一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统及方法与流程

文档序号:12351247阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,包括回采巷道(42),所述回采巷道(42)一侧为待回采煤层(43),另一侧为相邻煤层(40),其特征在于,相邻煤层(40)上设有底板钻孔钻场(41),从底板钻孔钻场(41)向待回采煤层(43)底板下方延伸设有底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47),底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)依次并排设置,且相互间隔1-2m,所述底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)中均设有密封观测筒,密封观测筒露出钻孔口0.5~1.0m,所述密封观测筒内设有探测定位组件;

所述密封观测筒包括多根相互连接的透明中空管(8),相邻透明中空管(8)由对接密封组件连接在一起,所述对接密封组件包括对接套筒(7)和设在对接套筒(7)两端的“U”形卡簧(5),所述对接套筒(7)两端分别套在相邻的透明中空管(8)端部,两个“U”形卡簧(5)分别垂直于对接套筒(7)从对接套筒(7)筒壁上的对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)穿过,将对接套筒(7)和相邻的透明中空管(8)连在一起;

所述密封观测筒筒底设有封底密封组件,所述封底密封组件包括封底套筒(19),封底套筒(19)固定在密封观测筒的筒底一端,且封底套筒(19)底部设有封底面(22),所述封底套筒(19)的封底面(22)与密封观测筒筒底之间及相邻透明中空管(8)的对接处均设有防水“O”型垫片(11);所述对接套筒(7)和封底套筒(19)外壁上均设有防跑偏部件,所述防跑偏部件包括沿套筒周向分布设在套筒外壁上的三个防跑偏定位销(9),所述三个防跑偏定位销(9)分别沿套筒径向旋入定位销螺纹孔(10)并紧固在套筒筒壁上,且防跑偏定位销(9)外端与钻孔的孔壁相距2~5mm;

所述密封观测筒与钻孔孔壁之间有大流动性无收缩灌浆材料凝固形成的钻孔注浆体(3),密封观测筒内侧筒壁上设有测量部件,所述测量部件包括多段刻度相连的测量尺(4),所述每段测量尺(4)的长度与透明中空管(8)的长度一致,一面标有刻度,另一面通过锚固胶(23)固定粘结在透明中空管(8)内壁上;

所述探测定位组件包括本质安全型钻孔窥视仪(18),本质安全型钻孔窥视仪(18)通过电缆线(12)连接钻孔窥视器(53),所述本质安全型钻孔窥视仪(18)外设有定位套筒(13),环绕定位套筒(13)的三根螺钉(15)分别从定位套筒(13)外壁沿定位套筒(13)径向旋入,将定位套筒(13)固定在本质安全型钻孔窥视仪(18)上;所述定位套筒(13)筒壁上分布设有多根弹簧(17),所述弹簧(17)沿定位套筒(13)径向延伸,且一端焊接在定位套筒(13)上,另一端固定有防刮球(14)。

2.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,所述“U”形卡簧(5)的材质为弹簧钢,且“U”形卡簧(5)的两个固定支腿端部向外张开。

3.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,对接套筒(7)筒壁上的对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)位置对应,且对穿孔(6)孔径与“U”形卡簧(5)的固定支腿直径相同。

4.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,对接套筒(7)和透明中空管(8)的材质为树脂纤维或亚克力有机玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,防跑偏定位销(9)材质为不锈钢,且外端为半球形。

6.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,所述防水“O”型垫片(11)的内、外径与透明中空管(8)的内、外径一致。

7.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,所述大流动性无收缩灌浆材料包括早强高强型硅酸盐水泥、增强剂、骨料、高效减水剂、膨胀剂、降失水剂、防收缩剂、消泡剂和缓凝剂,其重量比为40-55%、4-13%、35-50%、0.3-1.6%、2-8%、0.01-0.6%、0.01-0.2%、0.1-0.8%、0.5-1.5%,水灰比为0.12~0.20;

所述的早强高强型硅酸盐水泥为42.5R硅酸盐水泥或52.5R硅酸盐水泥或重量比8:1的硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的混合物;

所述的增强剂为超细粉煤灰或高钙粉煤灰,规格为200~300目;

所述的骨料为石英砂,粒径分布为0~1.25mm;

所述的高效减水剂为聚羧酸聚合物高效减水剂;

所述的膨胀剂为UEA高效低碱混凝土膨胀剂或WZ-MPC聚合物纤维膨胀剂;

所述的降失水剂为羟乙基纤维素;

所述的防收缩剂为聚丙烯类纤维;

所述的消泡剂为胺基聚醚类消泡剂或有机硅类消泡剂;

所述的缓凝剂为洒石酸、柠檬酸、硼酸、磷酸盐中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,所述测量尺的量程为1m或2m。

9.根据权利要求1所述的一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的探测系统,其特征在于,所述定位套筒(13)材质为不锈钢或铝材。

10.一种监测无煤柱沿空留巷底板裂隙发育的方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、采用无煤柱开采方式开采待回采煤层(43),待回采煤层(43)一侧为回采巷道(42),回采巷道(42)邻近相邻煤层(40)一侧设有底板钻孔钻场(41);

步骤2、在底板钻孔钻场(41)内,采用煤矿本质安全型坑道钻机沿横断面x方向向待回采煤层(43)底板下施工不同角度的钻孔,即底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47),相邻钻孔的间距为1~2m;

步骤3、待底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)施工完成后,首先将与透明中空管(8)长度相同、刻度相连的多段测量尺(4)分别采用锚固胶(23)粘结于透明中空管(8)内壁,并按各段测量尺(4)的刻度范围从小到大分别在透明中空管(8)上标注“小1”、“小2”、“小3”…………,待用;

步骤4、在已施工好的底板小角度钻孔(45)内,把一个防水“O”型垫片(11)放置于封底套筒(19)底部,并将封底套筒(19)旋在标识“小1”的透明中空管(8)的量程初始端,在环绕封底套筒(19)分布设置在封底套筒(19)筒壁上的三个定位销螺纹孔(10)处拧紧防跑偏定位销(9);然后在标注“小1”的透明中空管(8)的另一端部放置防水“O”型垫片(11),并取一节对接套筒(7)套入“小1”的透明中空管(8)的另一端,将对穿孔(6)和透明中空管(8)的通槽(24)的位置对正,插入一根“U”形卡簧(5),从而将对接套筒(7)固定在标注“小1”的透明中空管(8)上;将标识“小2”的透明中空管(8)量程初始一端对接于对接套筒(7)外露口,并在对应位置插入另一根“U”形卡簧(5),将标注“小2”的透明中空管(8)与对接套筒(7)固定在一起;在环绕对接套筒(7)分布设置在对接套筒(7)中部筒壁上的三个定位销螺纹孔(10)处拧紧防跑偏定位销(9);将对接好的“小1”和“小2”透明中空管(8)缓慢送入底板小角度钻孔(45),在“小2”透明中空管(8)外露底板小角度钻孔(45)孔口的另一端以此类推安装标注“小3”、“小4”……的透明中空管(8),直至“小1”透明中空管(8)落入底板小角度钻孔(45)孔底,同时最后一节透明中空管(8)需露出钻孔孔口0.5~1m的安全距离,从而安装完成小角度密封观测筒;

步骤5、重复上述步骤3-4的过程,制作标识为“中1、中2、中3……”和“大1、大2、大3……”的透明中空管(8),并将标注“中1、中2、中3……”的透明中空管(8)安装在底板中角度钻孔(46)中,将“大1、大2、大3……”的透明中空管(8)安装在底板大角度钻孔(47)中,分别形成中角度密封观测筒和大角度密封观测筒;

步骤6、各透明中空管(8)在底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)安装就位后,根据底板围岩层的岩性选择大流动性无收缩灌浆材料,并按水灰比0.12~0.20在灌浆材料中加入拌合水充分拌合后,灌入底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)与密封观测筒的间隙中,形成钻孔注浆体(3);

步骤7、待钻孔注浆体(3)达到3天抗压强度后进行初次底板采动裂隙观测,首先将本质安全型钻孔窥视仪(18)通过电缆线(12)与数据采集主机的钻孔窥视器(53)连接就位;

步骤8、将本质安全型钻孔窥视仪(18)穿过外壁设有防刮球(14)的定位套筒(13),环绕定位套筒(13)的三根螺钉(15)分别从定位套筒(13)外壁沿定位套筒(13)径向旋入,将定位套筒(13)固定在本质安全型钻孔窥视仪(18)上,并使定位套筒(13)的中轴线与本质安全型钻孔窥视仪(18)的中轴线重合;然后依次在底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)内连接好的透明中空管(8)内缓慢下放套有定位套筒(13)装置的钻孔窥视摄像头,钻孔窥视器(53)实时记录初次窥视视频内容,通过透明中空管(8)内壁的测量尺(4)上的刻度详细记录钻孔注浆体(3)上围岩裂隙发育情况;

步骤9、当待回采煤层(43)处于开采中,且采煤工作面与底板钻孔钻场(28)相距1~2个周期来压步距时,采空区形成采空区覆岩裂隙带(48),此时进行第二次底板采动围岩裂隙发育规律观测,重复步骤8的过程,记录底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)中的透明中空管(8)的测量尺(4)上不同刻度处的钻孔注浆体(3)上围岩裂隙情况,并将此次观测结果与首次观测结果进行对比分析,初步判断出开采期间底板破坏形态(51);

步骤10、当待回采煤层(43)采过底板钻孔钻场(41)位置,且采空区覆岩裂隙带(48)区域压实稳定后,此时回采巷道(42)变为无煤柱沿空留巷(50),无煤柱沿空留巷(50)与采空区覆岩裂隙带(48)之间采用巷旁支护体(49)作为顶板巷旁支护,进行第三次底板采动围岩裂隙发育规律观测,重复步骤7-步骤8的过程,记录底板小角度钻孔(45)、底板中角度钻孔(46)和底板大角度钻孔(47)中的透明中空管(8)的测量尺(4)上不同刻度处的钻孔注浆体(3)上围岩裂隙情况,并将此次观测结果与首次和第二次观测结果进行对比分析,圈定出煤层开采后底板破坏形态(52)。

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