一種鑽孔式巖層沉降監測系統及監測方法與流程
2023-09-20 19:29:30
本發明涉及煤礦開採安全監測領域，尤其涉及一種鑽孔式巖層沉降監測系統及監測方法。
背景技術：
我國煤礦開採深度和開採強度越來越大，隨著煤礦的繼續開採，第一層煤逐漸被採完，開採下組煤就勢必涉及到採空區下煤礦開採技術和礦壓理論的研究。
對於煤礦生產和理論研究來說，巖層沉降監測是極其重要的研究手段。但是覆巖中存在採空區的巖層沉降監測一直是一個難題，地面鑽孔鑽進採空區後，孔壁不完整，鑽井液漏失嚴重，一般鑽井技術不能滿足要求，導致整個巖層的沉降系統無法布置監測。因此需要一整套穿採空區巖層沉降監測系統及方法，針對有採空區的覆巖，能夠有效及時的獲得巖層活動信息。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決採場覆巖中存在採空區的巖層沉降活動監測，提供了一種鑽孔式巖層沉降監測系統及方法。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種鑽孔式巖層沉降監測系統，包括數據處理終端和若干監測端，所述監測端包括共軸設置在地表的基架、貫穿表土層的護管、貫穿採空區的套管、設置在護管和套管中的從地表貫穿至煤層組底板下方的pvc測管，所述基架的上方設置有保護罩，所述基架上設置有巖層沉降監測裝置，所述pvc測管上設置有監測點定位裝置，所述監測點定位裝置連接鋼絞測線的一端，所述巖層沉降監測裝置包括角度位移傳感器、連接角度位移傳感器的位移變換裝置、電源和無線收發模塊，所述角度位移傳感器通過數據線連接無線收發模塊，所述電源為角度位移傳感器和無線收發模塊供電，所述鋼絞測線穿過位移變換裝置，鋼絞測線的另一端連接重錘。
作為優選，所述護管貫穿表土層至表土層下方2m；所述套管上端位於採空區冒落段上方2m，下端位於採空區下方4m；所述pvc測管底端至少深入煤層組底板下方1m；所述護管、套管與巖土層之間通過水泥固定。
進一步的，所述監測點定位裝置包括第一環箍、第二環箍、第三環箍、底端鉸接在第一環箍上的連杆、頂端鉸接在第三環箍上的副杆、連接第一環箍和第三環箍的彈性收縮裝置，所述第二環箍上對應彈性收縮裝置部位設置有缺口，所述第一環箍和第二環箍通過連接管連接，所述連接管頂部設置有彈性卡扣，所述連杆頂端外側通過轉軸連接有支撐爪。
一種鑽孔式巖層沉降監測方法，通過以下步驟進行：
s1、從地表用鑽杆驅動鑽頭鑽至表土層下2m，下放護管至底部，並用水泥固井；
s2、繼續以原孔徑鑽至採空區冒落段上方2m；
s3、使用套管代替鑽杆驅動鑽頭鑽進至採空區底板下4m，將套管留在鑽孔內，並對套管及孔壁之間位置用水泥進行固井；
s4、繼續使用鑽杆驅動鑽頭穿過留在採空區段的套管鑽至下組煤層底板下1m終孔；
s5、在地面鑽孔上方3m搭建基架和保護罩，將巖層沉降監測裝置固定在基架上；
s6、根據設計要求實際終孔深度，在pvc測管上固定好監測點定位裝置，用鋼絞測線連接監測點定位裝置和巖層沉降監測裝置，將pvc測管逐節放入鑽孔，下放過程中注意接頭的牢固可靠，安裝過程中需專門安排一人負責監測鋼線整理，每隔1米用膠帶固定一次測線，最後一節在高出地面0.5米處截斷，並對pvc測管和孔壁之間位置進行固井；
s7、等裝置固定好後，便可實現監測該鑽孔所在巖層的覆巖沉降變化，當巖層受開採影響發生沉降時，處於監測點的監測點定位裝置帶動鋼絞測線發生同步位移，同時帶動角位移傳感器轉動，並通過位移變換裝置和無線收發模塊將位移信息分時段採集並發送至數據處理終端，根據不同深度處測點位移值的不同就可以測定不同地層的位移量。
本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：
本發明提供了一種鑽孔式巖層沉降監測系統及方法，解決了採場覆巖中存在採空區的巖層沉降監測問題。
本發明監測巖層沉降的量程僅取決於上部預留鋼絞測線的長度，可實現超大量程的永久監測。
附圖說明
圖1為本發明的監測端結構示意圖；
圖2為本發明的巖層沉降監測裝置示意圖；
圖3為本發明的監測點定位裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例
如圖1、圖2、圖3所示，一種鑽孔式巖層沉降監測系統，包括數據處理終端和若干監測端，所述監測端包括共軸設置在地表的基架1、貫穿表土層a的護管2、貫穿採空區c的套管3、設置在護管2和套管3中的從地表貫穿至煤層組e底板下方的pvc測管4，所述基架1的上方設置有保護罩5，所述基架1上設置有巖層沉降監測裝置6，所述pvc測管4上設置有監測點定位裝置7，所述監測點定位裝置7連接鋼絞測線8的一端，所述巖層沉降監測裝置6包括角度位移傳感器601、連接角度位移傳感器601的位移變換裝置602、電源603和無線收發模塊604，所述角度位移傳感器601通過數據線連接無線收發模塊604，所述電源603為角度位移傳感器601和無線收發模塊604供電，所述鋼絞測線8穿過位移變換裝置602，鋼絞測線8的另一端連接重錘9。護管2、套管3與巖土層之間通過水泥固定。
進一步的，所述監測點定位裝置7包括第一環箍701、第二環箍702、第三環箍703、底端鉸接在第一環箍701上的連杆704、頂端鉸接在第三環箍703上的副杆705、連接第一環箍701和第三環箍703的彈性收縮裝置706，所述第二環箍702上對應彈性收縮裝置706部位設置有缺口707，所述第一環箍701和第二環箍702通過連接管708連接，所述連接管708頂部設置有彈性卡扣709，所述連杆704頂端外側通過轉軸連接有支撐爪710。
在本實施例中，所述的一種鑽孔式巖層沉降監測方法，通過以下步驟進行：
s1、從地表用鑽杆驅動鑽頭鑽至表土層a下2m，下放護管1至底部，並用水泥固井；
s2、繼續以原孔徑鑽至採空區c冒落段上方2m；
s3、使用套管3代替鑽杆驅動鑽頭鑽進至採空區c底板下4m，將套管3留在鑽孔內，並對套管3及孔壁之間位置用水泥進行固井；
s4、繼續使用鑽杆驅動鑽頭穿過留在採空區c段的套管4鑽至下組煤層e底板下1m終孔；
s5、在地面鑽孔上方3m搭建基架1和保護罩5，將巖層沉降監測裝置6固定在基架1上；
s6、根據設計要求實際終孔深度，在pvc測管4上固定好監測點定位裝置7，用鋼絞測線8連接監測點定位裝置7和巖層沉降監測裝置6，將pvc測管4逐節放入鑽孔，下放過程中注意接頭的牢固可靠，安裝過程中需專門安排一人負責監測鋼線整理，每隔1米用膠帶固定一次測線，最後一節在高出地面0.5米處截斷，並對pvc測管4和孔壁之間位置進行固井；
s7、等裝置固定好後，便可實現監測該鑽孔所在巖層的覆巖沉降變化，當巖層受開採影響發生沉降時，處於監測點的監測點定位裝置7帶動鋼絞測線8發生同步位移，同時帶動角位移傳感器601轉動，並通過位移變換裝置602和無線收發模塊604將位移信息分時段採集並發送至數據處理終端，根據不同深度處測點位移值的不同就可以測定不同地層的位移量。
施工工藝要滿足如下要求：
a.在鑽孔穿越破碎巖層、採空區時，必須保證循環鑽井液能夠持續建立循環，有專人看管水泵，觀察水源池內鑽井液消耗情況，以防供水不足燒鑽或巖粉埋鑽，下入護管2、套管3、pvc測管4後要及時進行止水和固井處理；
b.由於孔內要安裝監測點定位裝置7，因此對鑽孔完整性和孔斜有很高要求，必須保證在鑽孔質量高，鑽孔斜度滿足下套管3、pvc測管4要求。
綜上所述，通過本實施例的描述，可以使本技術領域人員更好的實施本方案。