专利名称：采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法
技术领域：
本发明涉及一种采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法，用于在工作面开采过程中直接对煤体扩容进行现场探测，以确定采煤工作面前方受采动应力影响造成煤体扩容膨胀的规律。
背景技术：
煤岩瓦斯动力灾害是影响煤矿生产安全的重大问题，因此煤岩瓦斯动力灾害的防治工作具有重要意义。采煤工作面前方煤体的扩容打破了煤体内瓦斯的吸附和解吸平衡，从而产生瓦斯压力梯度急剧变化，易造成煤岩瓦斯动力灾害；针对工作面煤层发生扩容的区域实施有效的煤层卸压等技术措施，可以达到有效防治煤岩动力灾害的目的；因此实现对采煤工作面前方煤体扩容现象的有效探测，是有效实施煤岩动力灾害防治技术措施的重要前提条件，但目前尚没有对工作面前方煤体的扩容现象进行探测的仪器和方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法，用于探测采煤工作面前方煤体随工作面采动的体积变化规律，以判断煤体是否发生体积增大的扩容现象。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明采煤工作面煤体扩容探测器的结构特点是:以套筒结构设置大直径钢管和贯穿在大直径钢管中的小直径钢管，所述小直径钢管可以在大直径钢管中轴向移动；在所述大直径钢管和小直径钢管的前端呈伞状分别设置有各钢质弹片，撑涨在钻孔中的各钢质弹片是以棘爪的形式使大直径钢管和小直径钢管分别固定在相应位置上；在所述小直径钢管的尾部沿轴向设置用于测量大直径钢管和小直径钢管之间的轴向相对位移量的刻度线。本发明采煤工作面煤体扩容探测器的结构特点也在于:设置大直径钢管的直径为40mm，小直径钢管的直径为35mm ;所述大直径钢管前端各钢质弹片张开的直径为60mm，小直径钢管前端钢质弹片张开的直径为55mm。所述小直径钢管尾部刻度线的分度值为1mm，量程不小于500mm。本发明采煤工作面煤体扩容探测器的探测方法的特点是:a、在煤层上方布置一条探测巷道，在所述探测巷道内位于工作面煤壁的前方由探测巷道的底板向煤层中施工探测钻孔，所述探测钻孔与煤层垂直，并且所述探测钻孔至少进入煤层中1.5m ；b、将采煤工作面煤体扩容探测器放入在探测钻孔中，使小直径钢管的管前端达到探测钻孔的孔底部，并使大直径钢管的管前端与小直径钢管的管前端相距不少于1.5m的距离；记录此时采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度值LI ；C、随着工作面的推进，实时观测所述采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度变化，以所述采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度变化值获得煤体中两点的相对位移量，以所述相对位移量表征煤体扩容程度。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:1、本发明能够探测采煤工作面受采动应力影响造成的煤体扩容膨胀规律，实现了对采煤工作面前方煤体扩容现象的探测，为研究采煤工作面前方煤体扩容现象提供了探测方法；2、本发明探测器结构简单，操作方便。
图1为本发明探测器结构示意图；图2为本发明探测器前端示意图；图3为本发明探测方法示意图；图中标号:11大直径钢管；12小直径钢管；3a大径管钢质弹片；3b小径管钢质弹片；14刻度线；21探测巷道；22煤层；23钻孔；24工作面煤壁；25采空区。
具体实施例方式参见图1和图2，本实施例中的采煤工作面煤体扩容探测器是采用套筒结构，设置大直径钢管11和贯穿在大直径钢管11中的小直径钢管12，小直径钢管12可以在大直径钢管11中轴向移动；在大直径钢管11的前端呈伞状设置有各大径管钢质弹片3a，在小直径钢管12的前端呈伞状设置有各小径管钢质弹片3b ;本实施例中是以四根钢质弹片在钢管前端外周均匀分布，撑涨在钻孔中的各钢质弹片是以棘爪的形式使大直径钢管11和小直径钢管12分别固定在相应位置上，不向后位移；在小直径钢管12的尾部沿轴向设置用于测量大直径钢管11和小直径钢管12之间的轴向相对位移量的刻度线14。具体实施中，可以设置大直径钢管11的直径为40mm，各大径管钢质弹片3a在张开后，其各钢质弹片前端所呈的圆平面的直径为60mm ;小直径钢管12的直径为35mm，各小径管钢质弹片3b在张开后，其各钢质弹片前端所呈圆平面的直径为55mm ;设置小直径钢管12尾部刻度线14的分度值为1mm，量程不小于500mm。当煤体发生体积增大的扩容现象时，小直径钢管12相对于大直径钢管11向钻孔23的深部发生位移，位移量由刻度线14读出，以此判断煤体是否发生扩容。探测方法如图3所示:首先，在煤层22的上方25m位置处布置一条探测巷道21，在探测巷道21内距工作面煤壁24的前方IOOm位置处由探测巷道21的底板向煤层22中施工探测钻孔23，探测钻孔23的直径为45mm，探测钻孔23与煤层22垂直，并且探测钻孔23至少进入煤层22中
1.5m 深。然后，将采煤工作面煤体扩容探测器放入在探测钻孔23中，使小直径钢管12的管前端达到探测钻孔23的孔底部，并使大直径钢管11的管前端与小直径钢管12的管前端相距不少1.5m的距离；记录此时煤体扩容探测仪的尾部刻度值LI。
随着工作面的推进，实时观测煤体扩容探测仪的尾部刻度变化，以煤体扩容探测仪的尾部刻度变化值表征煤体扩容程度。图3中所示位于工作面煤壁24的后方的是采空区25。本实施例中，探测巷道21在工作面煤层上方的位置可根据具体现场条件进行适当调整；探测钻孔23与工作面的距离，以保证足够的观测距离为原则，可根据具体现场条件进行适当调整。
权利要求
1.采煤工作面煤体扩容探测器，其特征是:以套筒结构设置大直径钢管(11)和贯穿在大直径钢管(11)中的小直径钢管(12)，所述小直径钢管(12)可以在大直径钢管(11)中轴向移动；在所述大直径钢管(11)和小直径钢管(12)的前端呈伞状分别设置有各钢质弹片，撑涨在钻孔中的各钢质弹片是以棘爪的形式使大直径钢管(11)和小直径钢管(12)分别固定在相应位置上；在所述小直径钢管(12)的尾部沿轴向设置用于测量大直径钢管(11)和小直径钢管(12)之间的轴向相对位移量的刻度线(14)； 所述采煤工作面煤体扩容探测器的探测方法是: a、在煤层(22)上方布置一条探测巷道(21)，在所述探测巷道(21)内位于工作面煤壁的前方由探测巷道(21)的底板向煤层(22)中施工探测钻孔(23)，所述探测钻孔(23)与煤层(22)垂直，并且所述探测钻孔(23)至少进入煤层(22)中1.5m; b、将采煤工作面煤体扩容探测器放入在探测钻孔(23)中，使小直径钢管(12)的管前端达到探测钻孔(23)的孔底部，并使大直径钢管(11)的管前端与小直径钢管(12)的管前端相距不少于1.5m的距离；记录此时采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度值LI ； C、随着工作面的推进，实时观测所述采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度变化，以所述采煤工作面煤体扩容探测器的尾部刻度变化值获得煤体中两点的相对位移量，以所述相对位移量表征煤体扩容程度。
2.根据权利要求1所述的采煤工作面煤体扩容探测器，其特征是设置大直径钢管(11)的直径为40mm，小直径钢管(12)的直径为35mm ;所述大直径钢管(11)前端各钢质弹片张开的直径为60mm，小直径钢管(12)前端钢质弹片张开的直径为55mm。
3.根据权利要求1所述的采煤工作面煤体扩容探测器，其特征是所述小直径钢管(12)尾部刻度线(14)的分度值为1mm，量程不小于500mm。
全文摘要
本发明公开了一种采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法，其特征是以套筒结构设置大直径钢管和贯穿在大直径钢管中的小直径钢管，小直径钢管可以在大直径钢管中轴向移动；在大直径钢管和小直径钢管的前端呈伞状分别设置有各钢质弹片，撑涨在钻孔中的各钢质弹片是以棘爪的形式使大直径钢管和小直径钢管分别固定在相应位置上；在小直径钢管的尾部沿轴向设置用于测量大直径钢管和小直径钢管之间的轴向相对位移量的刻度线。本发明用于探测采煤工作面受采动应力影响造成的煤体扩容膨胀，为研究采煤工作面煤体扩容现象提供了有效的探测方法。
文档编号G01B5/02GK103207418SQ20131012742
公开日2013年7月17日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者谢广祥 申请人:安徽理工大学