掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量钻孔变形的装置及方法，尤其适用于测量冲击地压矿井掘进工作面迎头动态超前支承压力作用后的卸压钻孔变形量。
【背景技术】
[0002]随着采深和开采强度的不断加大，煤矿冲击地压灾害日益严重。冲击地压治理已成为保障冲击地压矿井安全生产的第一要务。钻孔卸压作为防治冲击地压的重要措施，在冲击地压矿井被广泛采用，并取得了积极效果。卸压钻孔主要通过钻孔自身变形和钻孔周围煤岩破碎乃至塌孔实现释放煤岩层中弹性变形能的作用。
[0003]巷道掘进过程中，迎头煤体内将形成巷道超前支承压力，并随着掘进工作面不断前移。为降低冲击危险性，一般在掘进工作面迎头煤体施工数个卸压钻孔。随着巷道不断掘进，深部原岩应力区的钻孔段将受到不断前移的超前支承压力作用而加剧变形，从而起到卸压效果。掌握超前支承压力作用后的卸压钻孔变形情况，对于钻孔参数设计、优化及其卸压时效性评判具有重要指导意义。
[0004]与其它方位(帮部、底板等)的卸压钻孔不同，迎头卸压钻孔具有典型特殊性一一钻孔形成后，随着巷道不断掘进，迎头表层的煤体不断被剥离，在掘进机截割和移动的超前支承压力共同作用下，孔口段往往塌孔严重，甚至闭合。上述限制条件导致在钻孔中布设传输管线的传统测量方法难以实施。
[0005]有的方法在停掘期间钻取新的迎头卸压钻孔，并在恢复掘进前完成测量过程。但由于钻孔变形较缓慢，欲获取完整的钻孔变形过程，需长时间停止掘进，对生产影响很大。此外，该方法中测量孔在已形成的静态超前支承压力区钻取，即“先来压，后钻孔”，钻孔是在静态的超前支承压力作用下发生变形，而实际上，随着巷道不断掘进，迎头钻孔将先后经历原岩应力和超前支承压力作用，即“先钻孔，后来压”，钻孔是在动态的超前支承压力作用下发生变形。显然两种条件下的钻孔变形机制不同，针对后者的研究更加具有实用价值。
[0006]综上，未见可用于测量掘进工作面迎头动态超前支承压力作用后卸压钻孔变形量的装置及方法。
【发明内容】
[0007](I)要解决的技术问题
[0008]本发明要解决掘进工作面迎头动态超前支承压力作用后卸压钻孔变形量的测量问题。
[0009](2)技术方案
[0010]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0011]掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，它由测量瓶和溢流阀组成。
[0012]所述的测量瓶外形呈圆柱形，由塑料材料制成，直径略小于卸压钻孔直径，长度20?30cm，端部为外凸的实心圆锥体，尾部设置有瓶口。
[0013]所述的溢流阀可通过螺纹与测量瓶的瓶口紧密连接，可人工设定整定压力，保持测量瓶内水压的恒定。
[0014]使用上述装置测量钻孔变形的方法，包括如下步骤:
[0015]I)通过瓶口向测量瓶内注满水，将溢流阀与测量瓶的瓶口紧密连接。
[0016]2)将测量瓶放平，缓慢调小溢流阀整定压力，直至有水可从溢流阀出口微微流出，记录此时的整定压力为P。，再将整定压力值设置为1.1?1.2P。。
[0017]3)重复步骤I)、2)，制作15?20个连接溢流阀的测量瓶，并将其编号。
[0018]4)在掘进迎头钻取卸压钻孔，孔深不小于巷高h的6倍。
[0019]5)利用木棒将测量瓶送至距离孔口 3h?6h的钻孔区间，端部朝里，每次送入I瓶，测量瓶的孔内间隔为lm。记录测量瓶编号与装入深度的对应关系。
[0020]6)掘进工作面继续进尺3h后，利用取芯钻机沿原卸压钻孔轴线钻进，取芯钻机配备的岩芯管内径不小于钻孔直径的1.5倍，长度1.2?1.5m，每钻进Im取芯一次，直至将所有测量瓶取出。
[0021]7)将包裹测量瓶的岩芯取出后，用小锤轻轻敲裂岩芯表层煤块，取出测量瓶。
[0022]8)量取测量瓶内剩余水量，与测量瓶容积对比，再通过几何换算得到各测量段钻孔的变形量。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]无需在孔内布设任何管线，可避免掘进过程中对装置的损坏，对掘进作业本身干扰小；测量瓶最初安装在超前支承压力影响区之外的原岩应力区，取芯时均位于超前支承压力影响区，通过测量瓶的出水量，可获取动态超前支承压力作用后的钻孔变形量。该发明具有安装方便，生产成本低，适用性强，测量准确度高等优点。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置的整体图。
[0026]图2是测量瓶安装位置示意图。
[0027]图3是取芯前各测量瓶位置示意图。
[0028]图4是用取芯管取芯示意图。
[0029]图5是包裹测量瓶的岩芯。
[0030]图中:1、测量瓶；2、瓶口 ；3、溢流阀；4、掘进工作面迎头超前支承压力分布曲线；5、掘进工作面迎头卸压钻孔；6、取芯管；7、岩芯表层煤块。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0032]本实施例中巷道高度h为4m，迎头卸压钻孔直径为130mm，介绍测量钻孔变形的实施步骤。
[0033]掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，它由测量瓶I和溢流阀3组成。
[0034]所述的测量瓶I外形呈圆柱形，由塑料材料制成，直径120?125mm，长度20?30cm,端部为外凸的实心圆锥体，尾部有设置有瓶口 2。
[0035]所述的溢流阀3可通过螺纹与测量瓶I的瓶口 2紧密连接，可人工设定整定压力，保持测量瓶I内水压的恒定。
[0036]使用上述装置测量钻孔变形的方法，包括如下步骤:
[0037]I)通过瓶口向测量瓶I内注满水，将溢流阀3与测量瓶I的瓶口 2紧密连接。
[0038]2)将测量瓶I放平，缓慢调小溢流阀3整定压力，直至有水可从溢流阀3出口微微流出，记录此时的整定压力为P。，再将整定压力值设置为1.1?1.2P。。
[0039]3)重复步骤I)、2)，制作15?20个连接溢流阀3的测量瓶I，并将其编号。
[0040]4)在掘进迎头钻取卸压钻孔5，孔深不小于24m。
[0041]5)利用木棒将测量瓶I送至距离孔口 12?24m的钻孔区间，端部朝里，每次送入I瓶，测量瓶I的孔内间隔为lm。记录测量瓶I编号与装入深度的对应关系。
[0042]6)掘进工作面继续进尺12m后，利用取芯钻机沿原卸压钻孔5轴线钻进，取芯钻机配备的岩芯管6内径不小于卸压钻孔5直径的1.5倍，长度1.2?1.5m，每钻进Im取芯一次，直至将所有测量瓶I取出。
[0043]7)将包裹测量瓶I的岩芯取出后，用小锤轻轻敲裂岩芯表层煤块7，取出测量瓶I。
[0044]8)量取测量瓶I内剩余水量，与测量瓶I容积对比，再通过几何换算得到各测量段钻孔的变形量。
[0045]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，其特征在于:它由测量瓶和溢流阀组成。2.根据权利要求书I所述的掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，其特征在于:测量瓶外形呈圆柱形，由塑料材料制成，直径略小于卸压钻孔直径，长度20?30cm，端部为外凸的实心圆锥体，尾部设置有瓶口。3.根据权利要求书I所述的掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，其特征在于:溢流阀可通过螺纹与测量瓶的瓶口紧密连接，可人工设定整定压力，保持测量瓶内水压的恒定。4.使用权利要求1所述的掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置，其特征在于包括如下步骤: 1)通过瓶口向测量瓶内注满水，将溢流阀与测量瓶的瓶口紧密连接。 2)将测量瓶放平，缓慢调小溢流阀整定压力，直至有水可从溢流阀出口微微流出，记录此时的整定压力为匕，再将整定压力值设置为L I?L 2P。。 3)重复步骤I)、2)，制作15?20个连接溢流阀的测量瓶，并将其编号。 4)在掘进迎头钻取卸压钻孔，孔深不小于巷高h的6倍。 5)利用木棒将测量瓶送至距离孔口3h?6h的钻孔区间，端部朝里，每次送入I瓶，测量瓶的孔内间隔为lm。记录测量瓶编号与装入深度的对应关系。 6)掘进工作面继续进尺3h后，利用取芯钻机沿原卸压钻孔轴线钻进，取芯钻机配备的岩芯管内径不小于钻孔直径的1.5倍，长度1.2?1.5m，每钻进Im取芯一次，直至将所有测量瓶取出。 7)将包裹测量瓶的岩芯取出后，用小锤轻轻敲裂岩芯表层煤块，取出测量瓶。 8)量取测量瓶内剩余水量，与测量瓶容积对比，再通过几何换算得到各测量段钻孔的变形量。
【专利摘要】掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置及方法，装置由测量瓶和溢流阀组成。通过调节溢流阀整定压力，可保持测量瓶内水压的恒定，使得钻孔变形量与测量瓶出水量一致。测量方法为：将测量瓶装满水，连接溢流阀并调节其整定压力。在掘进工作面迎头卸压钻孔的原岩应力区段间隔布置多个测量瓶。待掘进至钻孔测量段后，用取芯钻机将包裹测量瓶的岩芯取出，量取测量瓶中剩余水量。通过几何换算得到各测量段钻孔的变形量。该发明可获取掘进工作面迎头卸压钻孔在动态超前支承压力作用后的变形量，且无需在孔内布设任何管线，可避免掘进过程中对装置的损坏，对掘进作业本身干扰小，具有操作方便，成本低，适用性强等优点。
【IPC分类】E21B47/00
【公开号】CN105134166
【申请号】CN201510498187
【发明人】王书文, 潘俊锋, 史庆稳, 夏永学
【申请人】天地科技股份有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月14日