺丝帽从刚性监测板下方旋进连接式螺纹锚杆，使连接式螺纹锚杆与刚性监测板垂直；
S002将连接式螺纹锚杆上方连接花篮螺丝上下两侧的一侧；
S003将花篮螺丝的另一侧连接固定式螺纹锚杆，之后将固定式螺纹锚杆固定于巷道顶板处；
S004使用水平校准仪使得刚性监测板保持水平；
S005刚性监测板调整至水平之后，拧紧蝶形螺栓，顶板监测装置安装完毕；
S006沿顶板监测装置的铅垂方向在巷道底板处确定底板监测装置的安装位置；
S007重复步骤S001-S005，安装底板监测装置；
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S009保护层开采后，使用激光测距仪连续监测并记录倾斜被保护煤层巷道顶底板两个刚性监测板之间的距离，待监测数值稳定之后，将稳定的数值记作L2；
S010保护层开采过程中，顶板监测装置和底板监测装置的变形量可以忽略不记，根据保护层开采前两个刚性监测板之间的距离L1和保护层开采后两个刚性监测板之间的距离L2，采用下式计算保护层开采前后倾斜被保护煤层巷道的变形量L：
L＝L2-L1
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S012采用下式计算倾斜被保护煤层的膨胀变形量x：
S013计算倾斜被保护煤层的膨胀变形率：
2.根据权利要求1所述的一种在倾斜被保护煤层内测定膨胀变形率的方法，其特征在于：固定式螺纹锚杆杆体附有螺纹；连接式螺纹锚杆杆体附有螺纹，其用于连接花篮螺丝与刚性监测板；刚性监测板有垂直于板体的四个孔洞，分别位于刚性监测板的四个角，使用时需使连接式螺纹锚杆与刚性监测板垂直；花篮螺丝开有三个螺丝孔，其中上下两侧的一侧与固定式螺纹锚杆相连，另一侧与连接式螺纹锚杆相接，花篮螺丝侧边的螺丝孔用于连接蝶形螺栓；蝶形螺栓用于固定刚性监测板的位置。
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