一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法，设在钻孔内的引导管、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、套管、第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管和钢丝绳；本发明专利技术利用施工钻孔的钻机、钻杆将钢丝绳、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管等送入钻孔被保护煤层顶板以上位置，注浆固定，测定被保护煤层顶板位移量；利用套管固定封孔部件后穿钢丝绳，送入钻孔被保护煤层底板下方，注浆固定，测定被保护煤层底板位移量；在保护层开采后，利用被保护煤层顶板位移量、底板位移量，进而计算保护层开采后被保护层膨胀变形量。本发明专利技术劳动强度低、安全性好，能够准确反映被保护煤层顶底板变化。

【技术实现步骤摘要】
一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法
本专利技术涉及煤矿
，具体为一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法。
技术介绍
矿井首次开采保护层考察保护效果和保护范围时，需要测定被保护层膨胀变形量。被保护层膨胀变形量是衡量保护层开采效果的一个关键参数，准确测定被保护层膨胀变形量进而掌握保护层开采期间被保护层卸压增透规律，对治理被保护层瓦斯具有重要意义。测定被保护层膨胀变形量传统方法是深部基点法，即施工穿层钻孔穿透煤层顶板不少于1m，在煤层顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点，见图1。煤层顶板的钢楔焊接一直径10mm钢筋，穿过煤层底板的钢楔至孔口。煤层底板的钢楔焊有一根直径15mm的无缝钢管，套在与顶板钢楔相连的钢筋上。在保护层的采动作用下，固定于顶板的钢筋与固定于底板的钢管随顶底板移动，钢筋与钢管的相对位移便是被保护层膨胀变形量。中国专利CN104482914A一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，它包括煤层顶板基点固定器、顶板基点测定线、连接管、煤层底板基点固定器、底板基点测定线，保护套管、套管连接头。煤层顶、底板布置基点固定器，二者通过连接管插接相连，管体四周翼翅呈张开状态，进而对保护层膨胀变形量进行测定；中国专利CN104344785A公开了一种煤层细微变形量自动测试装置通过利用煤层发生变形后，不锈钢管和钢丝绳随之产生相对位移，从而带动刻度尺或数显表移动，对保护层开采后被保护层的变形量进行测量。上述技术存在一些问题：用深部基点法测定被保护层膨胀变形量需要将固定的钢锲和连接钢筋的钢锲送至钻孔顶板位置固定牢固。连接钢筋的钢锲靠人力送至钻孔目标位置，劳动强度大，人员在钻孔下作业，存在钻孔内物体下滑伤人的风险。如果钻孔深度超过50米，很难把基点固定到设计位置。钢锲在煤层顶底板主要靠钢锲和钻孔孔壁的摩擦力固定，当煤层卸压，煤层顶底板位移时，钢锲的受力状况发生变化，钢锲可能在钻孔内发生位移影响测定结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现解决深部基点法测定被保护层膨胀变形量，劳动强度大、基点固定到设计位置难、准确性差等问题。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种被保护层膨胀变形量测定装置，包括设在钻孔内的引导管、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、套管、第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管和钢丝绳；所述钻孔为仰角穿层钻孔，所述钻孔从煤岩壁开孔穿被保护煤层后施工至被保护煤层的顶板上方；所述引导管包括连接在一起的圆钢管体、第一挡圈和第二挡圈；所述第一挡圈固定在所述圆钢管体下端；所述第二挡圈固定在所述圆钢管体上端；所述第一封孔囊袋两端与所述圆钢管体中部固定连接，且所述第一封孔囊袋位于所述第一挡圈和第二挡圈之间；所述第一囊袋注浆管一端与所述第一封孔囊袋内部连通，所述第一囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；所述套管设置在所述钻孔内，且所述套管一端伸入至被保护煤层的底板上方，所述套管另一端引出至所述钻孔的外部；所述第二封孔囊袋两端与所述套管固定连接，且所述第二封孔囊袋位于被保护煤层底板下方；所述第二囊袋注浆管一端与所述第二封孔囊袋内部连通，所述第二囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；所述钢丝绳一端固定在所述圆钢管体上并与被保护煤层的顶板的位置相对应，所述钢丝绳另一端伸入所述套管内部并引出所述钻孔的外部。本专利技术用钻机、钻杆将引导管、钢丝绳准确送至被保护煤层的顶板处，在钢丝绳的引导下将套管送至被保护煤层的底板处，解决了深钻孔测定变形装置送不到目标位置的问题，劳动强度低、安全性好；用封孔囊袋注浆工艺将钢丝绳、套管分别固定在被保护煤层的顶板和底板预定位置，稳固性好，能够准确反映被保护煤层顶底板变化。优选地，所述引导管还包括尖锥，所述尖锥固定连接在所述引导管的顶部，所述尖锥直径介于钻杆直径与所述钻孔直径之间。本专利技术所要解决的技术问题之二在于提供一种被保护层膨胀变形量测定方法。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种被保护层膨胀变形量测定方法，包括以下步骤：S1、在煤岩壁上采用钻机、钻杆及配套钻头施工钻孔，钻孔的孔底钻至被保护煤层顶板上方，退出钻杆及配套钻头；S2、在引导管的圆钢管体上固定第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、钢丝绳，第一封孔囊袋固定在第一挡圈和第二挡圈之间；S3、将引导管插入钻杆的内孔，直至钻杆的端部与第一挡圈接触，然后启动钻机将引导管、以及第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管和钢丝绳同时送入钻孔的孔底，此时第一挡圈的位置位于被保护煤层的顶板上方，同时将第一囊袋注浆管和钢丝绳的另一端引出至钻孔外部，停止钻机；S4、通过第一囊袋注浆管向第一封孔囊袋注入水泥浆，待水泥浆凝固，此时钢丝绳的一端通过水泥与被保护煤层的顶板固定连接，然后启动钻机，钻杆从引导管上脱下，测定被保护煤层顶板位移量；S5、将第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管固定在套管上，再将套管穿在钢丝绳上并送入被保护煤层的底板的位置；S6、通过第二囊袋注浆管向第二封孔囊袋注入水泥浆，水泥浆凝固即可将套管固定在被保护煤层的底板的位置；S7、记录好套管、钢丝绳距煤岩壁的位置，测定被保护煤层底板位移量，进而计算保护层开采后被保护层膨胀变形量。进一步地，所述钻孔与岩壁表层之间的倾角为30-90°。进一步地，所述钻孔的孔底延伸至被保护煤层的顶板上方2m处。进一步地，所述钻孔的直径为94-133mm。进一步地，所述引导管为直径16-18mm的圆钢。进一步地，所述钢丝绳的直径为3-5mm。进一步地，所述第一挡圈套接在靠近所述引导管下端头0.5m的位置；所述第二挡圈套接在靠近所述引导管上端头0.5m的位置；且所述第一挡圈和第二挡圈的外径为30-50mm。进一步地，步骤S4和步骤S6的注入水泥浆的压力≥2MPa。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术用钻机、钻杆将引导管、钢丝绳准确送至被保护煤层的顶板处，在钢丝绳的引导下将套管送至被保护煤层的底板处，解决了深钻孔测定变形装置送不到目标位置的问题，劳动强度低、安全性好；用封孔囊袋注浆工艺将钢丝绳、套管分别固定在被保护煤层的顶板和底板预定位置，稳固性好，能够准确反映被保护煤层顶底板变化。(2)本专利技术提供了一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法，该装置及方法适用于100m以内深度、仰角30-90°的钻孔测定被保护层膨胀变形量，适用范围广。附图说明图1为本专利技术的现有技术的深部基点法测定被保护层膨胀变形量的结构示意图；图2为本专利技术的一种被保护层膨胀变形量测定装置的结构示意图。附图标号说明：1、钻孔；2、引导管；21、圆钢管体；22、第一挡圈；23、第二挡圈；24、尖锥；3、第一封孔囊袋；4、第一囊袋注浆管；5、套管；6、第二封孔囊袋；7、第二囊袋注浆管；8、钢丝绳；101、煤岩壁；102、被保护煤层。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种被保护层膨胀变形量测定装置，其特征在于：包括设在钻孔内的引导管、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、套管、第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管和钢丝绳；/n所述钻孔为仰角穿层钻孔，所述钻孔从煤岩壁开孔穿被保护煤层后施工至被保护煤层的顶板上方；/n所述引导管包括连接在一起的圆钢管体、第一挡圈和第二挡圈；所述第一挡圈固定在所述圆钢管体下端；所述第二挡圈固定在所述圆钢管体上端；/n所述第一封孔囊袋两端与所述圆钢管体中部固定连接，且所述第一封孔囊袋位于所述第一挡圈和第二挡圈之间；/n所述第一囊袋注浆管一端与所述第一封孔囊袋内部连通，所述第一囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；/n所述套管设置在所述钻孔内，且所述套管一端伸入至被保护煤层的底板上方，所述套管另一端引出至所述钻孔的外部；/n所述第二封孔囊袋两端与所述套管固定连接，且所述第二封孔囊袋位于被保护煤层底板下方；/n所述第二囊袋注浆管一端与所述第二封孔囊袋内部连通，所述第二囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；/n所述钢丝绳一端固定在所述圆钢管体上并与被保护煤层的顶板的位置相对应，所述钢丝绳另一端伸入所述套管内部并引出所述钻孔的外部。/n

【技术特征摘要】
1.一种被保护层膨胀变形量测定装置，其特征在于：包括设在钻孔内的引导管、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、套管、第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管和钢丝绳；
所述钻孔为仰角穿层钻孔，所述钻孔从煤岩壁开孔穿被保护煤层后施工至被保护煤层的顶板上方；
所述引导管包括连接在一起的圆钢管体、第一挡圈和第二挡圈；所述第一挡圈固定在所述圆钢管体下端；所述第二挡圈固定在所述圆钢管体上端；
所述第一封孔囊袋两端与所述圆钢管体中部固定连接，且所述第一封孔囊袋位于所述第一挡圈和第二挡圈之间；
所述第一囊袋注浆管一端与所述第一封孔囊袋内部连通，所述第一囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；
所述套管设置在所述钻孔内，且所述套管一端伸入至被保护煤层的底板上方，所述套管另一端引出至所述钻孔的外部；
所述第二封孔囊袋两端与所述套管固定连接，且所述第二封孔囊袋位于被保护煤层底板下方；
所述第二囊袋注浆管一端与所述第二封孔囊袋内部连通，所述第二囊袋注浆管另一端伸出至所述钻孔的外部；
所述钢丝绳一端固定在所述圆钢管体上并与被保护煤层的顶板的位置相对应，所述钢丝绳另一端伸入所述套管内部并引出所述钻孔的外部。


2.根据权利要求1所述的一种被保护层膨胀变形量测定装置，其特征在于：所述引导管还包括尖锥，所述尖锥固定连接在所述引导管的顶部，所述尖锥直径介于钻杆直径与所述钻孔直径之间。


3.一种基于权利要求1所述的被保护层膨胀变形量测定装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在煤岩壁上采用钻机、钻杆及配套钻头施工钻孔，钻孔的孔底钻至被保护煤层顶板上方，退出钻杆及配套钻头；
S2、在引导管的圆钢管体上固定第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、钢丝绳，第一封孔囊袋固定在第一挡圈和第二挡圈之间；
S3、将引导管插入钻杆的内孔，直至钻杆的端部与第一挡圈接触，然后启动钻机将引导管、以及第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管和钢丝绳同时送入钻孔的孔底，此时第一挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：周言安，王永，童校长，陈建，周韬，叶春辉，杨洋，陈勇，赵勇，程玉灵，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34