CN201671622U - 煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪 - Google Patents

Abstract

一种煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，中空结构的联接钻杆的顶端与下部测试联接杆的底端联接，下部测试联接杆的外围套设有下部橡胶囊、顶端与注水花管的底端联接，注水花管的顶端与上部测试联接杆的底端联接，上部测试联接杆的外围套设有上部橡胶囊，联接钻杆的内部设置有与上部橡胶囊和下部橡胶囊相联通的气管、底部设置有与低压输气装置联接的底部输气连接端头和与中压输水装置联接的底部输水连接端头，底部输气连接端头与气管联通。本实用新型具有设计合理、结构简单、操作简便、测试效果好等突出优点，可方便应用于浅部、中部矿井，以及深部矿井开采等条件下覆岩导水裂缝带的确定，为实际生产提供决策依据。

Description

煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪

技术领域

本实用新型属于煤矿测试技术领域，具体涉及一种测定煤矿井下覆岩断裂导水裂缝带高度和范围的设备。

背景技术

在煤炭开采过程中，随着煤层采掘的推进，在工作面后方的上覆岩会自下而上形成导水裂缝带。当上覆岩存在含水层或者工作面上方有地面水时，一旦裂缝带发育达到水体的影响范围内，就会造成水体溃入井下，影响煤矿正常生产，同时危及人员生命安全。对开采覆岩导水裂缝带的观测研究是进行含水层或水体下安全开采的主要技术措施之一，其研究成果是矿井工程设计和开采的依据，依此确定合理的开采上限和开采高度，确保国家资源的合理回收，也是确定防治水工程的重要依据之一。导水裂缝带范围和高度的确定无论对于煤矿安全生产、地表防护，还是地下水资源的保护都具有极其重要的意义，所以导水裂缝带的探测研究一直是我国水体下安全开采的关键性问题。

迄今为止，覆岩导水裂缝带的主要探测手段有水文地质法、物探法、室内模拟法和经验公式法，其中，地面钻孔冲洗液消耗量观测法是公认的比较直观有效且可靠的传统方法。地面钻孔冲洗液消耗量观测法是在地面施工钻孔，通过观测浆液的漏失，同时配合孔内物探测井(超声成相，声速测井等)获得观测数据，对采前及采后的钻孔资料进行对比分析，获得开采的覆岩导水裂缝带的最大高度。这在中硬及浅部三软地层均有成功的先例。但是，实践及工程表明，煤层开采后覆岩的运动和破坏是由下向上传递发展的，在整个运动没有稳定之前，由上而下的地面观测法总要不可避免地受到岩层运动的影响，在覆岩开采移动稳定后观测到的资料往往不能代表其导水裂缝带的最大发育高度，这对水体下安全开采，尤其在缓倾斜煤层条件下是极为重要的。由上可知，传统的地面钻孔观测方法存在如下缺点：钻孔施工和消耗材料费用高，钻孔施工方向与导水裂缝带发育方向相反，导水裂缝带发育过程、形态和发育高度观测难以达到精确化程度，更重要的是三软深部开采传统方法难以保证钻孔施工成功，达不到观测目的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有观测仪器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、操作简便、测试效果好的煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，中空结构的联接钻杆的顶端与下部测试联接杆的底端联接，下部测试联接杆的外围套设有下部橡胶囊、顶端与注水花管的底端联接，注水花管的顶端与上部测试联接杆的底端联接，上部测试联接杆的外围套设有上部橡胶囊，联接钻杆的内部设置有与上部橡胶囊和下部橡胶囊相联通的气管、底部设置有与低压输气装置联接的底部输气连接端头和与中压输水装置联接的底部输水连接端头，底部输气连接端头与气管联通。

本实用新型的低压输气装置为：在输气管的右端设置有与气源联接的低压气源接头、左端设置有与底部输气连接端头联接的测试仪输气接头，输气管泄压阀设置在低压气源接头与测试仪输气接头之间测试仪输气接头一侧，输气管压力调节阀设置在低压气源接头与测试仪输气接头之间低压气源接头一侧，输气管压力表安装于输气管泄压阀和输气管压力调节阀之间。

本实用新型的中压输水装置为：在输水管的右端设置有与水源联接的中压水源接头、右端设置有与底部输水连接端头联接的测试仪输水接头，输水管的中部设置有输水管泄压阀，输水管压力表设置在输水管泄压阀与中压水源接头之间输水管泄压阀一侧，输水管压力调节阀设置在输水管泄压阀与中压水源接头之间中压水源接头一侧，流量表设置在输水管泄压阀与测试仪输水接头之间输水管泄压阀一侧，单向导水阀设置在输水管泄压阀与测试仪输水接头之间测试仪输水接头一侧。

本实用新型的煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，采用在联接钻杆的顶部联接上部测试端头，上部测试端头两端的上、下部橡胶囊与联接钻杆的气管联通，测试时，通气后的上、下部橡胶囊将测试端堵死，然后注水观测水的流失量，从而探测到覆岩导水裂缝带的形态、发育过程、最大发育高度和形成的时间等信息。由于井下仰孔深度浅，钻进速度快，可在工作面采过观测孔位，当顶板冒落下沉，躲过岩移活跃期后，以较快的速度钻进，观测导水裂缝带最大高度，这种观测方式符合覆岩动运规律、能较大程度地避免岩层移动影响，且能有效、客观地反映采动裂缝发育状况。本实用新型具有设计合理、结构简单、操作简便、测试效果好等突出优点，可方便应用于浅部、中部矿井，以及深部矿井开采等条件下覆岩导水裂缝带的确定，为实际生产提供决策依据。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2为沿图1中A-A线的剖视图。

图3为沿图1中B-B线的剖视图。

图4为图1中低压输气装置11的结构示意图。

图5为图1中中压输水装置10的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明，但本实用新型不限于这些实施例。

在图1至图5中，本实施例的煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪由上部橡胶囊1、上部测试联接杆2、注水花管3、下部测试联接杆4、下部橡胶囊5、联接钻杆6、气管7、底部输气连接端头8、底部输水连接端头9、中压输水装置10、低压输气装置11联接构成。

如图1～图3所示，上部橡胶囊1套在上部测试联接杆2的外围，上部测试联接杆2的底端与注水花管3的上端通过螺纹联接，注水花管3上加工有泄水孔，泄水孔用于中压水流入到矿井的钻孔内，注水花管3的底端与下部测试联接杆4的顶端通过螺纹联接，下部橡胶囊5套在下部测试联接杆4的外围，下部测试联接杆4的底端与联接钻杆6的顶端通过螺纹联接。上部橡胶囊1、上部测试联接杆2、注水花管3、下部测试联接杆4、下部橡胶囊5构成上部测试端头。

下部测试联接杆4的底端通过螺纹联接安装有联接钻杆6，联接钻杆6为中空钻杆，联接钻杆6由多节相互联接的钻杆组成，每一钻杆的一端设置螺母、另一端设置螺杆，根据测试孔的深度确定钻杆的数量，通过钻杆两端的螺杆与螺母相互联接至所需长度，整个联接钻杆6的长度与直径根据实际测试需要选取。联接钻杆6内安装有气管7，气管7与上部橡胶囊1和下部橡胶囊5内相联通。联接钻杆6的底部通过螺纹联接有底部输气连接端头8和位于底部输气连接端头8下方的底部输水连接端头9，底部输气连接端头8的内端通过螺纹与气管9的下端相联接、外端通过螺纹与低压输气装置11联接，底部输水连接端头9与联接钻杆6内相联通、通过螺纹与中压输水装置10联接。底部输气连接端头8与气管7联通。

如图4所示，本实施例的低压输气装置11由输气管110低压气源接头111、输气管压力调节阀112、输气管压力表113、输气管泄压阀114及测试仪输气接头115联接构成。低压气源接头111通过螺纹联接安装于输气管110的右端，测试仪输气接头115通过螺纹联接安装于输气管110的左端、与底部输气连接端头8联接，输气管泄压阀114和输气管压力调节阀112通过螺纹联接安装于输气管110的中部，泄压阀114靠近测试仪输气接头115，压力调节阀112靠近低压气源接头111，输气管压力表113通过螺纹紧固联接件安装于输气管上、位于泄压阀114和压力调节阀112之间。

如图5所示，本实施例的中压输水装置10由输水管100、中压水源接头101、输水管压力调节阀102、输水管压力表103、输水管泄压阀104、流量表105、单向导水阀106及测试仪输水接头107联接构成。中压水源接头101通过螺纹联接安装于输水管100的右端，测试仪输水接头107通过螺纹联接安装于输水管100的左端、与底部输水连接端头9联接，输水管泄压阀104垂直于输水管100方向通过螺纹联接安装于输水管100的中部，输水管压力表103通过螺纹紧固联接件安装在输水管泄压阀104与中压水源接头101之间靠近输水管泄压阀104的一侧，输水管压力调节阀102通过螺纹联接安装在输水管泄压阀104与中压水源接头101之间靠近中压水源接头101的一侧，流量表105通过螺纹联接安装在输水管泄压阀104与测试仪输水接头107之间靠近输水管泄压阀104的一侧，单向导水阀106通过螺纹联接安装在输水管泄压阀104与测试仪输水接头107之间靠近测试仪输水接头107的一侧。

以下对本实用新型的工作过程作说明：

在井下工作面外侧的可通行巷道或硐室中，向工作面内斜上方打小口径仰斜观测孔，观测孔穿过预计的导水裂缝带范围并超过预计界一定高度，将观测仪与钻机连接并送入观测孔中，测试正常后，首先接通低压输气装置11，加压至0.4～0.6Mpa，通过压力调节阀和泄压阀控制压力不超过1Mpa，以防止橡胶气囊爆裂。输气加压后，上部橡胶囊1和下部橡胶囊5充气胀起，将观测孔堵住。然后接通中压输水装置10，水进入联接钻杆6内部然后经注水花管3流出，由于上部橡胶囊1、下部橡胶囊5将注水花管3两端的空间堵死，可通过观测水有没有从覆岩渗漏判断是否存在导水裂缝带。通过压力调节阀和泄压阀控制水压保持在1.0～2.0Mpa，不超过2.5Mpa。如果从管口向外大量漏水，说明测试位置的气压小于水压，此时应减小水压，并适当逐渐增加气压，逐渐调节完成。一般控制测试压力高于水头压力0.1Mpa。每段测试的时间大约为20～30min，通过流量表记录该段测试水流量，测试期间记录孔深位置、气压、水压、水的流量；每1min记录一次，然后减小水压至1Mpa以下，保持5～8min，气压保持不变，再次增加水压进行测试，每段至少测试3次，至此该测试段测试完毕。

每段测完后，拆卸联接钻杆6之前，首先通过单向导水阀106排空联接钻杆6中的水，然后进行上部橡胶囊1及下部橡胶囊5的泄压，再拆卸联接钻杆6，防止橡胶囊与孔壁摩擦导致橡胶囊破裂，最后再从孔口位置卸去联接钻杆6。

依次重复上述步骤进行下一段的测试，直至水的漏失量变化很大，水压无法稳定增压时，再测5～8段结束。采用钻孔双端堵水的方式对观测孔进行逐段封隔注水，测定各孔段漏失量，依次确定导水裂缝带高度。

本实用新型采用仰角钻孔、中压注水、均压测试的方法测定井下断裂导水裂缝带范围和高度，测试深度达180米，仰角范围为-80～80°，测试结果可充分说明实际裂缝发育情况，与现有的测试仪器相比，具有以下优点：

1、工程量相对较低，在设定位置打好钻孔后，直接将观测仪送入观测孔内的预定高度，即可进行观测；

2、操作简便，出现问题能够及时补救，在大采深条件下具有费用低的特点；

3、观测数据可靠，采用分段局部注水加压、均压测试的方式，测试结果可信。

Claims (3)

1.一种煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，其特征在于：中空结构的联接钻杆(6)的顶端与下部测试联接杆(4)的底端联接，下部测试联接杆(4)的外围套设有下部橡胶囊(5)、顶端与注水花管(3)的底端联接，注水花管(3)的顶端与上部测试联接杆(2)的底端联接，上部测试联接杆(2)的外围套设有上部橡胶囊(1)，联接钻杆(6)的内部设置有与上部橡胶囊(1)和下部橡胶囊(5)相联通的气管(7)、底部设置有与低压输气装置(11)联接的底部输气连接端头(8)和与中压输水装置(10)联接的底部输水连接端头(9)，底部输气连接端头(8)与气管(7)联通。

2.按照权利要求1所述的煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，其特征在于：所说的低压输气装置(11)为：在输气管(110)的右端设置有与气源联接的低压气源接头(111)、左端设置有与底部输气连接端头(8)联接的测试仪输气接头(115)，输气管泄压阀(114)设置在低压气源接头(111)与测试仪输气接头(115)之间测试仪输气接头(115)一侧，输气管压力调节阀(112)设置在低压气源接头(111)与测试仪输气接头(115)之间低压气源接头(111)一侧，输气管压力表(113)安装于输气管泄压阀(114)和输气管压力调节阀(112)之间。

3.按照权利要求1所述的煤矿覆岩导水裂缝带仰孔观测仪，其特征在于：所说的中压输水装置(10)为：在输水管(100)的右端设置有与水源联接的中压水源接头(101)、右端设置有与底部输水连接端头(9)联接的测试仪输水接头(107)，输水管(100)的中部设置有输水管泄压阀(104)，输水管压力表(103)设置在输水管泄压阀(104)与中压水源接头(101)之间输水管泄压阀(104)一侧，输水管压力调节阀(102)设置在输水管泄压阀(104)与中压水源接头(101)之间中压水源接头(101)一侧，流量表(105)设置在输水管泄压阀(104)与测试仪输水接头(107)之间输水管泄压阀(104)一侧，单向导水阀(106)设置在输水管泄压阀(104)与测试仪输水接头(107)之间测试仪输水接头(107)一侧。

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