本发明专利技术公开一种煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的精密搜索观测方法，第一步使用地质钻机进行顶板钻孔；第二步使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区；第三步使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙；第四步：分析数据，确定延深裂隙位置；第五步在延深裂隙的位置安装多点位移计观测裂隙演化数据；第六步：综合分析由双端堵水器，岩层观测记录仪及多点位移计取得的数据，即可确定顶板裂隙的分布，形态及演化过程。本发明专利技术整个观测过程最大程度节约了观测成本的同时，得到了裂隙位置，表面裂隙形态，延深裂隙程度和裂隙演化过程的完整数据，结果精确。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的观测技术，具体涉及综合使用地质钻机、岩层观测记录仪、双端堵水器和多点位移计的搜索式观测方法。
技术介绍
通常情况下，矿井采煤工作面开采或巷道开挖后，工作面或巷道顶板部分岩层内会形成离层及破裂，了解顶板岩层裂隙形态及其演化过程，是确定工作面及巷道合理支护参数的重要依据。对于在建筑物、铁路(公路)、水下采煤工作面，了解顶板岩层裂隙形态及其演化过程，是确定工作面合理开采参数的依据，也是顶板离层注浆减沉和地表下沉控制技术应用的基础，同时对承压水下煤层疏水安全开采等也具有重要作用。目前，煤矿井下常用各类双端堵水器、岩层观测记录仪等对采空区顶板裂隙情况进行观测，简单地使用这些仪器进行钻孔观测，将消耗大量的人力物力，最重要的是难以找到具体的破裂或离层区域进行针对性观测，得到顶板裂隙的形态及其演化过程。为此，专利技术人承担了国家科技支撑计划课题“深部及中小煤矿灾害防治关键技术究与示范”(编号2012BAK04B00)，本专利技术是该项目研究内容中的一部分成果。
技术实现思路
为了克服现有采空区顶板裂隙观测方法的观测消耗大，观测结果粗略的缺点，本专利技术提供了一种低消耗、结果精确的观测方法，这是一种综合使用地质钻机、岩层观测记录仪、双端堵水器和多点位移计的搜索式观测方法。为了达到上述目的，本专利技术观测方法的详细步骤是第一步使用地质钻机进行顶板钻孔。工作面回采或巷道开挖前，在联络巷或掘进头处设立测站，用地质钻机向顶板钻斜孔，选取合理的钻孔角度以及足够的钻孔深度，以保证钻孔贯通顶板有裂隙的区域。钻孔完成后撤出钻杆，并组装岩层观测记录仪。第二步使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区。利用导杆沿钻孔轴心人工推进彩色摄像探头，同时操作主机进行录像，并逐渐深入钻孔，直至整个钻孔观测完毕；根据录像内容及深度计数器的读数，找到其中裂隙尺寸较大，分布较集中的范围，并从下到上依次标注为第一表面裂隙区、第二表面裂隙区…第M表面裂隙区。观测完成后撤出导杆，同时连接好双端堵水器的输水管路及输气管路。第三步使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙。开动地质钻机将堵水探杆推入钻孔，直至探杆刚好全部处于第一表面裂隙区；操作堵水操作台，使封孔气压稳定在额定气SP1，完成封孔；操作注水操作台，向探杆内注水，使水压稳定在额定水压P2后，记录I分钟内的水流量数据；记录完成后，排出堵水探杆中的气体和水，开动钻机将探杆向深处推送I米(默认堵水探杆长度为I米)；重复上述操作，直至完成该表面裂隙区的观测。开动地质钻机将堵水探杆推至下个表面裂隙区，重复上述操作，直至所有表面裂隙区观测完毕。上述额定气压P1和额定水压P2由以下方法确定P1为使堵水探杆封孔胶囊部分膨胀直径略大于钻孔直径时的气压，可在现场简单测得；额定水压P2由下式确定P2 =初始静压+HX sina X0. IMPa式中初始静压-注水操作台到钻孔底部的静水压力；α-钻孔的倾角；H-该次观测时堵水探杆顶端所处的钻孔深度。设M个表面裂隙区中第i表面裂隙区的斜高为Li米。若Li为整数米，可以得到Li组观测数据Sn，Si2,…，SiLi ;若Li非整数米，可以得到，S，i(+l)，对 S，i(+i)进行如下处理权利要求1. 一种，其特征在于，步骤如下 第一步使用地质钻机进行顶板钻孔 工作面回采或巷道开挖前，在联络巷或掘进头处设立测站，用地质钻机向顶板钻斜孔，选取合理的钻孔角度以及足够的钻孔深度，以保证钻孔贯通顶板有裂隙的区域；钻孔完成后撤出钻杆，并组装岩层观测记录仪； 第二步使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区 利用导杆沿钻孔轴心人工推进彩色摄像探头，同时操作主机进行录像，并逐渐深入钻孔，直至整个钻孔观测完毕；根据录像内容及深度计数器的读数，找到其中裂隙尺寸较大，分布较集中的范围，并从下到上依次标注为第一表面裂隙区、第二表面裂隙区…第M表面裂隙区；观测完成后撤出导杆，同时连接好双端堵水器的输水管路及输气管路； 第三步使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙 开动地质钻机将堵水探杆推入钻孔，直至探杆刚好全部处于第一表面裂隙区；操作堵水操作台，使封孔气压稳定在额定气SP1，完成封孔；操作注水操作台，向探杆内注水，使水压稳定在额定水压P2后，记录I分钟内的水流量数据；记录完成后，排出堵水探杆中的气体和水，开动钻机将探杆向深处推送I米，堵水探杆长度取为I米；重复上述操作，直至完成该表面裂隙区的观测；开动地质钻机将堵水探杆推至下个表面裂隙区，重复上述操作，直至所有表面裂隙区观测完毕； 上述额定气压P1和额定水压P2由以下方法确定 P1为使堵水探杆封孔胶囊部分膨胀直径略大于钻孔直径时的气压，在现场直接测得； 额定水压P2由下式确定 P2 =初始静压 +HXsina XO. IMPa 式中 初始静压-注水操作台到钻孔底部的静水压力； α-钻孔的倾角； H-该次观测时堵水探杆顶端所处的钻孔深度； 设M个表面裂隙区中第i表面裂隙区的斜高为Li米。若Li为整数米，可以得到Li组观测数据Sn，Si2，…，Siu ;若Li非整数米，可以得到，S’ i(+D进行如下处理全文摘要本专利技术公开一种，第一步使用地质钻机进行顶板钻孔；第二步使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区；第三步使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙；第四步分析数据，确定延深裂隙位置；第五步在延深裂隙的位置安装多点位移计观测裂隙演化数据；第六步综合分析由双端堵水器，岩层观测记录仪及多点位移计取得的数据，即可确定顶板裂隙的分布，形态及演化过程。本专利技术整个观测过程最大程度节约了观测成本的同时，得到了裂隙位置，表面裂隙形态，延深裂隙程度和裂隙演化过程的完整数据，结果精确。文档编号G01V11/00GK102944906SQ20121046182公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日专利技术者宁建国, 吴笛, 谭云亮, 刘学生, 马鹏飞 申请人:山东科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的精密搜索观测方法，其特征在于，步骤如下：第一步：使用地质钻机进行顶板钻孔工作面回采或巷道开挖前，在联络巷或掘进头处设立测站，用地质钻机向顶板钻斜孔，选取合理的钻孔角度以及足够的钻孔深度，以保证钻孔贯通顶板有裂隙的区域；钻孔完成后撤出钻杆，并组装岩层观测记录仪；第二步：使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区利用导杆沿钻孔轴心人工推进彩色摄像探头，同时操作主机进行录像，并逐渐深入钻孔，直至整个钻孔观测完毕；根据录像内容及深度计数器的读数，找到其中裂隙尺寸较大，分布较集中的范围，并从下到上依次标注为第一表面裂隙区、第二表面裂隙区…第M表面裂隙区；观测完成后撤出导杆，同时连接好双端堵水器的输水管路及输气管路；第三步：使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙开动地质钻机将堵水探杆推入钻孔，直至探杆刚好全部处于第一表面裂隙区；操作堵水操作台，使封孔气压稳定在额定气压P1，完成封孔；操作注水操作台，向探杆内注水，使水压稳定在额定水压P2后，记录1分钟内的水流量数据；记录完成后，排出堵水探杆中的气体和水，开动钻机将探杆向深处推送1米，堵水探杆长度取为1米；重复上述操作，直至完成该表面裂隙区的观测；开动地质钻机将堵水探杆推至下个表面裂隙区，重复上述操作，直至所有表面裂隙区观测完毕；上述额定气压P1和额定水压P2由以下方法确定：P1为使堵水探杆封孔胶囊部分膨胀直径略大于钻孔直径时的气压，在现场直 接测得；额定水压P2由下式确定：P2＝初始静压+H×sinα×0.1MPa式中：初始静压?注水操作台到钻孔底部的静水压力；α?钻孔的倾角；H?该次观测时堵水探杆顶端所处的钻孔深度；设M个表面裂隙区中第i表面裂隙区的斜高为Li米。若Li为整数米，可以得到Li组观测数据Si1，Si2，…，SiLi；若Li非整数米，可以得到[Li]+1组观测数据Si1，Si2，…，Si[[Li]，S’i([Li+1)，对S’i([Li]+1)进行如下处理：Si([Li]+1)′/hi=Si([Li]+1)式中：hi?非整数米Li中不足1米段的长度；处理后的第i表面裂隙区的[Li]+1组观测数据为Si1，Si2，…，Si[Li]，Si([Li]+1)；第四步：分析数据，确定延深裂隙位置对于样本Si1，Si2，…，SiLi或Si1，Si2，…，Si[Li]，Si([Li]+1)，处理方案如下：(1)：对于第i表面裂隙区，计算该裂隙区的标准延伸裂隙参数Si0：Si0=S‾i-σi式中，和σi分别为第i表面裂隙区处理后的样本的期望值和标准差，1≤i≤M；以Si0为基准，将样本中不大于Si0的数据删去，保留余下的数据；(2)：对所有M个表面裂隙区的观测数据均按上述规则处理，设共得到N组数据，这些数据对应着该钻孔的N处延深裂隙的位置；第五步：安装多点位移计，观测裂隙演化数据对于上述N处延深裂隙的位置，准备好在其顶端及底端两处分别安装的多点位移计锚爪及钢丝，相同位置的材料只需一份；使用地质钻机将各锚爪按照标定高度从大到小的顺序，依次推送至标定位置，使连在每个锚爪下的钢丝一端留在孔外，并标定其锚爪对应的高度；锚爪安置到位后，将钢丝引至读数台，接到对应的卷尺上；自安装之日起，随着工作面推进或巷道开挖，进行连续的数据观测；第六步：综合分析由双端堵水器，岩层观测记录仪及多点位移计取得的数据，即可确定顶板裂隙的分布，形态及演化过程。FSA00000806705400023.tif...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宁建国，吴笛，谭云亮，刘学生，马鹏飞，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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