CN204754934U - 采动底板破坏深度分段观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采动底板破坏深度分段观测系统，其包括探测系统、封堵系统和供给测定系统，探测系统安装在裂隙带的钻孔中，封堵系统用于封闭所述钻孔，探测系统包括测试探头，所述测试探头是由若干个探测单元依次连接在一起形成的，相邻的探测单元之间通过卡槽接头形成可拆卸连接，在位于前部和中部的探测单元的卡槽接头内设置所述固定式压力调节阀，位于尾部的探测单元的卡槽接头内设置所述可拆卸式压力调节阀。本实用新型将若干个探测单元依次连接形成测试探头，通过固定式压力调节阀和可拆卸式压力调节阀调节压力值，保证每个探测单元的压力值保持相等，并且可实现对钻孔的同步测量，成倍的减少了工作量，提高了测量精度。

Description

采动底板破坏深度分段观测系统

技术领域

本实用新型属于矿山采动破坏带深度测定技术领域，具体涉及一种采动底板破坏深度分段观测系统。

背景技术

矿山底板采动裂隙带深度的测量是标志煤岩赋存状态的重要参数。在研究矿井防治水时，它是一个关键性的基础参数，因此为研究采动围岩中的导水通道的形成，就有必要掌握岩层移动规律和确定采动破坏带的高度测定，通常采用数值模拟、经验公式预计、现场实测等手段。

然而，由于现场条件复杂，在一定程度上，数值模拟不能很好的反映现场情况，经验公式预计的盲目性较大，随着采深加大，经验公式适用性越来越差。现场实测采用的设备每次只能测量一段，每段的测量长度约为1.5m，而钻孔长度约为30-50m，造成测量设备在钻孔中移动次数过多，由于钻孔倾角造成的水头压力误差和设备自身缺陷，导致原有设备的每次的测段不能太长，测段数少(通常为1个)、工作量大、移动次数多、测量不精确等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种采动底板破坏深度分段观测系统(即底板采动破坏范围分段测试系统)，该系统可实现底板采动破坏带的多段和同步测量，并且可根据钻孔长度适当的增加一次测量的测段数目，成倍的减少了工作量，提高了测量精度。

其技术解决方案包括：

一种采动底板破坏深度分段观测系统，其包括探测系统、封堵系统和供给测定系统，所述探测系统安装在裂隙带的钻孔中，所述封堵系统用于封闭所述钻孔，

所述探测系统包括测试探头，所述测试探头是由若干个探测单元依次连接在一起形成的，相邻的探测单元之间通过卡槽接头形成可拆卸连接，每个探测单元包括进水管、固定式压力调节阀、可拆卸式压力调节阀和电子流量计，每个探测单元的进水管的两端分别卡设在所述卡槽接头上，位于前部和中部的探测单元的卡槽接头内设置所述固定式压力调节阀，位于尾部的探测单元的卡槽接头内设置所述可拆卸式压力调节阀，所述进水管上设置有出水口，所述电子流量计安设在所述出水口处，用于记录该探测单元的流水量，每个探测单元中的水流压力保持相等；

所述封堵系统包括胶囊连接管、紧固螺圈、封堵胶囊操作台和若干个封堵胶囊，每个封堵胶囊均包绕在所述卡槽接头的外部，由所述的紧固螺圈将封堵胶囊紧固在所述卡槽接头上，所述胶囊连接管卡设在所述卡槽接头上，用于将相邻的封堵胶囊连通，所述封堵胶囊操作台通过所述胶囊连接管向每个封堵胶囊内输送高压气源；

所述供给测定系统与所述进水管连通，用于向进水管内注水、显示并记录各个参数。

上述技术方案带来的直接有益技术效果：

将测试探头设置为若干段即若干个单元，并且通过固定式压力调节阀和可拆卸式压力调节阀调节压力值，保证每个探测单元的压力值保持相等，由于存在若干个探测单元，又可实现对钻孔的同步测量。

测试探头中的每个探测单元与封堵系统中封堵胶囊相配合，可形成数个相对独立的探测单元，进行多单元同步测量，可增加每次测量的总长度；而现有的探测装置，只有一个探测单元，且单元长度较短，造成移动、测量次数多、工作量大，精确度差。

本实用新型测漏系统可使每次测量总长度长、测试探头移动次数少、工作量成倍减少，当探测单元测量时，固定式压力调节阀闭合，可使每个探测单元彼此间相对独立，可减少水头压力造成的误差，实现多段同步测量；当探测单元缺水时，固定式压力调节阀和可拆卸式压力调节阀开启，可使每个探测单元依次补充压力水源(先从位于前部的探测单元开始)，另外，由于该系统中固定式压力调节阀开启压力为定值，其值是根据特定的钻孔倾角和各个探测单元所测长度来设定的，因此利用该系统只可实现底板采动破坏带的特定角度的钻孔测量。

作为本实用新型的一个优选方案，所述卡槽接头包括柱状腔室、进水管卡槽接头和封堵胶囊接头，所述封堵胶囊接头位于所述进水管卡槽接头的上方，所述柱状腔室的顶部和底部有向外侧延伸的凸缘，所述封堵胶囊包绕在所述凸缘上。

上述技术方案所带来的直接有益技术效果为：凸缘在紧固螺圈固定封堵胶囊时，起到支撑作用，通过紧固螺圈，可将封堵胶囊固定在凸缘上，使封堵胶囊与卡槽接头形成起胀封堵胶囊所需的密封空间。

作为本实用新型的另一个优选方案，所述胶囊连接管分为独立的若干段，在靠近每段胶囊连接管的前部和尾部处均设置有套紧螺丝，位于前部和尾部的胶囊连接管呈圆形挡板状，用以挡住所述套紧螺丝。

优选的，所述套紧螺丝中间呈圆孔状，通过螺纹连接将胶囊连接管紧固在封堵胶囊接头上。

上述技术方案所带来的直接有益技术效果为：

由于封堵胶囊接头内部也呈圆形挡板状，因此可通过套紧螺丝与封堵胶囊接头的配合，将胶囊连接管镶嵌在封堵胶囊接头内，且彼此间压实密封。

优选的，所述可拆卸式压力调节阀包括弹簧、调节螺丝、密封压板、活塞组、孔一、孔二和通水孔，所述调节螺丝位于所述密封压板的顶部，所述弹簧位于密封压板的底部，所述活塞组位于所述弹簧下方，所述调节螺丝通过调节密封压板的位置来改变弹簧预紧力以达到相应的开启压力，通过所述活塞组的移动来控制水流。

优选的，所述可拆卸式压力调节阀中，若孔一的压力大于孔二的压力，并达到所述调节螺丝设定的开启压力值时，活塞组上移，此时活塞组恰好连通所述通水孔，孔一侧的水通过通水孔进入孔二侧，达到补充水的目的；若孔一侧的水的压力小于孔二侧的水的压力，在弹簧的作用下，活塞组在下侧，此时，活塞组恰好密封所述通水孔。

优选的，所述可拆卸式压力调节阀中的调节螺丝所调节的开启压力通过试验设定的注水压力来确定。

上述技术方案所带来的直接有益技术效果：可拆卸式压力调节阀可根据不同的注水压力的需求而提前通过调节螺丝设定相应的开启压力值，然后安装测量，进而实现外来压力水源注水时，须达到设定的开启压力值，才可进入进水管，起到过滤、调节水源压力的作用。

优选的，所述固定压力调节阀包括弹簧、活塞组、孔一、孔二和通水孔，所述活塞组位于弹簧下方，所述固定压力调节阀所开启的压力为特定值。

上述技术方案所带来的直接有益技术效果：

固定式压力调节阀的作用在于，其一是阻隔、密封相邻的探测单元，抵消上个探测单元的水头压力对下个探测单元的影响，其二是当某个探测单元缺水时，由于压力差，使固定式压力调节阀开启，由上个探测单元顺序补充压力水源，直至减少压力差使固定式压力调节阀关闭；另外，固定式压力调节阀开启压力是定值，因此该系统只适用于底板导水裂隙带的特定角度的钻孔测量。固定式压力调节阀和可拆卸式压力调节阀相互配合，既可以保证特定压力的水源顺序进入缺水的探测单元达到补水的作用，又可以相互阻隔形成相对独立的探测单元。

优选的，所述供给测定系统包括注水操作台、电子记录器、钻机和钻杆，所述注水操作台向所述进水管提供高压水源，所述电子记录器安装注水操作台上，用于记录所述电子流量计的流水量参数，所述钻机、钻杆用于移动所述探测系统，所述注水操作台包括流量表、压力表，分别用于观测注水流量和注水压力。

优选的，探测单元包括3-6个，每个探测单元所测钻孔长度为2m。

本实用新型所带来的有益技术效果：

本实用新型采动底板破坏深度分段观测系统，其主要包括探测系统、封堵系统和供给测定系统，与现有技术相比，本实用新型探测系统通过固定式压力调节阀，实现了固定压力下开启，水源自动补充，在保证了各测段压力相等的同时，可分为多个测段，既减少了水头压力造成的误差，又实现了各测段的同步测量，测段间水源自动顺序补充，成倍的减少了移动次数和工作量，尽可能的提高了测量精度。在现场实测中，可根据钻孔的长度，适当的增加一次测量的测段数目。由于采用了电子记录器，本实用新型可自动对相关数据进行周期性的记录、存储和传输，减少了人工数据记录的次数。

由于该系统中固定式压力调节阀开启压力为定值，其值是根据特定的钻孔倾角和各个探测单元所测长度来设定的，因此该系统只可实现底板采动破坏带的特定角度的钻孔测量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步清楚、完整的说明：

图1为本实用新型观测系统的结构示意图；

图2为观测系统工作状态示意图；

图3为测试探头结构示意图；

图4为中部探测单元结构分解图；

图5为胶囊连接管结构示意图；

图6为前部探测单元分解图；

图7为尾部探测单元卡槽接头部分结构示意图；

图8为固定式压力调节阀结构示意图；

图9为可拆卸式压力调节阀结构示意图；

图10为可拆卸式压力调节阀俯视图；

图中，1、岩体，2、钻孔，3、测试探头，301、前部探测单元，302，中部探测单元，303、尾部探测单元，4、封堵胶囊，5、紧固螺圈，6、密封垫圈，7、凸缘，8、进水管接头，9、进水管，10、弹簧，11、出水口，12、调节螺丝，13、密封压板，14、活塞组，15、孔一，16、孔二，17、通水孔，18、胶囊连接管，19、套紧螺丝，20、电子流量计，21、封堵胶囊接头，22、端盖，23、钻杆，24、钻机，25、耐压软管，26、高压软管，27、封堵室、28、封堵胶囊操作台、29、注水操作台，30、电子记录器，31、固定式压力调节阀，32、前部探测单元的前端，33、卡槽接头，34、压力表，35、流量表，36、可拆卸式压力调节阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

本实用新型采动底板破坏深度分段观测系统，如图1、图2所示，主要包括探测系统、封堵系统和供给测定系统，探测系统安装在裂隙带的钻孔中，封堵系统用于封闭所述钻孔，供给测定系统用于提供水源和气源。

探测系统包括测试探头，如图3所示，测试探头与现有技术不同，它不是一个整体，而是由若干个探测单元依次连接形成的，本实施例以三个探测单元为例来说明，将伸入底板岩层钻孔最内侧的为前部探测单元301、中部的为中部探测单元302和靠近外侧的尾部探测单元303，结合图4和图6所示，每个探测单元均包括进水管9、固定式压力调节阀31、可拆卸式压力调节阀36和电子流量计20，每个探测单元的进水管的两端分别卡设在卡槽接头上，通过卡槽接头形成可拆卸连接，尾部卡槽接头的结构如图7所示，卡槽接头的外形为柱状，其上下面向外侧有凸缘7，中间部分为柱状腔室，凸缘的作用在于使得封堵胶囊4更好的绕在凸缘卡槽接头上，卡槽接头33内设置有进水管接头8和封堵胶囊接头21，进水管接头8与进水管9连接，进水管9与供给测定系统中供水装置连接，位于前部和中部的探测单元的卡槽接头内设置固定式压力调节阀，位于尾部的探测单元的卡槽接头内设置可拆卸式压力调节阀，进水管9上设置有出水口11，出水口11的端部安装有一电子流量计20，出水口11负责使进水管9中的水侧流入钻孔内壁，电子流量20计负责记录并传输该出水口11的水流量。

电子流量计安设在所述出水口处，用于记录该探测单元的流水量。

上述每个探测单元中的进水管是可拆卸式的，其是由可拆卸连接的进水管一和进水管二组成，如通过卡扣和卡槽配合连接，在连接处设密封垫圈6可完全密封，进水管与进水管卡槽接头连接，将每个探测单元的进水管设置为可拆卸式，可根据探测单元个数，接长探测单元；同时，也便于安装、维修更换方便。

封堵系统包括胶囊连接管18、紧固螺圈5、封堵胶囊操作台28和若干个封堵胶囊4，每个封堵胶囊均包绕在上述卡槽接头的外部，再由紧固螺圈5将封堵胶囊4紧固在卡槽接头上，胶囊连接管18卡设在卡槽接头上，可将相邻的封堵胶囊连通，封堵胶囊操作台28通过胶囊连接管向每个封堵胶囊内输送高压气源。

上述封堵胶囊4包绕在卡槽接头33的外部，与其形成封堵胶囊4的起胀空间，紧固螺圈5将封堵胶囊4紧固在卡槽接头33上，胶囊连接管18分为独立的若干段，如图5所示，在靠近每段胶囊连接管的前部和尾部处均设置有套紧螺丝19，位于前部和尾部的胶囊连接管呈圆形挡板状，用以挡住该套紧螺丝，套紧螺丝19中间呈圆孔状，可通过螺纹连接，将胶囊连接管18紧固在封堵胶囊接头21中，封堵胶囊操作台28可通过耐压软管25将高压气源送达卡槽接头33与封堵胶囊4形成的空间中，形成封堵室27，以达起胀封堵胶囊4的作用。

端盖22位于前部探测单元32的前端，端盖22与卡槽接头33成螺纹连接，进水管9通过进水管接头8与尾部探测单元的卡槽接头33呈螺纹连接，进水管9与前部探测单元和中部探测单元尾部的卡槽接头33呈固定连接，封堵胶囊接头21有两个，位于进水管接头8外侧，固连一内凹的圆孔状挡板，圆形挡板内设有一密封垫圈6，起密封作用。

如图9、图10所示，可拆卸式压力调节阀36由弹簧10、调节螺丝12、密封压板13、活塞组14、孔一15、孔二16和通水孔17组成，调节螺丝12通过调节压板13的位置来改变弹簧10预紧力以达到相应的开启压力，若进水管9中的水孔一15的压力大于孔二16的压力，并达到调节螺丝12设定的开启压力值时，活塞组14上移，此时活塞组14恰好连通通水孔17，孔一15侧的水通过通水孔17进入孔二16侧，达到补充水的目的；若孔一15侧的水的压力小于孔二16侧的水的压力，在弹簧10的作用下，活塞组14在下侧，此时，活塞组14恰好密封通水孔17。

拆卸式压力调节阀36位于测试探头3尾部的卡槽接头33内，其上下两端成凸起状，可在调好设定的开启压力后，沿着凸槽7放进卡槽接头33，再接上进水管9，可拆卸式压力调节阀36中的调节螺丝12所调节的开启压力可根据试验设定的注水压力来确定。

如图8所示，固定式压力调节阀31由弹簧10、活塞组14、孔一15、孔二16、通水孔17组成，固定式压力调节阀31控制的弹簧10的开启压力，是定值，不可更改，只适用于特定的钻孔2倾角和测段的长度的测量，开启压力既可以隔断相邻的测段空间又可以平衡因测段联通，造成的水头压力误差。

供给测定系统包括注水操作台29、电子记录器30、钻机24、钻杆23和高压软管26，注水操作台29通过高压软管26向进水管9提供特定压力的水源，钻机24和钻杆23用于移动测试探头3，用以测定钻孔2中不同位置的采动破坏带的深度，电子记录器安装注水操作台上，用于记录电子流量计的流水量参数，钻机、钻杆用于移动探测系统，注水操作台包括流量表35、压力表34，分别用于观测注水流量和注水压力，电子记录器30用以接收电子流量计20传输的水流量数据，以及试验的其他相关数据，进行相应的处理，形成钻孔流矢图。

下面对测漏系统的观测方法做详细说明，主要步骤包括：

(1)打钻孔：用常规的煤矿钻机24在煤岩巷道中向底板岩层1中打特定角度的下行钻孔2，孔深达到30-50m左右；

(2)安装探测系统：清理钻孔2中的杂物，在钻孔2中安装测试探头3，根据钻孔2测量长度，设置适合的测量孔段数目，依次连接前部探测单元、中部探测单元和尾部探测单元，并利用钻机24和钻杆23将其送达钻孔2初始位置；

(3)封闭钻孔并注水：待测试探头3到达初始位置后，安装并连接相关管道，利用封堵胶囊4形成封堵室27，首先利用封堵胶囊操作台28通过耐压软管25将高压气源输送至封堵胶囊4，达致一定压力，形成封堵室27；然后利用注水操作台29通过高压软管26将特定压力水源送至进水管9，其中，封堵胶囊4中的气体压力要稍高于瓦斯气体压力和封堵室27中进水管9中的水的压力；

(4)测定流水矢量参数：待达到水压力后，进行流水矢量参数测定，打开开关及电子设备30，并提供相应水源压力，待稳定后，通过电子记录器30接收电子流量计20的水流量数据及其他压力和相关数据，电子记录器30将收集到的数据进行处理分析后形成该测段的相应的流水矢量图，然后利用钻机24和钻杆23移动测试探头3，重复步骤(2)、(3)(4)，依次对钻孔2进行测量。

应当说明书的是，上述实施例仅是对本实用新型的一个说明，而并非限定，探测单元的个数、封堵胶囊以及每个探测单元所测钻孔长度均可根据现场实际情况来改变，并且，进水管和回水管等参数也可根据实际情况来调整。

本领域技术人员在本实用新型的启示下，得出的可拆卸式连接的其它探测单元也应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种底板采动破坏范围分段测试系统，其包括探测系统、封堵系统和供给测定系统，所述探测系统安装在裂隙带的钻孔中，所述封堵系统用于封闭所述钻孔，其特征在于：

所述探测系统包括测试探头，所述测试探头是由若干个探测单元依次连接在一起形成的，相邻的探测单元之间通过卡槽接头形成可拆卸连接，每个探测单元包括进水管、固定式压力调节阀、可拆卸式压力调节阀和电子流量计，每个探测单元的进水管的两端分别卡设在所述卡槽接头上，位于前部和中部的探测单元的卡槽接头内设置所述固定式压力调节阀，位于尾部的探测单元的卡槽接头内设置所述可拆卸式压力调节阀，所述进水管上设置有出水口，所述电子流量计安设在所述出水口处，用于记录该探测单元的流水量，每个探测单元中的水流压力保持相等；

所述封堵系统包括胶囊连接管、紧固螺圈、封堵胶囊操作台和若干个封堵胶囊，每个封堵胶囊均包绕在所述卡槽接头的外部，由所述的紧固螺圈将封堵胶囊紧固在所述卡槽接头上，所述胶囊连接管卡设在所述卡槽接头上，用于将相邻的封堵胶囊连通，所述封堵胶囊操作台通过所述胶囊连接管向每个封堵胶囊内输送高压气源；

所述供给测定系统与所述进水管连通，用于向进水管内注水、显示并记录各个参数。

2.根据权利要求1所述的底板采动破坏范围分段测试系统，其特征在于：所述卡槽接头包括柱状腔室、进水管卡槽接头和封堵胶囊接头，所述封堵胶囊接头位于所述进水管卡槽接头的上方，所述柱状腔室的顶部和底部有向外侧延伸的凸缘，所述封堵胶囊包绕在所述凸缘上。

3.根据权利要求1所述的底板采动破坏范围分段测试系统，其特征在于：所述胶囊连接管分为独立的若干段，在靠近每段胶囊连接管的前部和尾部处均设置有套紧螺丝，位于前部和尾部的胶囊连接管呈圆形挡板状，用以挡住所述套紧螺丝。

4.根据权利要求3所述的底板采动破坏范围分段测试系统，其特征在于：所述套紧螺丝中间呈圆孔状，通过螺纹连接将胶囊连接管紧固在封堵胶囊接头上。

5.根据权利要求1所述的底板采动破坏范围分段测试系统，其特征在于：探测单元包括3-6个，每个探测单元所测钻孔长度为2m。