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专利号: 2021102537571
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、基于离层发育区范围,确定沉降磁环安装深度;

S2、探查沉降磁环安装深度范围内的岩层信息,确定沉降磁环安装位置及数量;

S3、基于工作面采煤进尺、监测孔钻进速度信息,确定监测孔的开始钻进时间,并完成监测孔施工;

S4、利用分层沉降监测系统对离层动态发育进行监测,在监测孔内安装沉降磁环,开启沉降监测仪进行沉降监测,根据监测数据计算沉降量及离层发育高度。

2.根据权利要求1所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述离层发育区范围为第四系土层底界面到导水裂缝带顶界面,根据下式计算得到离层发育深度Hs:Hs=Hc‑Hf

式中:Hs为离层发育深度,m;Hc为煤层顶板埋深,m;Hf为导水裂缝带发育高度,m;

导水裂缝带发育高度Hf的计算公式为:Hf=C×Mc

式中:Mc为煤层累计采厚,m;C为裂采比;

或者,导水裂缝带发育高度Hf利用光纤、钻井液漏失或钻孔电视的测试方式获得。

3.根据权利要求2所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,监测孔施工时,监测孔未钻穿离层发育区,监测孔的孔底至导水裂缝带顶界面之间留有离层水防突保护层。

4.根据权利要求3所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,根据下式计算监测孔钻孔深度Hm:

Hm=Hs‑Mp

式中:Hm为监测孔钻孔深度,m;Mp为离层水防突保护层厚度,m;

根据下式计算离层水防突保护层厚度Mp:上式中:P为离层上覆含水层水压,MPa;Ts为临界突水系数MPa/m。

5.根据权利要求1所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:根据地面钻孔取芯、钻孔电视成像或钻井地球物理勘探的方法确定沉降磁环安装范围内覆岩岩层的岩性、厚度、岩层分界面的位置、地层分界面位置信息,在不同岩层分界面、地层分界面的上、下位置安装沉降磁环,实现沉降磁环安装位置及安装数量设计。

6.根据权利要求1至5任一项所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S3中,监测孔的开始钻进时间最早在采煤工作面距监测孔的距离为L1+D后,且最晚在采煤工作面距监测孔的距离为D前;

其中,L1计算公式如下:

式中:L1为破裂影响距,m;h为开采深度,m;α为破裂影响角,°;

D的计算公式如下:

式中:D为钻孔期间煤层进尺,m;Hm为监测孔钻孔深度,m;v1为煤层开采平均每日进尺,m;v2为平均每日钻探深度,m。

7.根据权利要求1所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S4中,采用的分层沉降监测系统包括沉降磁环(7)、限位环(13)、沉降管和沉降监测仪;

所述沉降监测仪(6)包括磁感应探头(6‑1)、蜂鸣器(6‑2)和带刻度皮尺(6‑3);

所述沉降磁环(7)包括磁感应铁圈(7‑1)、磁环套(7‑2)、上弹簧片固定爪(7‑3)和下弹簧片固定爪(7‑4);

所述限位环(13)包括限位环内环(13‑1)和限位环外环(13‑2)。

8.根据权利要求7所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S4中,在监测孔内安装沉降磁环时,预先采用纸线(12)将上弹簧片固定爪(7‑3)和下弹簧片固定爪(7‑4)绑紧收住;

当沉降磁环到达指定位置后,通过拉动钢丝绳(11)使纸线(12)拉断,实现沉降磁环弹簧片固定爪的快速释放。

9.根据权利要求7或8所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S4中,在沉降管下放过程中按照下放长度向沉降管内注水,注水量V1计算公式如下:

3 3

式中:V1为沉降管注水体积,m ;W2为下放沉降管重量,kg;ρ为水密度,kg/m ;V2为沉降管3

下放排水体积,m。

10.根据权利要求1所述的覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,所述步骤S4中,采用的分层沉降监测系统包括岩层沉降磁感应监测装置和沉降监测仪,所述岩层沉降磁感应监测装置包括沉降磁环组件(14)和安装导管(15),沉降磁环组件(14)通过安装导管(15)安装在钻机的钻杆上,通过钻杆(16)配合安装导管(15)实现沉降磁环组件(14)的安装与回收。