底板采动破坏带分段观测方法技术

本发明专利技术公开了一种底板采动破坏带分段观测方法，属于矿山底板岩体破坏范围测定技术领域。该观测方法包括打探测钻孔、安装观测系统、起胀所有封堵胶囊、测定漏水量参数、对封堵胶囊进行泄压排水等步骤，观测系统中的封堵系统包括封堵外管、胶囊进水开关、封堵胶囊和滑移套管，相邻的封堵胶囊之间的封堵外管的顶部均设置有漏水孔，探测系统中的探测内管位于封堵外管内，并可在封堵外管内相对滑动；胶囊进水开关设置在位于最外侧的封堵胶囊处的封堵外管上。本发明专利技术通过一次充水即可实现所有实封堵胶囊的全部起胀，可以实现观测系统的一次封堵多段依次测量，提高测量效率，并且实现了单系统供水测定一体化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿山底板岩体破坏范围测定
，具体涉及底板采动破坏带分段观测方法。
技术介绍
矿山顶底板岩体破坏范围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，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顶底板岩体破坏范围。目前现有技术中通常采用数值模拟、经验公式预计、现场实测等手段进行观测。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。对底板采动破坏带的观测中，存在的技术缺陷还有：首先，现有的双端封堵观测方法在探测时需要多次进行推进探测，分多段进行探测，由于钻孔长度大致在50-70m，每次推进探测长度大约1m，推进次数过多使得人工工作量大大增加，进而可能影响测量精确性，并且测量效率不高；其次，在实际观测过程中，需要进行多次的充放水，进行胶囊起胀及裂隙充水，另外，传统的起胀胶囊在高压水的作用下，由于应力的集中导致其容易破裂；最后，钻孔内观测水源压力较大会对钻孔孔壁内原有裂隙形成扩张作用，现有的双端封堵系统需要频繁的更换不同压力水源，现有技术未能同时解决上述四个问题。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种底板采动破坏带分段观测方法，该观测方法首先可以实现观测系统的一次封堵多段依次测量，提高了测量效率；其次，实现了单系统供水测定一体化，不仅解决了钻孔内多管道绕线问题，而且减少了操作系统个数(传统的测量中封堵系统与测漏系统是分别测量的)，同时实现了同一水源下水压力的转换，保证了封堵过程与探测过程在各自水压力下工作；最后，避免了封堵胶囊的高压充水易破裂问题，提高了测量过程的稳定性。其技术解决方案包括：一种底板采动破坏带分段观测方法，依次包括以下步骤：a打探测钻孔，用钻机在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度钻孔数个；b安装观测系统，其所采用的观测系统包括封堵系统、探测系统、压力转换系统和推进供给系统；所述探测系统包括导向锥和探测内管，所述探测内管包括一段I型探测内管和若干段II型探测内管，在所述I型探测内管上设置有可伸缩充放水头，将I型探测内管和II型探测内管依次通过螺纹连接，将导向锥安装在所述I型探测内管的头部；所述封堵系统包括封堵外管、胶囊进水开关、若干个封堵胶囊和若干个滑移套管，相邻的封堵胶囊之间通过胶囊连接管接通，所述滑移套管套置在所述封堵外管上，其中，每个封堵胶囊均包括外封堵胶囊和内封堵胶囊，所述外封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的外侧，另一端固定在所述封堵外管凸起部的外侧，所述内封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的内侧，另一端固定在所述封堵外管上，相邻的封堵胶囊之间的封堵外管的顶部均设置有漏水孔，所述探测内管位于所述封堵外管内，并可在所述封堵外管内相对滑动；所述胶囊进水开关设置在位于最外侧的封堵胶囊处的封堵外管上；所述推进供给系统包括钻机、钻杆和注水操作台；所述压力转化系统位于钻机与探测内管之间的钻杆上；c起胀所有封堵胶囊，将探测内管的I型探测内管段放置在封堵外管内，并沿封堵外管滑动将所述I型探测内管段推送至最外侧的封堵胶囊的胶囊进水开关处，此时，位于I型探测内管上的可伸缩充放水头自动弹出，将胶囊进水开关顶开，此时通过压力转化系统将水压转换为2.5MPa，开启注水操作台向最外侧的封堵胶囊进行充水，最外侧的封堵胶囊充满后，依次向相邻的封堵胶囊进行充水，此时所有的封堵胶囊会依次起胀，待所有封堵胶囊起胀完成后，关闭注水操作台，同时将探测内管继续向上推进至第一个漏水孔；d测定漏水量参数，接步骤c，完成所有封堵胶囊的起胀后，进行漏水量参数测定，探测内管的I型探测内管段在推进至第一个漏水孔时，可伸缩充放水头再次自动弹出，与第一个漏水孔形成导水通道，此时通过压力转化系统将水压转换为0.1MPa，开启注水操作台进行充水，充水完成后，关闭注水操作台，同时将探测内管继续向上推进至下一个漏水孔，并进行充水，依次完成后面漏水孔的充水测量；即按照顺序依次增加水压稳定后，分别等待1-2分钟，分别读取并计算各孔段平均漏水量L1、L2、L3、...；e对封堵胶囊进行泄压排水，通过探测内管沿封堵外管滑动，将探测内管的Ⅰ型探测内管段向下回撤至最外侧的封堵胶囊进水开关位置，此时可伸缩充放水头自动弹出，将胶囊进水开关顶开，此时通过压力转换系统将水压转换为0MPa，并关闭注水操作台，此时所有封堵胶囊开始同时泄压排水，完成所有封堵胶囊的泄压排水。作为本专利技术的一个优选方案，所述压力转化系统包括套管一、套管二和压力转换阀门，所述套管一、套管二与所述钻杆形成螺纹连接，所述压力转换阀门包括转换管和压力转换器，所述压力转换器位于所述转换管内部。作为本专利技术的另一个优选方案，所述压力转换器包括不等长活塞组、通水孔、弹簧一、压板和调节螺丝，所述不等长活塞组为圆柱形，其中间被长轴固定连接，所述通水孔位于不等长活塞组两侧，所述弹簧一位于不等长活塞组的下方，通过不等长活塞组的移动来控制是否充水，所述压板和调节螺丝用于调节开启压力。优选的，所述封堵外管内壁底部设置有导向轨，所述探测内管的外壁底部设置有与所述导向轨配合滑动的凹槽。优选的，所述胶囊进水开关包括密封盖板、胶囊充水孔和弹簧二，所述密封盖板包括横向密封盖板和与其连接的垂向密封盖板，所述胶囊充水孔位于所述横向的密封盖板上，所述弹簧二位于垂向密封盖板的两侧。优选的，所述可伸缩充放水头为一球状凸起。优选的，所述导向轨呈半圆拱形。优选的，所述内封堵胶囊、外封堵胶囊的两端通过紧固螺圈进行固定。本专利技术所带来的有益技术效果为：(1)本专利技术实现了观测系统的一次封堵完成多段依次测量，相对传统双端封堵测漏装置，可成倍减少封堵装置移动次数，提高了系统的稳定性及测量工作的效率。(2)实现了由单一操作系统供水封堵测定，同时实现了探测内管在固定轨道滑移探测，解决了钻孔内多管道绕线问题，保证了探测过程的稳定性。(3)实现了同一外界水源下高低水压的转换，保证了封堵过程与探测过程在各自不同水压力下有序工作，不仅有效避免了高压水源对钻孔裂隙的破坏作用，而且提高了测量过程的准确性。(4)封堵胶囊在高压水源下起胀时，可以随滑移套管在一定范围内移动，避免了封堵胶囊因为应力集中现象造成的高压充水易破裂问题，提高了封堵胶囊的密封效果。(5)实现了一次充水所有封堵胶囊的全部起胀，减少了操作步骤。本专利技术观测方法易于操作、测量效率高、稳定性强。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术底板采动破坏带分段观测系统的总体结构示意图；图2为本专利技术封堵系统结构(位于最外侧的封堵胶囊处)的示意图；图3为本专利技术封堵系统结构(其余封堵胶囊处)的示意图；图4、图5为本专利技术封堵系统状态示意图；图6为本专利技术胶囊进水开关的结构示意图；图7为本专利技术滑移套管的结构示意图；图8为本专利技术胶囊连接管结构示意图；图9为本专利技术Ⅰ型探测内管结构示意图；图10为本专利技术Ⅰ型探测内管中伸缩充放水头结构示意图；图11为本专利技术Ⅰ型探测内管中伸缩充放水头工作状态示意图；图12为本专利技术压力转换阀门分解图；图13、图14为本专利技术压力转换阀门状态示意图；图15为本专利技术压力转换器结构示意图；图16为本专利技术压力转换器状态示意图；图17为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种底板采动破坏带分段观测方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a打探测钻孔，用钻机在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度钻孔数个；b安装观测系统，其所采用的观测系统包括封堵系统、探测系统、压力转换系统和推进供给系统；所述探测系统包括导向锥和探测内管，所述探测内管包括一段I型探测内管和若干段II型探测内管，在所述I型探测内管上设置有可伸缩充放水头，将I型探测内管和II型探测内管依次通过螺纹连接，将导向锥安装在所述I型探测内管的头部；所述封堵系统包括封堵外管、胶囊进水开关、若干个封堵胶囊和若干个滑移套管，相邻的封堵胶囊之间通过胶囊连接管接通，所述滑移套管套置在所述封堵外管上，其中，每个封堵胶囊均包括外封堵胶囊和内封堵胶囊，所述外封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的外侧，另一端固定在所述封堵外管凸起部的外侧，所述内封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的内侧，另一端固定在所述封堵外管上，相邻的封堵胶囊之间的封堵外管的顶部均设置有漏水孔，所述探测内管位于所述封堵外管内，并可在所述封堵外管内相对滑动；所述胶囊进水开关设置在位于最外侧的封堵胶囊处的封堵外管上；所述推进供给系统包括钻机、钻杆和注水操作台；所述压力转化系统位于钻机与探测内管之间的钻杆上；c起胀所有封堵胶囊，将探测内管的I型探测内管段放置在封堵外管内，并沿封堵外管滑动将所述I型探测内管段推送至最外侧的封堵胶囊的胶囊进水开关处，此时，位于I型探测内管上的可伸缩充放水头自动弹出，将胶囊进水开关顶开，此时通过压力转化系统将水压转换为2.5MPa，开启注水操作台向最外侧的封堵胶囊进行充水，最外侧的封堵胶囊充满后，依次向相邻的封堵胶囊进行充水，此时所有的封堵胶囊会依次起胀，待所有封堵胶囊起胀完成后，关闭注水操作台，同时将探测内管继续向上推进至第一个漏水孔；d测定漏水量参数，接步骤c，完成所有封堵胶囊的起胀后，进行漏水量参数测定，探测内管的I型探测内管段在推进至第一个漏水孔时，可伸缩充放水头再次自动弹出，与第一个漏水孔形成导水通道，此时通过压力转化系统将水压转换为0.1MPa，开启注水操作台进行充水，充水完成后，关闭注水操作台，同时将探测内管继续向上推进至下一个漏水孔，并进行充水，依次完成后面漏水孔的充水测量；即按照顺序依次增加水压稳定后，分别等待1‑2分钟，分别读取并计算各孔段平均漏水量L1、L2、L3、...；e对封堵胶囊进行泄压排水，通过探测内管沿封堵外管滑动，将探测内管的Ⅰ型探测内管段向下回撤至最外侧的封堵胶囊进水开关位置，此时可伸缩充放水头自动弹出，将胶囊进水开关顶开，此时通过压力转换系统将水压转换为0MPa，并关闭注水操作台，此时所有封堵胶囊开始同时泄压排水，完成所有封堵胶囊的泄压排水。...

【技术特征摘要】
1.一种底板采动破坏带分段观测方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a打探测钻孔，用钻机在煤岩巷道中向顶板或底板岩层中先后施工规定角度钻孔数个；b安装观测系统，其所采用的观测系统包括封堵系统、探测系统、压力转换系统和推进供给系统；所述探测系统包括导向锥和探测内管，所述探测内管包括一段I型探测内管和若干段II型探测内管，在所述I型探测内管上设置有可伸缩充放水头，将I型探测内管和II型探测内管依次通过螺纹连接，将导向锥安装在所述I型探测内管的头部；所述封堵系统包括封堵外管、胶囊进水开关、若干个封堵胶囊和若干个滑移套管，相邻的封堵胶囊之间通过胶囊连接管接通，所述滑移套管套置在所述封堵外管上，其中，每个封堵胶囊均包括外封堵胶囊和内封堵胶囊，所述外封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的外侧，另一端固定在所述封堵外管凸起部的外侧，所述内封堵胶囊的一端固定在所述滑移套管的内侧，另一端固定在所述封堵外管上，相邻的封堵胶囊之间的封堵外管的顶部均设置有漏水孔，所述探测内管位于所述封堵外管内，并可在所述封堵外管内相对滑动；所述胶囊进水开关设置在位于最外侧的封堵胶囊处的封堵外管上；所述推进供给系统包括钻机、钻杆和注水操作台；所述压力转化系统位于钻机与探测内管之间的钻杆上；c起胀所有封堵胶囊，将探测内管的I型探测内管段放置在封堵外管内，并沿封堵外管滑动将所述I型探测内管段推送至最外侧的封堵胶囊的胶囊进水开关处，此时，位于I型探测内管上的可伸缩充放水头自动弹出，将胶囊进水开关顶开，此时通过压力转化系统将水压转换为2.5MPa，开启注水操作台向最外侧的封堵胶囊进行充水，最外侧的封堵胶囊充满后，依次向相邻的封堵胶囊进行充水，此时所有的封堵胶囊会依次起胀，待所有封堵胶囊起胀完成后，关闭注水操作台，同时将探测内管继续向上推进至第一个漏水孔；d测定漏水量参数，接步骤c，完成所有封堵胶囊的起胀后，进行漏水量参数测定，探测内管的I型探测内管段在推进至第一个漏水孔时，可伸缩充放水头再次自动弹出，与第一个漏水孔形成导水通道，此时通过压力转化系统将水压转换为0.1MPa，开启注水操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春波，王建宁，宋文成，田忠伟，周亚，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37