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专利号: 2021110423962
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:

1.一种煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于步骤如下:

a.在即将回采的工作面上方地表,根据工作面的开采宽度,在工作面中部区域对应地表选择监测位置,从地面向下垂直布置监测钻孔(1),监测钻孔(1)终孔深度H根据地层柱状信息确定;

b.在工作面中部施工1个监测钻孔(1),根据地层信息找到需要监测的各个地层深度信息,根据层深度信息设置与监测点(2)连接的线缆(3)长度,然后利用中空注浆钻杆(4)携带含有监测点(2)的线缆(3)以及用于窥视的中空透明PVC管(5)一起下放至监测钻孔(1)孔底,所述监测点(2)为岩层移动监测传感器,调整线缆(3)保证设置在线缆(3)上的监测点(2)位于预设位置;确保中空注浆钻杆(4)位于在检测钻孔(1)截面的的中央位置,中空透明PVC管(5)和线缆(3)分别设置在中空注浆钻杆(4)的左右两侧,且空透明PVC管(5)和线缆(3)与孔壁之间应留有富裕空间;

c.利用中空注浆钻杆(4)从监测钻孔(1)最底部开始由下向上进行水泥浆全孔封孔,中空注浆钻杆(4)注浆时逐步提出监测钻孔(1),直至中空注浆钻杆(4)完全提出监测钻孔(1)且水泥浆升到监测钻孔(1)孔口,封孔过程中将中空透明PVC管(5)和线缆(3)的位置保持不变,待水泥凝固后将中空透明PVC管(5)和线缆(3)的位置固定住,将线缆(3)与设置在地面的数据采集器(6)连接,通过地面数据采集器(6)读取孔内的n个监测点(2)反馈的信息,中空透明PVC管(5)的地面管口临时封闭;

d.与岩层移动监测同步:将摄像头(8)与设置在地表的钻孔窥视仪器(9)连接,然后将摄像头(8)下放到监测钻孔(1)内的中空透明PVC管(5)中,根据回采工作面与监测钻孔(1)的位置关系,在工作面采动过程中,按照不同的观测频率利用摄像头(8)观测监测钻孔(1)内部岩层的破裂和产生的裂缝(9)发育情况,其中当中空透明PVC管(5)周围岩层发生破裂时,会带动中空透明PVC管(5)一起发生破裂,摄像头(8)根据观测到的中空透明PVC管(5)破裂情况分析出岩层的剖裂情况,从而实现工作面开采过程中监测钻孔(1)内部覆岩移动与裂隙分布的单孔同步监测;其中摄像头(8)在中空透明PVC管(5)内移动来探测裂隙分布,可连续移动记录,也可停于某定点记录。

2.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于监测钻孔(1)的钻孔直径Dj:根据地层岩层具体信息确定在监测钻孔(1)内监测岩层移动的监测点(2)数量m、线缆(3)的外径n、中空注浆钻杆(4)最大外径d,以及用于探测采动裂隙分布的摄像头(8)的直径Ds来确定,Dj大于等于封孔所用中空注浆钻杆最大外径d乘以1.5倍后,加上监测点(2)数量总数量m乘以单个线缆(3)外径n再乘以60%,再加上摄像头(8)的直径Ds乘以1.3倍,即Dj≥d×1.5+m×n×60%+Ds×1.3。

3.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于垂直的监测钻孔(1)根据需要布置在工作面倾向中部,工作面走向上根据开采情况来确定;若尚未开采的工作面,可按照监测钻孔与切眼的距离确定,距离切眼位置与工作面开采面宽一致;若是正在回采的工作面,则根据钻孔与回采工作面的距离确定,钻孔位置处于工作面在地表形成的超前采动影响距离之外;要求钻孔施工完成时,尚未受到工作面采动影响。

4.根据权利要求3所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于:在监测钻孔(1)的钻进施工过程中,每钻进50m进行一次钻孔偏斜纠正,控制钻孔每百米偏斜不大于0.5°。

5.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于:监测钻孔(1)内设置的用于窥视的中空透明PVC管(5)的底部密封;中空透明PVC管(5)下放时,不停地在中空透明PVC管(5)内部注入清水或其他透明、无腐蚀性、无挥发性、无毒无害的液体以抵抗注浆封孔水泥浆压力作用,中空透明PVC管(5)内加注液体的液面高度位于距离孔口以下1m处。

6.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于:用于封孔的水泥浆由松散干水泥与水混合而成,松散干水泥为普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5R,水泥浆的水灰比为0.6:1。

7.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于:在中空透明PVC管(5)内部进行窥视观测时,打开中空透明PVC管(5)顶部的封闭,让摄像头(8)由顶部管口向管底移动并进行观测记录,记录在下降过程中从管内观测到的孔壁裂隙出现深度情况、裂隙形态、裂隙宽度的信息,由于通过水泥在地层中形成水泥浆柱,水泥浆柱在监测钻孔(1)内与岩层结合耦合,当岩层产生运动则会拉裂水泥浆柱同时带动中空透明PVC管(5)破裂,进而反映出孔内岩层裂隙的分布情况;观测到孔底后,上提摄像头(8)的过程中,再次进行记录和校核。

8.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩内部移动与裂隙分布的单孔同步监测方法,其特征在于:所述的不同的观测频率,为摄像头(8)在中空透明PVC管(5)内部进行窥视观测时的观测时间和周期与工作面推进距离孔口的位置关系:工作面超前钻孔30m以远时,窥视3天一次;工作面距离钻孔0‑30m时,每天窥视一次;工作面处于钻孔正下方至推过钻孔100m范围内,每天上午和下午各窥视一次,时间间隔12小时;推过钻孔100m‑200m范围内,每天窥视一次;推过钻孔200m以远,根据窥视情况选择窥视周期,3‑5天甚至更长时间观测一次。观测信息不变化时,可停止观测。