专利名称：多点位底板离层监测仪及其使用方法
技术领域：
本发明涉及煤矿监测仪器。
背景技术：
目前，对矿山巷道或工作面围岩离层的监测主要是对巷道顶板进行监测，而且 离层监测基点数比较少，一般为1-2个。如中国专利公开的顶板下沉离层指示仪(申请 号98243841)、围岩离层监测仪(申请号200730013939)、围岩离层监测报警仪(申请号 200420039443)、多方位围岩离层监测报警仪(申请号200620083761)和多方位双功能围岩 离层监测报警仪(申请号200710013233)等。所有这些仪器的结构都大同小异，都是由锚 头、拉绳、套管和测尺组成，使用时，锚头固定在岩孔底，测尺通过套管安装在孔口，顶板离 层时测尺缩回岩孔里，从而测得离层量的大小。上述仪器的共同不足是，测点少，不能反映 整个岩层内的细部离层情况，而且由于测尺下垂在孔外，适用于测顶板，不适用监测底板。因为在煤矿开采中有时先采下层煤，当再采上一层煤时，煤层底板也要发生离层， 为生产安全，需要对底板的离层情况进行监测，至今为止，还没有对煤层底板离层进行监测 的监测仪。为此，发明人承担了国家973项目“煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础 研究”(编号2010CB226805)，本发明是该项目研究内容中的一部分成果。
发明内容
本发明的目的是设计一种能监测煤层底板离层的监测仪。本发明同时提供这种监测仪的使用方法。为达到上述目的，本发明的监测仪主要由基点锚头、拉绳、基体套管和测尺组成， 其特征在于，在所述的基体套管的顶部连接出多个水平方向的伸出管，每个伸出管上开有 朝上的观察缝，伸出管内均安装有测尺，从观察缝能看到测尺读数，每个测尺都通过拉绳连 接各自的锚头，每个拉绳用螺钉活动连接在测尺上，而且在钻孔内分别有不同的长度。另外测尺刻度数范围是0 150mm，有15个大格，每个大格是10mm ；每个大格又分 5个小格，每个小格2mm。本发明工作原理是，每个基点锚头按深浅不同的顺序固定在底板岩层的钻孔内，
分别处于不同位置的测点，从下至上依次称为1#、2#、3#、4#......测点，当岩层内发生离层
时，离层下方的岩石将带动固定住的基点锚头向下运动，并拉动测尺位移。此时，测尺上的 读数可显示各个锚头不同的位移量，根据各个锚头位移量的不同，可以得知离层所发生的 大体位置以及离层的大小；由最深部的测尺读数可以知道测量范围内底板总的离层量。本发明的使用方法描述如下第一步在需要监测的煤层顺槽中的底板上向下打钻孔，钻孔深度至设计深度；第二步把本发明的多点位底板离层监测仪安装在钻孔中；安装时，首先安装最 深部的锚头，取拉绳最长的1#测点锚头放入钻孔内，用顶杆顶入钻孔底部(即1#测点的安 装位置)；记录顶杆的顶入长度(即安装深度)；再依次将2#、3#、4#等测点锚头用顶杆顶入
3钻孔中，并记录下每个锚头测点的位置；将基体管头插入钻孔并固定在孔口上，将每个拉绳 拉紧后，用螺钉固定在各自的测尺上，记录下所有测尺的初始读数(或调零位)和安装时 间，安装完毕；第三步记录底板岩层位移变化数据；从安装离层监测仪开始至工作面回采前， 每5天读数、记录一次；从工作面回采开始至距离监测点50m范围内时，每3天读数、记录一 次；从距离工作面50m开始，每天读数、记录一次；上述记录数据精确到毫米；若发现数据变 化较大时，应增加每天的记录次数；第四步根据上下相邻两个测点的位移变化判断底板岩层的离层情况，两个测点 之间的离层情况判断如下①当相邻两个测点的位移相同时，说明两个测点之间没有发生离层；②当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移大时，说明 两个测点之间有离层发生，差值即为产生的离层量；③当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移小时，说明 一种可能是下方锚头没有固定好，还有一种可能是由于拉绳的长度太长，在一定的拉力长 期作用下，表现出弹性松弛；④若是存在已经发生位移的情况，测尺刻度读数突然回缩变为零，说明这个测点 的拉绳断了。本发明积极效果是由于测尺布置在水平方向的伸出管上，所以可以用在底板上， 不影响正常工作；由于是在底板上水平读数(相对于在顶板上竖向读数)，读数以毫米计， 减少了读数误差；由于每个钻孔有多个不同深度的锚头，所以可测出岩层内不同深度的离 层情况，为煤矿安全生产提供了底板离层数据，便于工作人员及时采取安全措施，防止事故 发生。本发明为煤矿底板离层监测提供了一种全新的技术方案，为本领域技术人员研究 底板离层监测技术提供了指导性的发展思路，具有显著的进步。
图1是本发明实施例的主视图，图中以四个测点为例。图2是图1的俯视图。图例说明1-锚头；2-拉绳3_基体套管；4-伸出管；5-观察缝；6_测尺；7_螺 钉。
具体实施例方式下面参照附图，并以四个测点为例对本发明实施例的技术方案进一步说明。如图1和图2所示，本发明实施例的监测仪主要由基点锚头1、拉绳2、基体套管3 和测尺6组成。在基体套管3的顶部连接出四个水平方向的伸出管4，每个伸出管4上开有 朝上的观察缝5，伸出管4内均安装有测尺6，测尺6最大量程150mm ；有15个大格，每个大 格是10mm ；每个大格又分5个小格，每个小格2mm。从观察缝5能看到测尺6读数，每个测 尺6都通过拉绳2连接各自的锚头1，每个拉绳2用螺钉7活动连接在测尺6上，四个拉绳 2在钻孔内长度由深到浅分别为20m、17m、14m和11m ；四个锚头在钻孔中的位置由深到浅分
4别设定为1#测点、2#测点、3#测点和4#测点。下面再以某煤矿监测实例说明本发明的应用情况。某矿西一壁工作面的下顺槽为实体煤。因此，将多点位底板离层监测仪的测孔布 置在中、上顺槽内。上顺槽布置两个测孔，中顺槽布置三个测孔，每个测孔四个测点。按照 技术方案所述的方法步骤进行，在测孔内安装监测仪后开始记录变化情况。下面是中顺槽 2号孔从2006年11月30日 2007年7月21日的监测情况。在2007年1月26日，距离 回采工作面190m时，1、2、3号测点都没有发生位移变化，最浅部的4号测点首先发生位移 变化，大小为4mm，根据离层判断原理，说明底板下方7. 5米范围内的岩层发生了大小为4mm 的离层。在2007年2月14号，距离回采工作面为180m时，4号测点再次发生位移变化，大 小增量为2mm，这说明距离底板下方7. 5米之间的岩层再次发生离层或原来的离层变大，总 离层量为6mm。在2007年3月21号，距离回采工作面为144米左右时，4号测点又一次发 生位移变化，增量大小为2mm，同样说明了距离底板下方7. 5米的岩层之间又一次发生离层 或原来的离层变大，总离层量大小为8mm。在5月23号，4号测点再次发生位移变化，增量 大小为2mm，说明了距离底板下方7. 5米之间岩层的离层继续变大或出现新的离层，总离层 量大小为10mm。由此可见，中顺槽2号孔4号测点随时间离层不断变大，每次的变化幅度为 2mm，最终离层量稳定在10mm左右。此时，距离回采工作面为68米。这充分说明，随着距离 回采工作面越来越近，呈现出离层变化量越来越大的规律。此时，应采取相应安全措施，确 保生产安全。
权利要求
一种多点位底板离层监测仪，它主要由基点锚头、拉绳、基体套管和测尺组成，其特征在于，在所述的基体套管的顶部连接有多个水平方向的伸出管，每个伸出管上开有朝上的观察缝，伸出管内均安装有测尺，从观察缝能看到测尺读数，每个测尺都通过拉绳连接各自的锚头，每个拉绳用螺钉活动连接在测尺上，而且拉绳在钻孔内分别有不同的长度。
2.如权利要求1所述的多点位底板离层监测仪的使用方法，其特征在于第一步在需要监测的煤层顺槽中的底板上向下打钻孔，钻孔深度至设计深度；第二步把多点位底板离层监测仪安装在钻孔中；安装时，首先安装最深部的锚头，取拉绳最长的测点锚头放入钻孔内，用顶杆顶入钻孔底部，记录顶杆的顶入长度；再依次将其 余测点锚头从深到浅用顶杆顶入钻孔中，并记录下每个锚头测点的位置；将基体套管插入 钻孔并固定在孔口上，将每个拉绳拉紧后，用螺钉固定在各自的测尺上，记录下所有测尺的 初始读数或调零位和安装时间，安装完毕；第三步记录底板岩层位移变化数据；从安装离层监测仪开始至工作面回采前，每5天 读数、记录一次；从工作面回采开始至距离监测点50m范围内时，每3天读数、记录一次；从 距离工作面50m开始，每天读数、记录一次；上述记录数据精确到毫米；若发现数据变化较 大时，应增加每天的记录次数；第四步根据上下相邻两个测点的位移变化判断底板岩层的离层情况，两个测点之间 的离层情况判断如下①当相邻两个测点的位移相同时，说明两个测点之间没有发生离层；②当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移大时，说明两个 测点之间有离层发生，差值即为产生的离层量；③当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移小时；说明下方 锚头没有固定好或拉绳弹性松弛；④若是存在已经发生位移的情况，测尺刻度读数突然回缩变为零，说明这个测点的拉 绳断了。
全文摘要
本发明公开了一种多点位底板离层监测仪及其使用方法，它主要是在现有监测仪基体套管的顶部连接有多个水平方向的伸出管，每个伸出管上开有朝上的观察缝，伸出管内均安装有测尺，从观察缝能看到测尺读数，每个测尺都通过拉绳连接各自的锚头，每个拉绳用螺钉活动连接在测尺上，而且拉绳在钻孔内分别有不同的长度。使用时，根据上下相邻两个测点的位移变化判断底板岩层的离层情况。本发明为煤矿安全生产提供了底板离层数据，便于工作人员及时采取安全措施，防止事故发生。
文档编号G01B5/02GK101832745SQ201010136078
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者谭云亮, 赵同彬 申请人:山东科技大学