用超声波探测矿井采空区顶底板深部岩层裂隙的方法技术

本发明专利技术公开了一种用超声波探测矿井采空区顶底板深部岩层裂隙的方法，主要是将超声波式探测仪探测杆置于采空区顶、底板钻孔内，分段探测钻孔的超声波传播时间，直至整个钻孔探测结束；待工作面回采后，利用原有方法重新分段探测钻孔的超声波传播时间；根据工作面回采前、后分段探测的时间和发射、接受换能器的距离l，分别计算超声波在钻孔中的传播速度，再以传播速度V为Y轴，以钻孔深度L为X轴，绘制工作面回采前、后顶底板V-L曲线图；对比工作面回采前、后曲线图变化规律，得出工作面顶底板裂隙发育规律。本发明专利技术利用超声波波速随岩体裂隙发育增大而降低的特性，与传统以漏水流失量作为评价指标的探测方法相比，探测精度高。

【技术实现步骤摘要】
用超声波探测矿井采空区顶底板深部岩层裂隙的方法
本专利技术涉及岩体破裂探测技术，尤其涉及矿井工作面采空区顶底板深部岩层裂隙探测技术。
技术介绍
通常情况下，矿井采煤工作面推进以后，采空区顶板上方会出现冒落带、裂隙带和缓慢下沉带，底板内会出现导水破坏带、有效隔水层保护带和承压水导升带。矿井采空区顶底板裂隙(破坏)带是矿井水进入采空区的通道，一般情况下会出现在顶底板深部岩层范围内，如顶板裂隙带位于顶板上方40～80m。了解工作面采空区顶底板岩层裂隙带发育范围对于建筑物、公(铁)路和水下采煤及底板承压水上采煤具有重要意义；同时对具有冲击倾向性、煤与瓦斯突出倾向的煤层安全开采，煤与煤层气共采以及浅埋煤层保水开采也具有一定的作用。工作面采空区顶底板岩层内裂隙带探测仪器通常采用双端堵水器。中国专利(申请号90106348.7)公布了一种采用双端堵水器向钻孔分段注水技术，通过钻孔内双端堵水器漏水量确定采煤工作面顶底板岩层裂隙发育情况。此技术包括：①利用地质钻机(坑道钻机)向采空区顶板(底板)钻孔，把双端堵水器分段放入仰斜(俯斜)钻孔，其下端与高压气管、钻杆与水流量监测装置连接；②打开高压气阀，通气胀开两端气囊，把钻孔某段封堵；③在气囊胀开达到一定压力后，向封堵端注水，通过测定钻孔内不同深度水漏失量的大小，确定顶底板岩层裂隙分布规律。上述专利存在的缺点：①由于在封堵气囊之间注水，水压较大时易使封孔气囊松弛，堵孔可靠性下降，水从下部气囊流出，增加了双端堵水器漏水流失量，探测精度低，无法获得真实有效的结果；②水压难以控制，注水管和流量表容易崩裂，操作困难；③双端堵水器重量较大，不易在钻孔内推移，且容易堵塞，劳动工作量大。
技术实现思路
为了克服现有用水漏失量探测裂隙方法的不足，本专利技术依据超声波技术，提供了一种探测精度高、容易操作的探测方法，具体如下：第一步：向采空区顶、底板钻孔工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地质钻机或坑道钻机向顶、底板钻取一定深度的钻孔，成孔后充水清孔；第二步：组装与布置超声波式探测仪超声波式探测仪由超声波式探测杆、超声波控制主机、连接杆、通信电缆和调压注水装置构成；所谓超声波式探测杆是一根无缝式隔音杆，杆长2m左右，距隔音杆的上端头10cm处固定有发射换能器，距隔音杆的下端头10cm处固定有接收换能器，在隔音杆的下端头为带有螺纹的连接头，通过连接头可与连接杆连接；所谓的连接杆由多节无缝式空心杆连接而成，空心杆一端设有螺母，另一端设有螺柱，可使多节无缝式空心杆相互连接；超声波控制主机通过通信电缆与发射换能器和接收换能器连接，以控制超声波的激发、接收和记录超声波传播时间；所谓的控压注水装置是由调压注水控制台、胶囊注水管、注水封孔器构成，其中调压注水控制台设有水压表和注水调压阀门；把超声波式探测杆置于钻孔内，接上连接杆，同时把注水管穿过注水封孔器进入钻孔内，随后推动注水封孔器进入钻孔进行封孔；第三步：用超声波式探测杆分段探测钻孔的超声波传播时间T首先，把超声波式探测杆在钻孔内推进2m；操作调压注水装置，高压水通过胶囊注水管向钻孔注水，并且实时注水以保持水压基本稳定；打开超声波控制主机，激发探测杆中发射换能器产生超声波，超声波沿着钻孔壁传播，超声波控制主机中计时器开始计时，待接收换能器接收到超声波后，计时器停止计时，此时超声波控制主机显示超声波传播时间T；记录完成后，把超声波式探测杆继续推进2m，重复上述操作步骤，循环进行，直至整个钻孔探测结束；第四步：待工作面回采后，利用原有钻孔按照上述方法重新分段探测钻孔的超声波传播时间T；第五步：探测数据分析根据工作面回采前、后分段探测的时间T和发射、接受换能器的距离l，分别计算超声波在钻孔中的传播速度V：再分别以传播速度V为Y轴，以钻孔深度L为X轴，绘制工作面回采前、后顶底板V-L曲线图；对比工作面回采前、后V-L曲线图变化规律，得出工作面顶底板裂隙发育规律。与其他对工作面采空区顶底板岩层内裂隙带探测技术相比，本专利技术有如下优势：1、本专利技术以超声波波速作为顶板岩层裂隙发育程度的评价指标，利用超声波波速随岩体裂隙发育增大而降低的特性，与传统以漏水流失量作为评价指标的探测方法相比，探测精度高。2、本专利技术在现场探测时候过程中，实现了收、发超声波自动控制以及相关参数的自动获取，尽可能小的排除人为因素对探测结果的不利影响，与传统手动记录参数相比，探测精度高。3、本专利技术超声波式探测仪结构简单、重量小，在现场操作过程中，在钻孔内推进比较轻便、快捷、高效，尤其对于探测工作面深部岩层裂隙发育时，更能凸显此类优点。附图说明图1为实施例的示意图，图中显示收发超声波式覆岩裂隙探测系统布置情况；图2为注水封孔器结构主视图；图3为注水封孔器结构侧视图。图例说明：1—发射换能器；2—隔音杆；3—接收换能器；4—空心连接杆；5—超声波控制主机；6—通讯电缆；7—注水封孔器；8—调压注水装置；9—注水调节阀；10—压力表；11—胶囊注水管；12—钻孔；13—通信电缆通道；14—胶囊注水管通道；15—连接杆通道。具体实施方式结合图1详细说明本专利技术的具体实施例。第一步：向采空区顶、底板钻孔工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地质钻机或坑道钻机向顶、底板钻取一定深度的钻孔12，成孔后充水清孔；第二步：组装与布置超声波式探测仪超声波式探测仪由超声波式探测杆、超声波控制主机5、空心连接杆4、通信电缆6和调压注水装置8构成；所谓超声波式探测杆是一根无缝式隔音杆2，杆长2.0m左右，距隔音杆2的上端头10cm处固定有发射换能器1，距隔音杆2的下端头10cm处固定有接收换能器3，在隔音杆2的下端头为带有螺纹的连接头，通过连接头可与空心连接杆4连接；所谓的空心连接杆4是由多节无缝式空心杆连接而成的，空心杆一端设有螺母，另一端设有螺柱，使多节相互连接；超声波控制主机5通过通信电缆6与发射换能器1和接收换能器3连接，以控制超声波的激发与接收和记录超声波传播时间；所谓的控压注水装置8是由调压注水控制台、胶囊注水管11和注水封孔器7构成，其中调压注水控制台设有水压表10和注水调节阀9；如图2、3所示，注水封孔器7在胶囊上设有通信电缆通道13、胶囊注水管通道14和连接杆通道15；把超声波式探测杆置于钻孔12内，接上空心连接杆4，把胶囊注水管11穿过胶囊注水管通道14进入钻孔12内，同时通信电缆6穿过注水封孔器7内的通信电缆通道13，与超声波控制主机5连接，随后手动推动注水封孔器7进入钻孔12进行封孔；第三步：用超声波式探测杆分段探测钻孔12的超声波传播时间T首先，把超声波式探测杆在钻孔内推进2.0m；操作调压注水装置8，高压水通过胶囊注水管11向钻孔12注水，并且实时注水以保持水压基本稳定；打开超声波控制主机5，激发探杆中发射换能器1产生超声波，超声波沿着钻孔壁传播，超声波控制主机5中计时器开始计时，待接收换能器3接收到超声波后，计时器停止计时，此时超声波控制主机5显示超声波传播时间T；记录完成后，把超声波式探测杆推进2m，重复上述操作步骤，循环进行，直至整个钻孔探测结束；第四步：待工作面回采后，利用原有钻孔按照上述方法重新分段探测钻孔的超声波传播时间T；第五步：探测数据分析根据工作面回采前、后分段探测的时间T和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用超声波探测矿井采空区顶底板深部岩层裂隙的方法，其特征在于，第一步：向采空区顶、底板钻孔工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地质钻机或坑道钻机向顶、底板钻取钻孔，成孔后充水清孔；第二步：组装与布置超声波式探测仪超声波式探测仪由超声波式探测杆、超声波控制主机、连接杆、通信电缆和调压注水装置构成；所谓超声波式探测杆是一根无缝式隔音杆，杆长2m，距隔音杆的上端头10cm处固定有发射换能器，距隔音杆的下端头10cm处固定有接收换能器，在隔音杆的下端头为带有螺纹的连接头，通过连接头可与连接杆连接；所谓的连接杆由多节无缝式空心杆连接而成，空心杆一端设有螺母，另一端设有螺柱，从而使多节无缝式空心杆相互连接；超声波控制主机通过通信电缆与发射换能器和接收换能器连接，以控制超声波的激发、接收和记录超声波传播时间；所谓的控压注水装置是由调压注水控制台、胶囊注水管和注水封孔器构成，其中调压注水控制台设有水压表和注水调压阀门；把超声波式探测杆置于钻孔内，接上连接杆，同时把注水管穿过注水封孔器进入钻孔内，随后推动注水封孔器进入钻孔进行封孔；第三步：用超声波式探测杆分段探测钻孔的超声波传播时间T首先，把超声波式探测杆在钻孔内推进2m；操作调压注水装置，高压水通过胶囊注水管向钻孔注水，并且实时注水以保持水压基本稳定；打开超声波控制主机，激发探测杆中发射换能器产生超声波，超声波沿着钻孔壁传播，超声波控制主机中计时器开始计时，待接收换能器接收到超声波后，计时器停止计时，此时超声波控制主机显示超声波传播时间T；记录完成后，把超声波式探测杆推进2m，重复上述操作步骤，循环进行，直至整个钻孔探测结束；第四步：待工作面回采后，利用原有钻孔按照上述方法重新分段探测钻孔的超声波传播时间T；第五步：探测数据分析根据工作面回采前、后分段探测的时间T和发射、接受换能器的距离l，分别计算超声波在钻孔中的传播速度V：V=lT]]>再分别以传播速度V为Y轴，以钻孔深度L为X轴，绘制工作面回采前、后顶底板V‑L曲线图；对比工作面回采前、后V‑L曲线图变化规律，得出工作面顶底板裂隙发育规律。...

【技术特征摘要】
1.一种用超声波探测矿井采空区顶底板深部岩层裂隙的方法，其特征在于，第一步：向采空区顶、底板钻孔工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地质钻机或坑道钻机向顶、底板钻取钻孔，成孔后充水清孔；第二步：组装与布置超声波式探测仪超声波式探测仪由超声波式探测杆、超声波控制主机、连接杆、通信电缆和调压注水装置构成；所谓超声波式探测杆是一根无缝式隔音杆，杆长2m，距隔音杆的上端头10cm处固定有发射换能器，距隔音杆的下端头10cm处固定有接收换能器，在隔音杆的下端头为带有螺纹的连接头，通过连接头可与连接杆连接；所谓的连接杆由多节无缝式空心杆连接而成，空心杆一端设有螺母，另一端设有螺柱，从而使多节无缝式空心杆相互连接；超声波控制主机通过通信电缆与发射换能器和接收换能器连接，以控制超声波的激发、接收和记录超声波传播时间；所谓的控压注水装置是由调压注水控制台、胶囊注水管和注水封孔器构成，其中调压注水控制台设有水压表和注水调压阀门；把超声波式探测杆置于钻孔内，接上连接杆，同时把注水管穿过注水封孔器进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁建国，王俊，李学慧，刘学生，田成林，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37