煤矿老空区探查装置及探查方法与流程

本发明涉及煤矿探测，具体而言，涉及一种煤矿老空区探查装置及方法。

背景技术：

1、小煤矿越界开采形成的老空区积水严重威胁着周边煤矿的安全生产，老空区一旦发生突水，突水量集中、来势猛、流速快，极易造成煤矿安全事故。透水事故严重影响矿井安全生产，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此弄清大型煤矿周边小煤矿老空区的分布状况对煤矿安全生产具有重要的实践意义。

2、目前，主要利用物探手段探查老空区，受地层非均质、地形及松散层厚度影响，常规物探手段难以实现对老空区的精细探查，井下钻探成为探查老空积水边界的有效手段，但到目前为止，尚未有方便快捷钻探技术实现老空区的大面积、全空间、精细化立体探查，亟需一种能够对老空区进行大面积、全空间、精细化探查的探查装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种煤矿老空区探查装置及探查方法，以解决现有技术中的无法对老空区进行大面积、全空间、精细化探查的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种煤矿老空区探查装置，包括钻头、液压泵、单向轴承、两个限位弹性件、自然伽马传感器和筒状的外壳，单向轴承、限位弹性件和自然伽马传感器设置在外壳内，钻头部分设置在外壳内，单向轴承套设在钻头位于外壳内的部分上；两个限位弹性件分别设置在单向轴承的两侧，限位弹性件与外壳的内壁配合，液压泵固定在外壳上，液压泵的液压杆与钻头设置在外壳内的一端连接，两个限位弹性件将单向轴承限定在外壳的中心，当液压杆伸长或缩短，钻头发生转向；自然伽马传感器设置在距离钻头3m以内的位置。

3、进一步地，限位弹性件为弹性钢板，两个弹性钢板沿液压杆的伸长方向设置。

4、进一步地，煤矿老空区探查装置还包括可调弯连接器和可转动的传动杆，可调弯连接器的一端与钻头设置在外壳内的一端连接，可调弯连接器的另一端与传动杆连接，可调弯连接器用于将传动杆的动力传递给钻头，可调弯连接器使得钻头在转向时与传动杆保持传动配合。

5、进一步地，煤矿老空区探查装置还包括减震结构，减震结构固定在外壳的内壁上，减震结构用于放置自然伽马传感器。

6、进一步地，减震结构包括壳体、多个第一弹性件和多个第二弹性件，自然伽马传感器、多个第一弹性件、多个第二弹性件均设置在壳体内，壳体具有相对的第一内壁和第二内壁，第一弹性件的一端与第一内壁固定连接，第一弹性件的另一端与自然伽马传感器固定连接，第二弹性件的一端与第二内壁固定连接，第二弹性件的另一端与自然伽马传感器固定连接；当煤矿老空区探查装置发生震动时，多个第一弹性件和多个第二弹性件分别拉伸或压缩，自然伽马传感器在壳体内往复移动。

7、进一步地，第一弹性件为三个，第二弹性件为四个，自然伽马传感器的移动方向与液压杆的伸长方向平行。

8、根据本发明的另一个方面，提供了一种探查方法，用于上述的煤矿老空区探查装置，包括：

9、s10：在煤矿布置垂直钻探孔，对煤层顶板岩层、煤层和煤层底板岩层的伽马值进行测量，其中，煤层顶板岩层的伽马值为γ1，煤层的伽马值为γ2，煤层底板岩层的伽马值γ3；记录钻孔过程中浆液漏失速度的实时变化特征；

10、s20：使用煤矿老空区探查装置在煤矿布置定向钻孔，使用自然伽马传感器(15)测量定向钻孔的伽马值；

11、s30：定向钻孔的伽马值为γ，记录γ实时变化特征，实时判断定向钻孔是否脱离煤层；

12、s40：如果定向钻孔脱离煤层，则退回钻头进行悬空侧钻，以确保钻头沿煤层钻进；

13、s50：在钻头沿煤层钻进的过程中，浆液漏失速度为d，当d急剧增大且γ发生突变，持续的距离大于2m，则进行钻孔取岩芯，并记录岩芯采出率。

14、进一步地，在s30中：

15、当γ＝(0.9-1.1)γ1，判定定向钻孔在煤层顶板岩层内；当γ＝(0.9-1.1)γ2，判定定向钻孔在煤层内；当γ＝(0.9-1.1)γ3，判定定向钻孔在煤层底板岩层内。

16、进一步地，在s50中：

17、当d的增大倍数大于10，甚至浆液全部漏失，则进行钻孔取岩芯；当钻孔取回的岩芯中的岩屑的破碎达到预定标准，且岩芯采出率小于35％，则判定存在老空区。

18、进一步地，在s50中：

19、某个时间段t内的浆液漏失速度为：

20、

21、s为储存浆液的储液池的横截面积，h0为储液池的初始浆液高度，ht为储液池实时浆液高度，q为新注入储液池的浆液量。

22、应用本发明的技术方案，提供了一种煤矿老空区探查装置，包括钻头、液压泵、单向轴承、两个限位弹性件、自然伽马传感器和筒状的外壳，单向轴承、限位弹性件和自然伽马传感器设置在外壳内，钻头部分设置在外壳内，单向轴承套设在钻头位于外壳内的部分上；两个限位弹性件分别设置在单向轴承的两侧，限位弹性件与外壳的内壁配合，液压泵固定在外壳上，液压泵的液压杆与钻头设置在外壳内的一端连接，两个限位弹性件将单向轴承限定在外壳的中心，当液压杆伸长或缩短，钻头发生转向；自然伽马传感器设置在距离钻头3m以内的位置。采用本方案，钻头在煤矿内进行打孔，自然伽马传感器随钻进行伽马探测。单向轴承和限位弹性件将钻头限位在外壳的中心位置，保证了钻头转向时钻头也在外壳的中心位置。液压泵的液压杆与钻头设置在外壳内的一端连接，当液压杆伸长或缩短，钻头发生转向，实现了煤矿老空区探查装置在煤矿内自由移动，可以对煤矿进行大面积、全空间的探查。限位弹性件具有弹性，当钻头转动打孔时，限位弹性件可以减震，震动不会对自然伽马传感器造成损害，使得自然伽马传感器可以设置在距离钻头3m以内的位置，实现了更加精细化的探查。

技术特征：

1.一种煤矿老空区探查装置，其特征在于，包括钻头(11)、液压泵(12)、单向轴承(13)、两个限位弹性件(14)、自然伽马传感器(15)和筒状的外壳(16)，所述单向轴承(13)、所述限位弹性件(14)和所述自然伽马传感器(15)设置在所述外壳(16)内，所述钻头(11)部分设置在所述外壳(16)内，所述单向轴承(13)套设在所述钻头(11)位于所述外壳(16)内的部分上；两个所述限位弹性件(14)分别设置在所述单向轴承(13)的两侧，所述限位弹性件(14)与所述外壳(16)的内壁配合，所述液压泵(12)固定在所述外壳(16)上，所述液压泵(12)的液压杆与所述钻头(11)设置在所述外壳(16)内的一端连接，两个所述限位弹性件(14)将所述单向轴承(13)限定在所述外壳(16)的中心，当所述液压杆伸长或缩短，所述钻头(11)发生转向；所述自然伽马传感器(15)设置在距离所述钻头(11)3m以内的位置。

2.根据权利要求1所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，所述限位弹性件(14)为弹性钢板，两个所述弹性钢板沿所述液压杆的伸长方向设置。

3.根据权利要求1所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，所述煤矿老空区探查装置还包括可调弯连接器(17)和可转动的传动杆(18)，所述可调弯连接器(17)的一端与所述钻头(11)设置在所述外壳(16)内的一端连接，所述可调弯连接器(17)的另一端与所述传动杆(18)连接，所述可调弯连接器(17)用于将所述传动杆(18)的动力传递给所述钻头(11)，所述可调弯连接器(17)使得所述钻头(11)在转向时与所述传动杆(18)保持传动配合。

4.根据权利要求1所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，所述煤矿老空区探查装置还包括减震结构(20)，所述减震结构(20)固定在所述外壳(16)的内壁上，所述减震结构(20)用于放置所述自然伽马传感器(15)。

5.根据权利要求4所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，所述减震结构(20)包括壳体(21)、多个第一弹性件(22)和多个第二弹性件(23)，所述自然伽马传感器(15)、多个所述第一弹性件(22)、多个所述第二弹性件(23)均设置在所述壳体(21)内，所述壳体(21)具有相对的第一内壁(211)和第二内壁(212)，所述第一弹性件(22)的一端与所述第一内壁(211)固定连接，所述第一弹性件(22)的另一端与所述自然伽马传感器(15)固定连接，所述第二弹性件(23)的一端与所述第二内壁(212)固定连接，所述第二弹性件(23)的另一端与所述自然伽马传感器(15)固定连接；当所述煤矿老空区探查装置发生震动时，多个所述第一弹性件(22)和多个所述第二弹性件(23)分别拉伸或压缩，所述自然伽马传感器(15)在所述壳体(21)内往复移动。

6.根据权利要求5所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，所述第一弹性件(22)为三个，所述第二弹性件(23)为四个，所述自然伽马传感器(15)的移动方向与所述液压杆的伸长方向平行。

7.一种探查方法，用于权利要求1至6任一项所述的煤矿老空区探查装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的探查方法，其特征在于，在s30中：

9.根据权利要求7所述的探查方法，其特征在于，在s50中：

10.根据权利要求7所述的探查方法，其特征在于，在s50中：

技术总结
本发明提供了一种煤矿老空区探查装置和探查方法，其中，煤矿老空区探查装置包括钻头、液压泵、单向轴承、两个限位弹性件、自然伽马传感器和外壳，两个限位弹性件分别设置在单向轴承的两侧，当液压杆伸长或缩短，钻头发生转向。钻头在煤矿内进行打孔，自然伽马传感器随钻进行伽马探测。单向轴承和限位弹性件保证了钻头转向时钻头也在外壳的中心位置。当液压杆伸长或缩短，钻头发生转向，实现了煤矿老空区探查装置在煤矿内自由移动，可以对煤矿进行大面积、全空间的探查。当钻头转动打孔时，限位弹性件可以减震，震动不会对自然伽马传感器造成损害，使得自然伽马传感器可以设置在距离钻头3m以内的位置，实现了更加精细化的探查。

技术研发人员：陈建强,常博,孙雪亮,刘昆轮,冉丛江
受保护的技术使用者：国家能源集团新疆能源有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15