煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測煤巖層鉆孔變形的裝置及方法，尤其適用于監(jiān)測沖擊地壓礦井大直徑卸壓鉆孔的大變形過程。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦等礦山領(lǐng)域，隨著采深和開采強(qiáng)度的不斷加大，沖擊地壓災(zāi)害日益嚴(yán)重。沖擊地壓治理已成為保障沖擊地壓礦井安全生產(chǎn)的第一要?jiǎng)?wù)。
[0003]大直徑鉆孔卸壓作為防治沖擊地壓的有效措施，在沖擊地壓礦井被廣泛采用，并取得了積極效果。卸壓鉆孔主要通過鉆孔自身變形和鉆孔周圍煤巖破碎乃至塌孔實(shí)現(xiàn)釋放煤巖層中彈性變形能的作用。因此，鉆孔卸壓效果與鉆孔變形量及其隨時(shí)間的變化關(guān)系密切相關(guān)，相關(guān)數(shù)據(jù)對于鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及其卸壓時(shí)效性評判具有重要指導(dǎo)意義。可見，卸壓鉆孔變形過程的監(jiān)測具有重要實(shí)用價(jià)值。
[0004]經(jīng)查詢，現(xiàn)有的36-2型鉆孔變形計(jì)及實(shí)用新型專利“高靈敏度鉆孔變形計(jì)”(專利號:CN 203719798 U)、實(shí)用新型專利“三分向雙環(huán)鉆孔變形計(jì)”(專利號:CU 203310554 U)僅適用于地應(yīng)力測量時(shí)對小直徑鉆孔的彈性變形進(jìn)行測量，無法對大直徑鉆孔的大變形甚至塌孔進(jìn)行監(jiān)測。
[0005]發(fā)明專利“一種模擬測試鉆孔變形的裝置及方法”(專利號:CN 104535422 N)利用實(shí)驗(yàn)室相似模擬獲取的鉆孔變形量與相對壓力的對應(yīng)關(guān)系，間接反映鉆孔變形量。但該裝置在工作過程中，膠囊壓力感應(yīng)器及管路組成的液壓系統(tǒng)是封閉的，受液體可壓縮性的限制，當(dāng)膠囊內(nèi)液體壓力過高時(shí)，將對鉆孔內(nèi)壁施加較高反作用力，進(jìn)而改變鉆孔在自然條件下的變形規(guī)律，獲取的變形量數(shù)據(jù)將偏離實(shí)際情況。另外，為獲取“變形量-壓力”對應(yīng)關(guān)系，在開展現(xiàn)場監(jiān)測之前，需專門制作多個(gè)相似模擬試驗(yàn)臺(tái)，工藝相對復(fù)雜且成本高。
[0006]目前，還沒有一種準(zhǔn)確度高、工藝簡便、成本低廉的煤巖層卸壓鉆孔大變形監(jiān)測裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](I)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如何準(zhǔn)確的監(jiān)測煤巖層大直徑卸壓鉆孔變形量隨時(shí)間的變化過程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)操作工藝簡單、成本低廉的目標(biāo)。
[0009](2)技術(shù)方案
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0011]煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置，它包括變形感應(yīng)枕、導(dǎo)向錐、導(dǎo)水管、防滑倒刺、單向閥、溢流閥、高精度流量計(jì)。變形感應(yīng)枕外形呈圓柱形，沿變形感應(yīng)枕中心軸線設(shè)置有一根連接導(dǎo)水管的注水軸。導(dǎo)水管另一端連接有三通，三通的另外兩端分別連接單向閥和溢流閥、高精度流量計(jì)。
[0012]所述的變形感應(yīng)枕采用橡膠材料制成，兩底面的厚度均為5?7mm，具有一定硬度，直徑略小于鉆孔直徑；側(cè)面厚度I?2mm，具有較好彈性。在變形感應(yīng)枕的尾部設(shè)置有排氣開關(guān)。
[0013]所述的注水軸為中空的，由堅(jiān)硬金屬材料制成，兩端頭封閉，沿變形感應(yīng)枕中心軸線設(shè)置，尾部超出變形感應(yīng)枕5?10cm，端部與變形感應(yīng)枕緊密連接。注水軸在變形感應(yīng)枕內(nèi)的部分設(shè)置有6?10個(gè)圓形導(dǎo)水孔。在注水軸外露段設(shè)置有安裝桿卡頭。
[0014]所述的導(dǎo)向錐為無底面的中空圓錐體，底部可通過絲扣與變形感應(yīng)枕端部外緣連接。
[0015]所述的導(dǎo)水管采用低剛度金屬材料制成，外徑Φ5?7mm，與注水軸外露段側(cè)面連通。
[0016]所述的防滑倒刺由6?8根鋼絲和固定環(huán)焊接而成，其中固定環(huán)設(shè)有內(nèi)螺紋，可與注水軸外露部分的外螺紋匹配。
[0017]所述的溢流閥可人工設(shè)定整定壓力，并可起到穩(wěn)定變形感應(yīng)枕內(nèi)水體壓力的作用。
[0018]使用上述裝置監(jiān)測鉆孔變形的方法，包括如下步驟:
[0019]I)將變形感應(yīng)枕尾部朝上豎直放置，打開排氣開關(guān)，用注水栗通過單向閥向變形感應(yīng)枕內(nèi)注水，直至水從排氣開關(guān)溢出，關(guān)閉排氣開關(guān)。
[0020]2)利用注水栗通過單向閥繼續(xù)向變形感應(yīng)枕注水，同時(shí)量取膨脹后的變形感應(yīng)枕直徑。變形感應(yīng)枕直徑增大至卸壓鉆孔直徑時(shí)，停止注水。
[0021]3)緩慢調(diào)小溢流閥整定壓力，直至有水可從溢流閥出口微微流出。用力擠壓變形感應(yīng)枕側(cè)面，排出20%?30%的水量，以使變形感應(yīng)枕可順利裝入鉆孔。
[0022]4)將安裝桿與變形感應(yīng)枕上的安裝導(dǎo)桿卡頭相連，將變形感應(yīng)枕推入鉆孔中指定深度。
[0023]5)利用注水栗通過單向閥繼續(xù)向變形感應(yīng)枕內(nèi)緩慢注水，直至有水從溢流閥出口微微流出。撤出安裝桿及注水栗，并將高精度流量計(jì)與溢流閥連接。
[0024]6)每隔I?3天，記錄一次高精度流量計(jì)示數(shù)。通過幾何關(guān)系換算得出鉆孔變形量。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:變形感應(yīng)枕內(nèi)設(shè)置了注水軸，且變形感應(yīng)枕兩底面橡膠厚度較大，并具有一定強(qiáng)度，如此可保證變形感應(yīng)枕的圓柱形狀，避免其在鉆孔內(nèi)推送過程中發(fā)生彎曲；注水軸與變形感應(yīng)枕的兩底面緊密連接，能夠限制變形感應(yīng)枕在水壓增大時(shí)的軸向膨脹變形，保證變形感應(yīng)枕出水量與卸壓鉆孔變形量的精確對應(yīng)關(guān)系；通過設(shè)置防滑倒刺，可避免大仰角鉆孔變形監(jiān)測時(shí)變形感應(yīng)枕容易滑出的問題；通過設(shè)置導(dǎo)向錐，可防止變形感應(yīng)枕在推送過程中不斷堆積鉆孔底部的殘留鉆肩；通過設(shè)置溢流閥及其整定壓力，可使變形感應(yīng)枕在與鉆孔孔壁充分接觸的情況下，保持恒定的低水壓，不足以影響鉆孔的自然變形特征，并可敏感的感知鉆孔變形。該發(fā)明具有安裝方便，生產(chǎn)成本低，適用性強(qiáng)，測量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置的整體圖。
[0027]圖2是本發(fā)明的煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置中變形感應(yīng)枕的剖面圖。
[0028]圖3是本發(fā)明的煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置中防滑倒刺的側(cè)視圖。
[0029]圖4是在同一個(gè)傾斜鉆孔內(nèi)布置多個(gè)變形感應(yīng)枕時(shí)的現(xiàn)場安裝時(shí)的示意圖。
[0030]圖中:1、導(dǎo)向錐；2、變形感應(yīng)枕；3、導(dǎo)水孔；4、注水軸；5、排氣開關(guān)；6、防滑倒刺；7、安裝桿卡頭；8、導(dǎo)水管；9、三通；10、單向閥；11、溢流閥；12、高精度流量計(jì)；601、鋼絲；602、固定環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]本實(shí)施例以某個(gè)直徑為130mm，仰角為50°的卸壓鉆孔為例，介紹監(jiān)測鉆孔變形的實(shí)施步驟。
[0033]煤巖層卸壓鉆孔變形監(jiān)測裝置，它包括變形感應(yīng)枕2、導(dǎo)向錐1、導(dǎo)水管8、防滑倒刺6、單向閥10、溢流閥11、高精度流量計(jì)12。變形感