一种煤层应力的综合检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种煤层应力的综合检测方法，包括：步骤一，在煤层两侧设置第一巷道和第二巷道；步骤二，在煤层上钻出探测孔；步骤三，在探测孔中设置组合拉杆，组合拉杆第一端连接第一巷道的液压动力装置，第二端连接第二巷道的第一检测单元；步骤四，通过液压动力装置拉动组合拉杆，在第一检测单元从第二巷道穿过煤层到达第一巷道的过程中：通过第一检测单元中的测压底板的冲压端面冲击煤层形成冲孔，同时记录液压动力装置的拉力值从而获得煤层抗剪力；通过第一检测单元中的可动式测压板通过冲孔，同时记录冲孔的孔壁对可动式测压板的压力值从而获得煤层地应力。本发明的目的是能够简单方便地检测煤层地应力、抗剪力与弹性力。
【专利说明】一种煤层应力的综合检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤层力学性能的分析方法，特别是涉及一种煤层应力的综合检测方法。
【背景技术】
[0002]井工煤矿开采过程中，对煤层进行应力检测不仅能够预知煤层中瓦斯存储量，还能对瓦斯事故的预防起到有据可依的指导作用。现有检测方法通常是使用压力传感器对煤层应力进行检测，将压力传感器设置在煤层上，通过电信号与操作台连接，人工操作检测装置进行检测。由于是通过传感器进行检测，因此现有技术存在检测方法复杂，检测结果单一的问题。
[0003]针对现有技术的不足，有必要提出一种简单易行，能同时检测多种应力的煤层应力检测方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种煤层应力的综合检测方法，能够简单方便地检测煤层地应力、抗剪力与弹性力。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种煤层应力的综合检测方法，包括:
[0006]步骤一，在待测煤层两侧分别设置第一巷道和第二巷道；
[0007]步骤二，在所述待测煤层上钻出与组合拉杆直径相匹配的探测孔；
[0008]步骤三，在所述探测孔中设置所述组合拉杆，所述组合拉杆的第一端与所述第一巷道的液压动力装置连接，所述组合拉杆的第二端连接所述第二巷道的第一检测单元；
[0009]步骤四，通过所述液压动力装置拉动所述组合拉杆，在所述第一检测单元从所述第二巷道穿过所述待测煤层到达所述第一巷道的过程中:
[0010]通过所述第一检测单元中的测压底板的冲压端面冲击所述待测煤层形成冲孔，同时记录所述液压动力装置的拉力值从而获得煤层抗剪力；
[0011]通过所述第一检测单元中的可动式测压板通过所述冲孔，同时记录所述冲孔的孔壁对所述可动式测压板的压力值从而获得煤层地应力。
[0012]优选地,在上述综合检测方法中，还包括:
[0013]在所述第一检测单元的尾部连接第二检测单元，在所述第一检测单元穿出所述待测煤层后，所述第二检测单元留在所述待测煤层内部；通过在预定时长内所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值的变化来确定煤层弹性力。
[0014]优选地，在上述综合检测方法中，所述预定时长大于12小时，如果所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值上升，则确认所述煤层弹性力大于所述煤层地应力；
[0015]如果所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值下降，则确认所述煤层弹性力小于所述煤层地应力。
[0016]优选地，在上述综合检测方法中，在所述步骤四之前，还包括:[0017]在所述第二检测单元的尾部连接第三检测单元；所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述第三检测单元相同。
[0018]优选地，在上述综合检测方法中，所述步骤四中，通过对液压油缸充压，依次带动顶推盘、顶推拉杆、测压拉盘向前，从而拉动组合拉杆向前运动。
[0019]优选地，在上述综合检测方法中，设置所述组合拉杆由多段杆件连接而成，每段所述杆件能单独拆卸。
[0020]优选地，在上述综合检测方法中，在所述液压动力装置中设置前置测压表显示所述液压动力装置的拉力值。
[0021]优选地，在上述综合检测方法中，设置所述可动式测压板受压后压迫下方的管形测压储油体，设置后置测压表显示所述可动式测压板的压力值。
[0022]本发明至少具有以下技术效果:
[0023]I)本发明中，由于测压底板是依靠液压动力装置的拉力克服煤层的剪切力向前运动的，因此拉力与剪切力之间存在计算关系，通过记录液压动力装置的拉力值再经过一定计算就能知道煤层抗剪力的大小。同时由于煤层内部存在应力，因此可动式测压板会受到来自冲孔孔壁的压力，压力大小与煤层地应力大小之间存在计算关系，通过记录孔壁对可动式测压板的压力值再经过一定计算就能知道煤层地应力大小。检测方法简单方便，能同时检测两种应力，检测功能多样。
[0024]2)本发明中，在第一检测单元尾部连接了第二检测单元，通过记录第二检测单元中的可动式测压板的压力值就能知道煤层地应力大小，通过观察第二检测单元中的可动式测压板在预定时间内的压力值变化情况，就能知道煤层弹性力与煤层地应力的大小关系。检测方法简便，原理简单，易于操作。
[0025]3)本发明中，设置多个相同的检测单元重复对煤层进行应力测量，多次测量煤层的弹性力、地应力与抗剪力，保证了测量结果的准确性。
[0026]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0028]图1是本发明一个实施例提供的煤层应力综合检测方法的流程图；
[0029]图2是本发明另一个实施例提供的煤层应力综合检测方法的实施装置图。
[0030]附图标记说明如下:液压站1，液压油管2，操作台3，液压控制阀4，前置测压表5，液压油缸6，顶推拉杆7，顶推盘8，液压油缸上油管9，液压油缸下油管10，液压油缸支腿11，测压拉盘12，组合拉杆13，测压底板14，可动式测压板15，管形测压储油体16，测压油管17，后置测压表18，主体支承盘19，可调支腿20。
【具体实施方式】
[0031]图1是本发明一个实施例提供的煤层应力综合检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供一种煤层应力的综合检测方法，包括:
[0032]步骤101，在待测煤层两侧分别设置第一巷道和第二巷道；
[0033]步骤102，在待测煤层上钻出与组合拉杆13直径相匹配的探测孔；
[0034]步骤103，在探测孔中设置组合拉杆13，组合拉杆13的第一端与第一巷道的液压动力装置连接，组合拉杆13的第二端连接第二巷道的第一检测单元；
[0035]步骤104，通过液压动力装置拉动组合拉杆13，在第一检测单元从第二巷道穿过待测煤层到达第一巷道的过程中:
[0036]通过第一检测单元中的测压底板14的冲压端面冲击待测煤层形成冲孔，同时记录液压动力装置的拉力值从而获得煤层抗剪力；
[0037]通过第一检测单元中的可动式测压板15通过冲孔，同时记录冲孔的孔壁对可动式测压板15的压力值从而获得煤层地应力。
[0038]可见，本发明实施例中，由于测压底板14是依靠液压动力装置的拉力克服煤层的剪切力向前运动的，因此拉力与剪切力之间存在计算关系，通过记录液压动力装置的拉力值再经过一定计算就能知道煤层抗剪力的大小。同时由于煤层内部存在应力，因此可动式测压板15会受到来自冲孔孔壁的压力，压力大小与煤层地应力大小之间存在计算关系，通过记录孔壁对可动式测压板15的压力值再经过一定计算就能知道煤层地应力大小。检测方法简单方便，能同时检测两种应力，检测功能多样。
[0039]本发明实施例中，利用液压动力装置为第一检测单元提供动力，为了将液压动力装置和第一检测单元安装在煤层内，需要先获知煤层的厚度，然后在煤层两侧做出第一巷道和第二巷道，分别安装液压动力装置与第一检测单元，再在两巷道之间钻出与组合拉杆13的直径相互匹配的钻孔，通过组合拉杆13将液压动力装置与第一检测单元连接起来。由于工作时第一测量单元需要克服煤层的剪切力运动，因此第一测量单元的尺寸应该大于钻孔的直径大小，保证第一测量单元能够对煤层造成剪切作用，同时钻孔大小只需满足组合拉杆的通过即可，不可过大，避免第一测量单元对煤层失去剪切作用，造成检测失败。
[0040]安装好组合拉杆、液压动力装置和第一检测单元后，即可开始检测。通过液压动力装置拉动第一检测单元穿过煤层向前运动，运动时第一检测单元中的测压底板14的冲击端面对煤层有冲击作用，在运动过程中会在煤层上留下冲孔。由于测压底板14是依靠液压动力装置的拉力克服煤层的剪切力，因此拉力与剪切力之间存在计算关系，通过记录液压动力装置的拉力值再经过一定计算就能获知煤层抗剪力大小。
[0041]紧接着，可动式测压板15会在液压动力装置的拉动下通过冲孔，由于煤层内部存在应力，因此冲孔的孔壁会对可动式测压板15施加挤压力，而压力大小与煤层地应力之间存在计算关系，因此通过记录冲孔的孔壁对可动式测压板15的压力值再经过一定计算就能知道煤层的地应力大小。
[0042]可见，本发明实施例通过设置测压底板14检测了煤层抗剪力的大小，利用冲孔并设置可动式测压板15检测了煤层的地应力大小。检测方法原理简单，操作方便，能同时测量抗剪力与地应力，检测功能多样。
[0043]为了检测煤层的弹性力，本发明另一个实施例中，在第一检测单元尾部连接了第二检测单元，当第一检测单元整体穿出待测煤层后，第二检测单元继续留在待测煤层内部，将第二检测单元留在待测煤层内部预定时长内，等待煤层弹性压力显现，通过第二检测单元中的可动式测压板的压力值的变化情况就能够确定煤层的弹性力大小。
[0044]如果第二检测单元中的可动式测压板的压力值上升，则说明煤层弹性力大于煤层地应力，如果压力值下降，则确认煤层弹性力小于煤层地应力。检测方法简便，原理简单，易于操作。
[0045]为了保证检测的准确性，令预定时长大于12小时，即将第二检测单元留在待测煤层内部超过12小时。
[0046]为了让煤层应力的测量结果更加准确，可以在第二检测单元的尾部连接第三检测单元；并且第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元相同。通过多个检测单元可以多次测量煤层的弹性力，地应力与抗剪力，保证了测量结果的准确性。
[0047]为了进一步说明本发明 实施例提供的煤层应力综合检测方法，如图2所示，本发明的另一个实施例中还提供了煤层应力综合检测方法的具体实施装置。
[0048]如图2所示。本发明实施例提供了一种煤层应力综合检测方法的具体实施装置，包括液压站1，液压油管2，操作台3，液压控制阀4，前置测压表5，液压油缸6，顶推拉杆7，顶推盘8，液压油缸上油管9，液压油缸下油管10，液压油缸支腿11，测压拉盘12，组合拉杆13，测压底板14，可动式测压板15，管形测压储油体16，测压油管17，后置测压表18，主体支承盘19，可调支腿20。
[0049]其中，液压站1、液压油管2、操作台3、液压控制阀4、前置测压表5、液压油缸6、顶推拉杆7、顶推盘8、液压油缸上油管9、液压油缸下油管10、液压油缸支腿11、测压拉盘12、主体支承盘19和可调支腿20共同组成液压动力装置，测压底板14、可动式测压板15、管形测压储油体16、测压油管17和后置测压表18共同组成第一检测单元。
[0050]检测煤层抗剪力过程中，液压站I通过液压油管2、液压油缸上油管9和液压油缸下油管10对液压油缸6充压，液压油缸6充压后推动顶推盘8向前运动，从而带动顶推拉杆?和测压拉盘12向前运动，从而带动组合拉杆13向前运动。组合拉杆13拉动测压底板14向前运动，测压底板14的冲压端面会在待测煤层上形成冲孔。
[0051]由于液压油缸6的推程有限，并且巷道的长度有限，因此每次对液压油缸6充压后都只能顶推一定距离，顶推完成后装置整体就无法继续前进，这时候如果想要令液压油缸6带动装置继续向前运动，需要撤销液压油缸6中的压力，令顶推盘8和测压拉盘12回程一段距离，然后再次对液压油缸6充压，令液压油缸6再次前进。由于液压动力装置回程后会引起第一检测单元也回程，造成上一次前进距离的浪费，因此在可以液压油缸6回程前去掉一节组合拉杆13，为液压油缸6的回程创造空间，以此保证第一检测单元位置不变。因此本发明实施例中，设置所述组合拉杆13由多段杆件连接而成，每段所述杆件能单独拆卸，这样就达到了液压油缸6反复充压防压带动第一检测单元前进的目的。
[0052]具体使用时，在液压油缸6顶推到一定距离时，首先撤销一段组合拉杆13，然后在液压控制阀4的控制下使液压油缸6回程，与剩余的组合拉杆13连接在一起，然后再次对液压油缸6充压，从而带动第一检测单元前进。
[0053]读取检测数值时，通过在液压动力装置中设置前置测压表5显示液压动力装置的拉力值，前置测压表5安装在操作台3上。当通过液压动力装置拉动第一检测单元向前运动时，可以通过前置测压表5读取拉力值从而经过计算获得煤层抗剪力。
[0054]检测煤层地应力过程中，可动式测压板15在通过冲孔时会受到孔壁的挤压，如图2所示，由于可动式测压板15与水平面呈一定的扬起角度，当可动式测压板15受挤压后，会减小与水平面的夹角，从而压迫下方的管形测压储油体16，管形测压储油体16受压迫后推动测压油管17中的油液从而推动后置测压表18上的指针转动，通过后置测压表18即可读取可动式测压板15受到的压力值，经过一定计算从而获得待测煤层的地应力。
[0055]本发明实施例中，共包含三个相同的检测单元，每个检测单元都相同。利用第一检测单元工作时，根据前置测压表5和后置测压表18中的数值可以知道煤层抗剪力与煤层地应力，随着第一检测单元逐渐被拉出煤层，也就是第二检测单元和第三检测单元完全进入煤层后，液压动力装置停止拉动工作，将第二检测单元和第三检测单元完全留在煤层中，这时候根据后置测压表18的读数可以获取煤层地应力的数值，经过12小时或更久后，等待后置测压表18显现煤层弹性压力大小，如果第二检测单元中的后置测压表18的压力值上升并停在一定数值，则说明煤层弹性力大于煤层地应力，如果压力值下降并停在一定数值，则确认煤层弹性力小于煤层地应力。
[0056]为方便本发明实施例中的装置安装，本发明实施例还设置了液压油缸支腿11、主体支承盘19和可调支腿20用于固定整体装置，调节装置的高度。
[0057]由上可知，本发明实施例至少具有以下技术效果:
[0058]I)本发明中，由于测压底板是依靠液压动力装置的拉力克服煤层的剪切力向前运动的，因此拉力与剪切力之间存在计算关系，通过记录液压动力装置的拉力值再经过一定计算就能知道煤层抗剪力的大小。同时由于煤层内部存在应力，因此可动式测压板会受到来自冲孔孔壁的压力，压力大小与煤层地应力大小之间存在计算关系，通过记录孔壁对可动式测压板的压力值再经过一定计算就能知道煤层地应力大小。检测方法简单方便，能同时检测两种应力，检测功能多样。
[0059]2)本发明中，在第一检测单元尾部连接了第二检测单元，通过记录第二检测单元中的可动式测压板的压力值就能知道煤层地应力大小，通过观察第二检测单元中的可动式测压板在预定时间内的压力值变化情况，就能知道煤层弹性力与煤层地应力的大小关系。检测方法简便，原理简单，易于操作。
[0060]3)本发明中，设置多个相同的检测单元重复对煤层进行应力测量，多次测量煤层的弹性力、地应力与抗剪力，保证了测量结果的准确性。
[0061]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种煤层应力的综合检测方法，其特征在于，包括: 步骤一，在待测煤层两侧分别设置第一巷道和第二巷道； 步骤二，在所述待测煤层上钻出与组合拉杆(13)直径相匹配的探测孔； 步骤三，在所述探测孔中设置所述组合拉杆(13)，所述组合拉杆(13)的第一端与所述第一巷道的液压动力装置连接，所述组合拉杆(13)的第二端连接所述第二巷道的第一检测单元； 步骤四，通过所述液压动力装置拉动所述组合拉杆(13)，在所述第一检测单元从所述第二巷道穿过所述待测煤层到达所述第一巷道的过程中: 通过所述第一检测单元中的测压底板(14)的冲压端面冲击所述待测煤层形成冲孔，同时记录所述液压动力装置的拉力值从而获得煤层抗剪力； 通过所述第一检测单元中的可动式测压板(15)通过所述冲孔，同时记录所述冲孔的孔壁对所述可动式测压板(15)的压力值从而获得煤层地应力。
2.根据权利要求1所述的综合检测方法，其特征在于，还包括: 在所述第一检测单元的尾部连接第二检测单元，在所述第一检测单元穿出所述待测煤层后，所述第二检测单元留在所述待测煤层内部；通过在预定时长内所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值的变化来确定煤层弹性力。
3.根据权利要求2所述的综合检测方法，其特征在于，所述预定时长大于12小时，如果所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值上升，则确认所述煤层弹性力大于所述煤层地应力； 如果所述第二检测单元中的可动式测压板的压力值下降，则确认所述煤层弹性力小于所述煤层地应力。
4.根据权利要求3所述的综合检测方法，其特征在于，在所述步骤四之前，还包括: 在所述第二检测单元的尾部连接第三检测单元；所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述第三检测单元相同。
5.根据权利要求4所述的综合检测方法，其特征在于，所述步骤四中，通过对液压油缸(6)充压，依次带动顶推盘(8)、顶推拉杆(7)、测压拉盘(12)向前，从而拉动组合拉杆(13)向前运动。
6.根据权利要求5所述的综合检测方法，其特征在于，设置所述组合拉杆(13)由多段杆件连接而成，每段所述杆件能单独拆卸。
7.根据权利要求6所述的综合检测方法，其特征在于，在所述液压动力装置中设置前置测压表(5)显示所述液压动力装置的拉力值。
8.根据权利要求7所述的综合检测方法，其特征在于，设置所述可动式测压板(15)受压后压迫下方的管形测压储油体(16)，设置后置测压表(18)显示所述可动式测压板(15)的压力值。
【文档编号】G01L1/00GK103969133SQ201410168017
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】陈凤平, 韩国伟, 曹海华 申请人:陈凤平