煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头及监测方法技术

本申请提出一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头及监测方法，其中测量导头包括保护罩、摄像头、去雾喷头、清污喷头、光圈、推送柱、穿线孔、套筒和定位堵头，其中监测方法包括将光缆和承重钢丝绳通过穿线孔连接到导头上，启动卷扬机，将导头下放至钻孔内目标深度。孔口的光缆的引线两端接上跳线，接入到光纤测试仪，进行监测。将光纤传感技术应用于覆岩变形监测工作，不仅可满足成像功能，还可以准确地测量覆岩变形和离层位置，及时掌握采矿区离层形变与时间的演化规律，掌握覆岩动态演化过程。程。程。

【技术实现步骤摘要】
煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头及监测方法


[0001]本申请涉及煤矿技术与光纤传感
，特别指地下煤层开采过程中，采空区覆岩变形和离层的实时监测方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为我国重要能源，对于国民经济的发展起着重要的作用。随着煤炭的开采深度和开采强度不断增大，开采条件更加复杂，煤层开采工况增多，引发的安全问题也随之增多。因此，研究煤层覆岩变形特征和地表沉陷特征，对于煤炭资源安全开采和采空区土地资源有效利用方面具有重要的现实意义和巨大的社会经济效益。
[0003]地下煤层的开采导致覆岩岩体的应力将发生改变，当其内部拉应力超过岩层的极限抗拉强度时，岩层将出现断裂、滑移和离层等现象。大量的研究成果和工程经验证明，地下煤层开采引起的覆岩变形和离层问题将会影响地面稳定。因此，准确地测量覆岩变形和离层位置，及时掌握采矿区离层形变与时间的演化规律，逐渐成为保障煤矿开采安全的技术关键。
[0004]目前，常见的覆岩变形测试技术有钻孔冲洗液法、钻孔声速法、超声成像法、钻孔成像法、CT探测等现场实测技术。但是，根据不同地质和水文地质条件及采矿条件的差异，不同的探测方式各有优劣。随着光纤传感技术广泛地应用于众多领域，光纤传感技术结构简单，具有抗电磁干扰，抗腐蚀性，精度高，能够应用在复杂恶劣环境中对结构体进行变形监测的优点逐渐凸显出来。
[0005]将光纤传感技术应用于覆岩变形监测工作，得到采空区上覆岩层的竖向变形规律及上覆岩层“三带”发育特征，并获取离层大小和深度与煤层开采的时空变化规律，对制定注浆方案的优化以及采矿区稳定性预测具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为了准确地测量覆岩变形和离层位置，及时掌握采矿区离层形变与时间的演化规律，同时获得实时全孔视频图像，本申请的一方面实施例提出一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，包括：导头结构和推送结构。
[0008]所述导头结构包括保护罩、机壳和摄像头，摄像头设于保护罩内部，摄像头连接于机壳下方，摄像头自带有用于调节摄像头清晰度的光圈，保护罩可拆卸连接于机壳下方。
[0009]所述推送结构可拆卸连接于机壳上端，推送结构上连接光缆和承重钢丝绳。
[0010]在一些实施例中，所述机壳内置有存储防雾剂的第一仓室和存储清洁剂的第二仓室，第一仓室外侧连接去雾喷头，第二仓室外侧连接清污喷头，去雾喷头和清污喷头贴合保护罩设置且喷头指向于保护罩下端的方向。
[0011]在一些实施例中，所述去雾喷头与清污喷头分别位于保护罩两侧。
[0012]在一些实施例中，所述推送结构包括推送柱、套筒和定位堵头，所述定位堵头固定
于推送柱上端，定位堵头的下部围绕推送柱外侧固设有一圈上螺纹部，套筒上端通过上螺纹部旋合连接于定位堵头，套筒下端紧密顶住机壳上端，推送柱位于套筒内侧。
[0013]在一些实施例中，所述机壳上端固定有下螺纹部，推送柱下端旋合连接于下螺纹部。
[0014]在一些实施例中，所述定位堵头上开设有用于贯穿承重钢丝绳的上穿线孔，推送柱上开设有用于贯穿光缆的下穿线孔，套筒上开设有与下穿线孔位置相应的用于贯穿光缆的通孔。
[0015]根据本申请第二方面实施例的一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤监测方法，利用上述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，包括如下步骤：
[0016]S1，将光纤插入到红光笔的接头上，检查光纤是否联通，如若联通，可正常使用；
[0017]S2，施工前，将由光纤组成的光缆穿过导头，形成U形回路，并将光缆与导头的衔接处固定，将光缆的两端分别绕在两台卷扬机上，将承重钢丝绳的一端固定于定位堵头的上穿线孔上，承重钢丝绳的另一端缠绕在第三台卷扬机上；
[0018]S3，光缆下放：通过下放导头将光缆带入到钻孔深处；
[0019]S4，光缆固定和初步检测：待光缆下放到钻孔底部后，将承重钢丝绳和光缆的位置固定，固定后对光缆进行初步检测；
[0020]S5，钻孔回填：光缆固定和初步测试完成后，立即回填钻孔；
[0021]S6，光缆最终固定：在钻孔回填完毕后，在孔口位置建立支撑横杆，取下缠绕在卷扬机上的光缆，将光缆缠绕固定在支撑横杆上；
[0022]S7，钻孔回填后一周时间，孔口的光缆的两端接上跳线，接入到光纤测试仪，进行监测；
[0023]S8，监测站砌筑：在孔口浇筑井口保护台；
[0024]S9，分析数据：对地下煤层开采引起的覆岩变形监测结果进行分析。
[0025]在一些实施例中，所述步骤S2中，用抱箍将光缆固定在导头上。
[0026]在一些实施例中，所述步骤S5中，回填采用矿渣水泥注浆的方法。
[0027]在一些实施例中，所述步骤S8中，保护台为混凝土墩台，混凝土墩台上部固定有用于将冗余光缆盘绕在内的防护罩。
[0028]本申请实施例的导向前进型煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，安装有清污喷头以及去雾喷头，清污喷头使得摄像头保护罩在出现脏污时可达到实时清洗的目的，去雾喷头可当摄像头保护罩起雾时喷出防雾剂以消除雾气。摄像头使用4D超高清全智能孔内电视成像仪，其稳定性好，图像清晰真实，测速快。测试过程中自动实现探头提升和下降，观测孔内的结构图，如破碎带的位置、厚度，各种裂隙的厚度、走向等，获得全孔视频图像的实时展开与拼接结果，完成编录地质柱状图。
[0029]本申请实施例的监测方法，将光纤传感技术应用于覆岩变形监测工作，不仅可满足成像功能，还可以准确地测量覆岩变形和离层位置，及时掌握采矿区离层形变与时间的演化规律，掌握覆岩动态演化过程。考虑了更多工程实际因素，更好保障达到监测要求。
[0030]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0031]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0032]图1为本申请实施例所提供的一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头的结构示意图；
[0033]图2为本申请实施例所提供的一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤监测方法的示意图；
[0034]附图标记：
[0035]1‑
上穿线孔；2
‑
上螺纹部；3
‑
推送柱；4
‑
下穿线孔；5
‑
下螺纹部；6
‑
机壳；7
‑
清污喷头；8
‑
摄像头；9
‑
定位堵头；10
‑
套筒；11
‑
通孔；12
‑
去雾喷头；13
‑
保护罩；14
‑
卷扬机；15
‑
光纤测试仪；16
‑
承重钢丝绳；17
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，包括：导头结构，所述导头结构包括保护罩、机壳和摄像头，摄像头设于保护罩内部，摄像头连接于机壳下方，摄像头自带有用于调节摄像头清晰度的光圈，保护罩可拆卸连接于机壳下方；和推送结构，所述推送结构可拆卸连接于机壳上端，推送结构上连接光缆和承重钢丝绳。2.根据权利要求1所述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，所述机壳内置有存储防雾剂的第一仓室和存储清洁剂的第二仓室，第一仓室外侧连接去雾喷头，第二仓室外侧连接清污喷头，去雾喷头和清污喷头贴合保护罩设置且喷头指向于保护罩下端的方向。3.根据权利要求2所述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，所述去雾喷头与清污喷头分别位于保护罩两侧。4.根据权利要求1所述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，所述推送结构包括推送柱、套筒和定位堵头，所述定位堵头固定于推送柱上端，定位堵头的下部围绕推送柱外侧固设有一圈上螺纹部，套筒上端通过上螺纹部旋合连接于定位堵头，套筒下端紧密顶住机壳上端，推送柱位于套筒内侧。5.根据权利要求4所述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，所述机壳上端固定有下螺纹部，推送柱下端旋合连接于下螺纹部。6.根据权利要求4所述的煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头，其特征在于，所述定位堵头上开设有用于贯穿承重钢丝绳的上穿线孔，推送柱上开设有用于贯穿光缆的下穿线孔，套筒上开设有与下穿线孔位置相应的用于贯穿光缆的通孔。7.一种煤矿采空区覆岩移动分布式光纤监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学良，孙光，孙凯华，韩科明，殷磊，董庆欢，周源，王金鹏，许可，肖炜，
申请(专利权)人：中煤科工集团北京土地整治与生态修复科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：