專利名稱：煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于煤礦測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)定煤礦井下覆巖斷裂導(dǎo)水裂 縫帶高度和范圍的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，隨著煤層采掘的推進(jìn)，在工作面后方的上覆巖會(huì)自下而上形 成導(dǎo)水裂縫帶。當(dāng)上覆巖存在含水層或者工作面上方有地面水時(shí)，一旦裂縫帶發(fā)育達(dá)到水 體的影響范圍內(nèi)，就會(huì)造成水體潰入井下，影響煤礦正常生產(chǎn)，同時(shí)危及人員生命安全。對(duì) 開(kāi)采覆巖導(dǎo)水裂縫帶的觀測(cè)研究是進(jìn)行含水層或水體下安全開(kāi)采的主要技術(shù)措施之一，其 研究成果是礦井工程設(shè)計(jì)和開(kāi)采的依據(jù)，依此確定合理的開(kāi)采上限和開(kāi)采高度，確保國(guó)家 資源的合理回收，也是確定防治水工程的重要依據(jù)之一。導(dǎo)水裂縫帶范圍和高度的確定無(wú) 論對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)、地表防護(hù)，還是地下水資源的保護(hù)都具有極其重要的意義，所以導(dǎo)水 裂縫帶的探測(cè)研究一直是我國(guó)水體下安全開(kāi)采的關(guān)鍵性問(wèn)題。迄今為止，覆巖導(dǎo)水裂縫帶的主要探測(cè)手段有水文地質(zhì)法、物探法、室內(nèi)模擬法和 經(jīng)驗(yàn)公式法，其中，地面鉆孔沖洗液消耗量觀測(cè)法是公認(rèn)的比較直觀有效且可靠的傳統(tǒng)方 法。地面鉆孔沖洗液消耗量觀測(cè)法是在地面施工鉆孔，通過(guò)觀測(cè)漿液的漏失，同時(shí)配合孔內(nèi) 物探測(cè)井(超聲成相，聲速測(cè)井等)獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)采前及采后的鉆孔資料進(jìn)行對(duì)比分 析，獲得開(kāi)采的覆巖導(dǎo)水裂縫帶的最大高度。這在中硬及淺部三軟地層均有成功的先例。 但是，實(shí)踐及工程表明，煤層開(kāi)采后覆巖的運(yùn)動(dòng)和破壞是由下向上傳遞發(fā)展的，在整個(gè)運(yùn)動(dòng) 沒(méi)有穩(wěn)定之前，由上而下的地面觀測(cè)法總要不可避免地受到巖層運(yùn)動(dòng)的影響，在覆巖開(kāi)采 移動(dòng)穩(wěn)定后觀測(cè)到的資料往往不能代表其導(dǎo)水裂縫帶的最大發(fā)育高度，這對(duì)水體下安全開(kāi) 采，尤其在緩傾斜煤層條件下是極為重要的。由上可知，傳統(tǒng)的地面鉆孔觀測(cè)方法存在如下 缺點(diǎn)鉆孔施工和消耗材料費(fèi)用高，鉆孔施工方向與導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育方向相反，導(dǎo)水裂縫帶 發(fā)育過(guò)程、形態(tài)和發(fā)育高度觀測(cè)難以達(dá)到精確化程度，更重要的是三軟深部開(kāi)采傳統(tǒng)方法 難以保證鉆孔施工成功，達(dá)不到觀測(cè)目的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有觀測(cè)儀器的缺點(diǎn)，提供一種設(shè)計(jì)合 理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試效果好的煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，中空結(jié)構(gòu)的聯(lián)接鉆桿的頂端與下部測(cè)試聯(lián) 接桿的底端聯(lián)接，下部測(cè)試聯(lián)接桿的外圍套設(shè)有下部橡膠囊、頂端與注水花管的底端聯(lián)接， 注水花管的頂端與上部測(cè)試聯(lián)接桿的底端聯(lián)接，上部測(cè)試聯(lián)接桿的外圍套設(shè)有上部橡膠 囊，聯(lián)接鉆桿的內(nèi)部設(shè)置有與上部橡膠囊和下部橡膠囊相聯(lián)通的氣管、底部設(shè)置有與低壓 輸氣裝置聯(lián)接的底部輸氣連接端頭和與中壓輸水裝置聯(lián)接的底部輸水連接端頭，底部輸氣 連接端頭與氣管聯(lián)通。[0007]本實(shí)用新型的低壓輸氣裝置為在輸氣管的右端設(shè)置有與氣源聯(lián)接的低壓氣源接 頭、左端設(shè)置有與底部輸氣連接端頭聯(lián)接的測(cè)試儀輸氣接頭，輸氣管泄壓閥設(shè)置在低壓氣 源接頭與測(cè)試儀輸氣接頭之間測(cè)試儀輸氣接頭一側(cè)，輸氣管壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置在低壓氣源接 頭與測(cè)試儀輸氣接頭之間低壓氣源接頭一側(cè)，輸氣管壓力表安裝于輸氣管泄壓閥和輸氣管 壓力調(diào)節(jié)閥之間。本實(shí)用新型的中壓輸水裝置為在輸水管的右端設(shè)置有與水源聯(lián)接的中壓水源接 頭、右端設(shè)置有與底部輸水連接端頭聯(lián)接的測(cè)試儀輸水接頭，輸水管的中部設(shè)置有輸水管 泄壓閥，輸水管壓力表設(shè)置在輸水管泄壓閥與中壓水源接頭之間輸水管泄壓閥一側(cè)，輸水 管壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置在輸水管泄壓閥與中壓水源接頭之間中壓水源接頭一側(cè)，流量表設(shè)置在 輸水管泄壓閥與測(cè)試儀輸水接頭之間輸水管泄壓閥一側(cè)，單向?qū)y設(shè)置在輸水管泄壓閥 與測(cè)試儀輸水接頭之間測(cè)試儀輸水接頭一側(cè)。本實(shí)用新型的煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，采用在聯(lián)接鉆桿的頂部聯(lián)接上部 測(cè)試端頭，上部測(cè)試端頭兩端的上、下部橡膠囊與聯(lián)接鉆桿的氣管聯(lián)通，測(cè)試時(shí)，通氣后的 上、下部橡膠囊將測(cè)試端堵死，然后注水觀測(cè)水的流失量，從而探測(cè)到覆巖導(dǎo)水裂縫帶的形 態(tài)、發(fā)育過(guò)程、最大發(fā)育高度和形成的時(shí)間等信息。由于井下仰孔深度淺，鉆進(jìn)速度快，可在 工作面采過(guò)觀測(cè)孔位，當(dāng)頂板冒落下沉，躲過(guò)巖移活躍期后，以較快的速度鉆進(jìn)，觀測(cè)導(dǎo)水 裂縫帶最大高度，這種觀測(cè)方式符合覆巖動(dòng)運(yùn)規(guī)律、能較大程度地避免巖層移動(dòng)影響，且能 有效、客觀地反映采動(dòng)裂縫發(fā)育狀況。本實(shí)用新型具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試 效果好等突出優(yōu)點(diǎn)，可方便應(yīng)用于淺部、中部礦井，以及深部礦井開(kāi)采等條件下覆巖導(dǎo)水裂 縫帶的確定，為實(shí)際生產(chǎn)提供決策依據(jù)。

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖。圖3為沿圖1中B-B線的剖視圖。圖4為圖1中低壓輸氣裝置11的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖1中中壓輸水裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明，但本 實(shí)用新型不限于這些實(shí)施例。在圖1至圖5中，本實(shí)施例的煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀由上部橡膠囊1、上 部測(cè)試聯(lián)接桿2、注水花管3、下部測(cè)試聯(lián)接桿4、下部橡膠囊5、聯(lián)接鉆桿6、氣管7、底部輸 氣連接端頭8、底部輸水連接端頭9、中壓輸水裝置10、低壓輸氣裝置11聯(lián)接構(gòu)成。如圖1 圖3所示，上部橡膠囊1套在上部測(cè)試聯(lián)接桿2的外圍，上部測(cè)試聯(lián)接桿 2的底端與注水花管3的上端通過(guò)螺紋聯(lián)接，注水花管3上加工有泄水孔，泄水孔用于中壓 水流入到礦井的鉆孔內(nèi)，注水花管3的底端與下部測(cè)試聯(lián)接桿4的頂端通過(guò)螺紋聯(lián)接，下部 橡膠囊5套在下部測(cè)試聯(lián)接桿4的外圍，下部測(cè)試聯(lián)接桿4的底端與聯(lián)接鉆桿6的頂端通 過(guò)螺紋聯(lián)接。上部橡膠囊1、上部測(cè)試聯(lián)接桿2、注水花管3、下部測(cè)試聯(lián)接桿4、下部橡膠囊5構(gòu)成上部測(cè)試端頭。下部測(cè)試聯(lián)接桿4的底端通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝有聯(lián)接鉆桿6，聯(lián)接鉆桿6為中空鉆 桿，聯(lián)接鉆桿6由多節(jié)相互聯(lián)接的鉆桿組成，每一鉆桿的一端設(shè)置螺母、另一端設(shè)置螺桿， 根據(jù)測(cè)試孔的深度確定鉆桿的數(shù)量，通過(guò)鉆桿兩端的螺桿與螺母相互聯(lián)接至所需長(zhǎng)度，整 個(gè)聯(lián)接鉆桿6的長(zhǎng)度與直徑根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要選取。聯(lián)接鉆桿6內(nèi)安裝有氣管7，氣管7與 上部橡膠囊1和下部橡膠囊5內(nèi)相聯(lián)通。聯(lián)接鉆桿6的底部通過(guò)螺紋聯(lián)接有底部輸氣連接 端頭8和位于底部輸氣連接端頭8下方的底部輸水連接端頭9，底部輸氣連接端頭8的內(nèi)端 通過(guò)螺紋與氣管9的下端相聯(lián)接、外端通過(guò)螺紋與低壓輸氣裝置11聯(lián)接，底部輸水連接端 頭9與聯(lián)接鉆桿6內(nèi)相聯(lián)通、通過(guò)螺紋與中壓輸水裝置10聯(lián)接。底部輸氣連接端頭8與氣 管7聯(lián)通。如圖4所示，本實(shí)施例的低壓輸氣裝置11由輸氣管110低壓氣源接頭111、輸氣管 壓力調(diào)節(jié)閥112、輸氣管壓力表113、輸氣管泄壓閥114及測(cè)試儀輸氣接頭115聯(lián)接構(gòu)成。低 壓氣源接頭111通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝于輸氣管110的右端，測(cè)試儀輸氣接頭115通過(guò)螺紋聯(lián) 接安裝于輸氣管110的左端、與底部輸氣連接端頭8聯(lián)接，輸氣管泄壓閥114和輸氣管壓力 調(diào)節(jié)閥112通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝于輸氣管110的中部，泄壓閥114靠近測(cè)試儀輸氣接頭115， 壓力調(diào)節(jié)閥112靠近低壓氣源接頭111，輸氣管壓力表113通過(guò)螺紋緊固聯(lián)接件安裝于輸氣 管上、位于泄壓閥114和壓力調(diào)節(jié)閥112之間。如圖5所示，本實(shí)施例的中壓輸水裝置10由輸水管100、中壓水源接頭101、輸水 管壓力調(diào)節(jié)閥102、輸水管壓力表103、輸水管泄壓閥104、流量表105、單向?qū)y106及測(cè) 試儀輸水接頭107聯(lián)接構(gòu)成。中壓水源接頭101通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝于輸水管100的右端， 測(cè)試儀輸水接頭107通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝于輸水管100的左端、與底部輸水連接端頭9聯(lián)接， 輸水管泄壓閥104垂直于輸水管100方向通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝于輸水管100的中部，輸水管 壓力表103通過(guò)螺紋緊固聯(lián)接件安裝在輸水管泄壓閥104與中壓水源接頭101之間靠近輸 水管泄壓閥104的一側(cè)，輸水管壓力調(diào)節(jié)閥102通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝在輸水管泄壓閥104與 中壓水源接頭101之間靠近中壓水源接頭101的一側(cè)，流量表105通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝在輸 水管泄壓閥104與測(cè)試儀輸水接頭107之間靠近輸水管泄壓閥104的一側(cè)，單向?qū)y106 通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝在輸水管泄壓閥104與測(cè)試儀輸水接頭107之間靠近測(cè)試儀輸水接頭 107的一側(cè)。以下對(duì)本實(shí)用新型的工作過(guò)程作說(shuō)明在井下工作面外側(cè)的可通行巷道或硐室中，向工作面內(nèi)斜上方打小口徑仰斜觀測(cè) 孔，觀測(cè)孔穿過(guò)預(yù)計(jì)的導(dǎo)水裂縫帶范圍并超過(guò)預(yù)計(jì)界一定高度，將觀測(cè)儀與鉆機(jī)連接并送 入觀測(cè)孔中，測(cè)試正常后，首先接通低壓輸氣裝置11，加壓至0. 4 0. 6Mpa，通過(guò)壓力調(diào)節(jié) 閥和泄壓閥控制壓力不超過(guò)IMpa，以防止橡膠氣囊爆裂。輸氣加壓后，上部橡膠囊1和下部 橡膠囊5充氣脹起，將觀測(cè)孔堵住。然后接通中壓輸水裝置10，水進(jìn)入聯(lián)接鉆桿6內(nèi)部然 后經(jīng)注水花管3流出，由于上部橡膠囊1、下部橡膠囊5將注水花管3兩端的空間堵死，可 通過(guò)觀測(cè)水有沒(méi)有從覆巖滲漏判斷是否存在導(dǎo)水裂縫帶。通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥和泄壓閥控制水 壓保持在1. 0 2. OMpa,不超過(guò)2. 5Mpa。如果從管口向外大量漏水，說(shuō)明測(cè)試位置的氣壓 小于水壓，此時(shí)應(yīng)減小水壓，并適當(dāng)逐漸增加氣壓，逐漸調(diào)節(jié)完成。一般控制測(cè)試壓力高于 水頭壓力0. IMpa0每段測(cè)試的時(shí)間大約為20 30min，通過(guò)流量表記錄該段測(cè)試水流量，測(cè)試期間記錄孔深位置、氣壓、水壓、水的流量；每Imin記錄一次，然后減小水壓至IMpa以 下，保持5 8min，氣壓保持不變，再次增加水壓進(jìn)行測(cè)試，每段至少測(cè)試3次，至此該測(cè)試 段測(cè)試完畢。每段測(cè)完后，拆卸聯(lián)接鉆桿6之前，首先通過(guò)單向?qū)y106排空聯(lián)接鉆桿6中的 水，然后進(jìn)行上部橡膠囊1及下部橡膠囊5的泄壓，再拆卸聯(lián)接鉆桿6，防止橡膠囊與孔壁摩 擦導(dǎo)致橡膠囊破裂，最后再?gòu)目卓谖恢眯度ヂ?lián)接鉆桿6。依次重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一段的測(cè)試，直至水的漏失量變化很大，水壓無(wú)法穩(wěn)定 增壓時(shí)，再測(cè)5 8段結(jié)束。采用鉆孔雙端堵水的方式對(duì)觀測(cè)孔進(jìn)行逐段封隔注水，測(cè)定各 孔段漏失量，依次確定導(dǎo)水裂縫帶高度。本實(shí)用新型采用仰角鉆孔、中壓注水、均壓測(cè)試的方法測(cè)定井下斷裂導(dǎo)水裂縫帶 范圍和高度，測(cè)試深度達(dá)180米，仰角范圍為-80 80°，測(cè)試結(jié)果可充分說(shuō)明實(shí)際裂縫發(fā) 育情況，與現(xiàn)有的測(cè)試儀器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、工程量相對(duì)較低，在設(shè)定位置打好鉆孔后，直接將觀測(cè)儀送入觀測(cè)孔內(nèi)的預(yù)定 高度，即可進(jìn)行觀測(cè)；2、操作簡(jiǎn)便，出現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)補(bǔ)救，在大采深條件下具有費(fèi)用低的特點(diǎn)；3、觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠，采用分段局部注水加壓、均壓測(cè)試的方式，測(cè)試結(jié)果可信。
權(quán)利要求一種煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，其特征在于中空結(jié)構(gòu)的聯(lián)接鉆桿(6)的頂端與下部測(cè)試聯(lián)接桿(4)的底端聯(lián)接，下部測(cè)試聯(lián)接桿(4)的外圍套設(shè)有下部橡膠囊(5)、頂端與注水花管(3)的底端聯(lián)接，注水花管(3)的頂端與上部測(cè)試聯(lián)接桿(2)的底端聯(lián)接，上部測(cè)試聯(lián)接桿(2)的外圍套設(shè)有上部橡膠囊(1)，聯(lián)接鉆桿(6)的內(nèi)部設(shè)置有與上部橡膠囊(1)和下部橡膠囊(5)相聯(lián)通的氣管(7)、底部設(shè)置有與低壓輸氣裝置(11)聯(lián)接的底部輸氣連接端頭(8)和與中壓輸水裝置(10)聯(lián)接的底部輸水連接端頭(9)，底部輸氣連接端頭(8)與氣管(7)聯(lián)通。
2.按照權(quán)利要求1所述的煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，其特征在于所說(shuō)的低壓 輸氣裝置(11)為在輸氣管(110)的右端設(shè)置有與氣源聯(lián)接的低壓氣源接頭(111)、左端 設(shè)置有與底部輸氣連接端頭(8)聯(lián)接的測(cè)試儀輸氣接頭(115)，輸氣管泄壓閥(114)設(shè)置 在低壓氣源接頭(111)與測(cè)試儀輸氣接頭(115)之間測(cè)試儀輸氣接頭(115) —側(cè)，輸氣管 壓力調(diào)節(jié)閥(112)設(shè)置在低壓氣源接頭(111)與測(cè)試儀輸氣接頭(115)之間低壓氣源接頭 (111) 一側(cè)，輸氣管壓力表(113)安裝于輸氣管泄壓閥(114)和輸氣管壓力調(diào)節(jié)閥(112)之 間。
3.按照權(quán)利要求1所述的煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，其特征在于所說(shuō)的中壓 輸水裝置(10)為在輸水管(100)的右端設(shè)置有與水源聯(lián)接的中壓水源接頭(101)、右端 設(shè)置有與底部輸水連接端頭(9)聯(lián)接的測(cè)試儀輸水接頭(107)，輸水管(100)的中部設(shè)置 有輸水管泄壓閥(104)，輸水管壓力表(103)設(shè)置在輸水管泄壓閥(104)與中壓水源接頭 (101)之間輸水管泄壓閥(104) —側(cè)，輸水管壓力調(diào)節(jié)閥(102)設(shè)置在輸水管泄壓閥(104) 與中壓水源接頭(101)之間中壓水源接頭(101) —側(cè)，流量表(105)設(shè)置在輸水管泄壓閥 (104)與測(cè)試儀輸水接頭(107)之間輸水管泄壓閥(104) —側(cè)，單向?qū)y(106)設(shè)置在輸 水管泄壓閥(104)與測(cè)試儀輸水接頭(107)之間測(cè)試儀輸水接頭(107) —側(cè)。
專利摘要一種煤礦覆巖導(dǎo)水裂縫帶仰孔觀測(cè)儀，中空結(jié)構(gòu)的聯(lián)接鉆桿的頂端與下部測(cè)試聯(lián)接桿的底端聯(lián)接，下部測(cè)試聯(lián)接桿的外圍套設(shè)有下部橡膠囊、頂端與注水花管的底端聯(lián)接，注水花管的頂端與上部測(cè)試聯(lián)接桿的底端聯(lián)接，上部測(cè)試聯(lián)接桿的外圍套設(shè)有上部橡膠囊，聯(lián)接鉆桿的內(nèi)部設(shè)置有與上部橡膠囊和下部橡膠囊相聯(lián)通的氣管、底部設(shè)置有與低壓輸氣裝置聯(lián)接的底部輸氣連接端頭和與中壓輸水裝置聯(lián)接的底部輸水連接端頭，底部輸氣連接端頭與氣管聯(lián)通。本實(shí)用新型具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試效果好等突出優(yōu)點(diǎn)，可方便應(yīng)用于淺部、中部礦井，以及深部礦井開(kāi)采等條件下覆巖導(dǎo)水裂縫帶的確定，為實(shí)際生產(chǎn)提供決策依據(jù)。
文檔編號(hào)E21B47/10GK201671622SQ20102018399
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者余學(xué)義, 易永忠, 趙兵朝, 陳強(qiáng)強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)