一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置

摘要

本实用新型涉及一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置，所述的数据采集站(6)通过信号传输线缆(5)连接两个以上的防水型微应变传感器(1)，防水型微应变传感器(1)由紧固带(15)捆扎在延伸导管(2)外侧；防水保护壳(1.2)包裹传统型微应变传感器(1.1)；多个空心直管(2.4)通过直通连接头(2.5)或者三通连接头(2.3)串联，进浆口(2.1)位于延伸导管(2)上部，延伸导管(2)下部的三通连接头(2.3)的侧口为出浆口(2.2)，可以对工作面进行连续监测，并能够确保浆液与钻孔周围岩体耦合的同时防止易损的传感器和信号传输线缆损坏，可以有效地提高工作面监测效率和连续性。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种探测装置，具体是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置。

背景技术

水害作为矿井五大灾害之一，一直以来都是矿井灾害防治的重点方向，华北型煤田在煤层回采过程中受基底下伏的灰岩承压含水层的威胁日益突出，为保证煤炭资源能安全高效的进行回采，必须对底板突水危险性进行评价，进而采取相应的防治措施。底板岩体在受强烈的开采扰动下将产生一定深度的破坏，使得有效隔水层厚度减小，当底板产生的破坏深度过大时甚至可能贯通至含水层内，造成底板突水事故，准确有效的探查底板破坏深度是评价突水危险性的关键。

为保证安全高效的进行煤炭资源回采，相关人员进行了大量的现场测试工作，目前主要的测试方法有微震监测、压水实验等。微震监测主要是通过在钻孔内埋设微震传感器，通过感应底板岩体微弱的破裂信号，来测试底板破坏深度，微震监测对整个测试的环境要求较高，当测试环境的背景噪声过大，微震传感器不能较好的感应到底板岩体破裂的微弱信号，测试结果的准确性难以保证。压水实验主要是使用钻机配合封孔器在钻孔内进行高压注水，根据注水损失量来判定岩体的裂隙发育程度，来测试底板岩体的破坏深度，压水实验需要钻机配合，过程复杂；且对钻孔周围岩体产生扰动，易造成塌孔导致实验失败；压水试验只能测试工作面采过测试钻孔前岩体的破坏情况，对工作面采到钻孔正上方或工作面采过钻孔(钻孔进入采空区)的底板岩体破坏情况，不能够连续监测。

以往在钻孔内安装微应变传感器采用的是实心杆作为传感器的延伸导杆，安装完成之后采用在钻孔孔口灌浆等方法进行封孔，容易造成注入的浆液无法有效的跟钻孔周围岩体耦合，影响监测结果的准确性，且容易损坏传感器和信号传输线缆，导致测试系统失效。传统的微应变传感器并不具备防水或高强度的特点，大多在使用时未对其进行防水等保护外壳的加工，容易导致微应变传感器在受到水等因素的侵扰时出现失灵甚至损坏的现象，影响测试结果。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置，可以对工作面进行连续监测，并能够确保浆液与钻孔周围岩体耦合的同时防止易损的传感器和信号传输线缆损坏，可以有效地提高工作面监测效率和连续性。

为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置，包括防水型微应变传感器、延伸导管、测试钻孔、测试钻场、信号传输线缆、数据采集站、底板、待采煤层、回采巷道、煤柱、顶板、工作面、采空区、水泥浆液和紧固带，所述的数据采集站通过信号传输线缆连接两个以上的防水型微应变传感器，防水型微应变传感器由紧固带捆扎在延伸导管外侧；防水型微应变传感器包括传统型微应变传感器和防水保护壳，防水保护壳包裹传统型微应变传感器；将所需使用的所有传统型微应变传感器外表面涂抹一层防水性柔韧胶，再使用防水砂浆浇筑在传统型微应变传感器上作为防水保护壳，形成防水型微应变传感器；延伸导管包括进浆口、出浆口、三通连接头、空心直管和直通连接头，多个空心直管通过直通连接头或者三通连接头串联，进浆口位于延伸导管上部，延伸导管下部的三通连接头的侧口为出浆口；延伸导管位于测试钻孔下部的连接处采用三通连接头作为出浆口，可根据实际情况在一个或多个连接处采用三通连接头，但采用三通连接头的位置应尽量处于测试钻孔下部，位于测试钻孔中上部的延伸导管连接处应采用直通连接头，否则可能影响注浆效果。

首先在工作面前方回采巷道内的待开采煤层侧开挖钻场布置底板测试钻孔，测试钻场的尺寸应满足打设测试钻孔及安装防水型微应变传感器所必需的施工空间，测试钻场的底面标高应位于底板岩体一定深度内，防止工作面回采至测试钻孔正上方时，对测试系统造成破坏；测试钻场开挖完成后，进行测试钻孔的打设，测试钻孔应从孔口开始一定深度内安装套管，防止钻孔孔口在注浆封孔完成之前发生坍塌。然后将防水型微应变传感器紧固在延伸导管上并安装在测试钻孔内，利用延伸导管在测试钻孔内注入水泥浆液进行封孔，最后将所有的防水型微应变传感器信号传输线缆沿煤柱侧向回采巷道外进行埋设，对底板岩体受回采扰动前、中、后的微应变量的变化情况进行监测及分析，以此确定底板破坏深度。测试钻孔与工作面之间的距离应根据设计的监测时间进行确定，钻孔深度、倾角以及方位角等参数也应根据底板岩体实际情况进行设计；测试钻孔内需安装的防水型微应变传感器的数量是根据底板岩体的实际情况进行确定的。

多个防水型微应变传感器应按照设计的间隔距离进行安装，同时记录多个防水型微应变传感器的安装顺序，并在各自的信号传输线缆上作出标记，为后续对不同深度的底板岩体微应变量变化情况的监测做准备。

防水型微应变传感器全部安装完成之后，向延伸导管内注入水泥浆液，水泥浆液将从延伸导管底部的出浆口到达测试钻孔孔底，连续向延伸导管中注入水泥浆液，直至测试钻孔内的水泥浆液从孔底上升至孔口，方可结束注浆封孔工序。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的延伸导管采用无缝镀锌钢管或PVC管等其他材质的空心管。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的空心直管长度为三十厘米。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆用镀锌钢管或耐磨橡胶硬管封装。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆埋入底板，信号传输线缆应随着每个防水型微应变传感器使用紧固带一起固定在延伸导管上，在所有防水型微应变传感器安装完成后，应将全部的信号传输线缆统一从测试钻孔孔口横穿回采巷道向煤柱侧埋设，之后沿煤柱侧向回采巷道外进行埋设。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆埋入深度高于三厘米。

作为本实用新型的进一步改进方案，所述的防水保护壳为圆柱形或者长方体等形状。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：与常规监测装置相比，通过延伸导管调整的浆液注入方式和具备防水能力的防水型微应变传感器，可以对工作面进行连续监测，并能够确保浆液与钻孔周围岩体耦合的同时防止易损的传感器和信号传输线缆损坏，可以有效地提高工作面监测效率和连续性。

附图说明

图1是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置的立体示意图；

图2是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置的延伸导管立体图；

图3是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置的防水型微应变传感器结构图；

图4是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置的工作面俯视剖面布置示图；

图5是一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置的工作面正视剖面布置图；

图中：1、防水型微应变传感器，1.1、传统型微应变传感器，1.2、防水保护壳，2、延伸导管，2.1、进浆口，2.2、出浆口，2.3、三通连接头，2.4、空心直管，2.5、直通连接头，3、测试钻孔，4、测试钻场，5、信号传输线缆，6、数据采集站，7、底板，8、待采煤层，9、回采巷道，10、煤柱，11、顶板，12、工作面，13、采空区，14、水泥浆液，15、紧固带。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，本一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置，包括防水型微应变传感器1、延伸导管2、测试钻孔3、测试钻场4、信号传输线缆5、数据采集站6、底板7、待采煤层8、回采巷道9、煤柱10、顶板11、工作面12、采空区13、水泥浆液14和紧固带15，所述的数据采集站6通过信号传输线缆5连接两个以上的防水型微应变传感器1，防水型微应变传感器1由紧固带15捆扎在延伸导管2外侧；防水型微应变传感器1包括传统型微应变传感器1.1和防水保护壳1.2，防水保护壳1.2包裹传统型微应变传感器1.1；将所需使用的所有传统型微应变传感器1.1外表面涂抹一层防水性柔韧胶，再使用防水砂浆浇筑在传统型微应变传感器上作为防水保护壳1.2，形成防水型微应变传感器1；延伸导管2包括进浆口2.1、出浆口2.2、三通连接头2.3、空心直管2.4和直通连接头2.5，多个空心直管2.4通过直通连接头2.5或者三通连接头2.3串联，进浆口2.1位于延伸导管2上部，延伸导管2下部的三通连接头2.3的侧口为出浆口2.2；延伸导管位于测试钻孔3下部的连接处采用三通连接头2.3作为出浆口2.2，可根据实际情况在一个或多个连接处采用三通连接头2.3，但采用三通连接头2.3的位置应尽量处于测试钻孔3下部，位于测试钻孔3中上部的延伸导管2连接处应采用直通连接头2.5，否则可能影响注浆效果。

如图4和图5所示，首先在工作面12前方回采巷道9内的待开采煤层侧8开挖钻场4布置底板7测试钻孔3，测试钻场4的尺寸应满足打设测试钻孔3及安装防水型微应变传感器1所必需的施工空间，测试钻场4的底面标高应位于底板7岩体一定深度内，防止工作面12回采至测试钻孔3正上方时，对测试系统造成破坏；测试钻场4开挖完成后，进行测试钻孔3的打设，测试钻孔3应从孔口开始一定深度内安装套管，防止钻孔3孔口在注浆封孔完成之前发生坍塌。然后将防水型微应变传感器1紧固在延伸导管2上并安装在测试钻孔3内，利用延伸导管2在测试钻孔3内注入水泥浆液14进行封孔，最后将所有的防水型微应变传感器1信号传输线缆5沿煤柱侧10向回采巷道9外进行埋设，对底板7岩体受回采扰动前、中、后的微应变量的变化情况进行监测及分析，以此确定底板7破坏深度。测试钻孔3与工作面12之间的距离应根据设计的监测时间进行确定，钻孔深度、倾角以及方位角等参数也应根据底板岩体实际情况进行设计；测试钻孔内3需安装的防水型微应变传感器1的数量是根据底板7岩体的实际情况进行确定的。

多个防水型微应变传感器1应按照设计的间隔距离进行安装，同时记录多个防水型微应变传感器1的安装顺序，并在各自的信号传输线缆5上作出标记，为后续对不同深度的底板7岩体微应变量变化情况的监测做准备。

防水型微应变传感器1全部安装完成之后，向延伸导管2内注入水泥浆液14，水泥浆液14将从延伸导管2底部的出浆口2.2到达测试钻孔4孔底，连续向延伸导管2中注入水泥浆液14，直至测试钻孔3内的水泥浆液14从孔底上升至孔口，方可结束注浆封孔工序。

为了使延伸导管2更好的完成设计目标的同时兼顾经济性，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的延伸导管2采用无缝镀锌钢管或PVC管等其他材质的空心管。

为了使延伸导管2可以根据需要进行拼接，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的空心直管2.4长度为三十厘米。

为了防止信号传输线缆5被意外损坏，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆5用镀锌钢管或耐磨橡胶硬管封装。

优选的，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆5埋入底板7，信号传输线缆5应随着每个防水型微应变传感器1使用紧固带15一起固定在延伸导管2上，在所有防水型微应变传感器1安装完成后，应将全部的信号传输线缆5统一从测试钻孔3孔口横穿回采巷道9向煤柱侧10埋设，之后沿煤柱侧10向回采巷道9外进行埋设。

为了进一步防止信号传输线缆5意外损坏，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的信号传输线缆5埋入深度高于三厘米。

为了满足绑扎紧固等安装要求，作为本实用新型的进一步改进方案，所述的防水保护壳1.2为圆柱形或者长方体等形状。

使用时将一种适用于微应变法测试底板破坏深度的装置安装，设备即可投入使用。

本实用新型在使用时，具体工作如下：

a.根据设计的监测时间确定测试钻孔3与工作面12之间的距离，测试钻孔3布设位置应使防水型微应变传感器1安装完成且具备测试条件后，测试钻孔3仍位于工作面12前方一定距离处，保证能有效的监测到工作面12采过测试钻孔3前岩体微应变量，根据底板7岩体实际情况设计测试钻孔3深度、倾角以及方位角等参数；在回采巷道内待开采煤层侧开挖测试钻场，具体应根据确定的测试钻孔3设计位置进行开挖，测试钻场4的尺寸应满足打设测试钻孔3及安装防水型微应变传感器1所必需的施工空间，测试钻场4的底面标高应位于底板7岩体一定深度内，防止工作面12回采至测试钻孔3正上方时，对测试系统造成破坏；测试钻场4开挖完成后，进行测试钻孔3的打设，测试钻孔3应从孔口开始一定深度内安装套管，防止钻孔3孔口在注浆封孔完成之前发生坍塌。

b.在测试系统安装之前对传统微应变传感器外表面涂抹一层防水性柔韧胶；再使用防水砂浆浇筑在传统型微应变传感器上作为防水保护壳1.2，形成防水型微应变传感器1。防水保护壳1.2可制作成圆柱形或长方体等形状，以满足绑扎紧固等安装要求。

c.将所需埋设的多个防水型微应变传感器1按照一定的间隔距离逐个随着延伸导管2一起安装至测试钻孔3内，同时记录多个防水型微应变传感器1的安装顺序，并在各自的信号传输线缆5上作出标记，为后续对不同深度的底板7岩体微应变量变化情况的监测做准备；每一个防水型微应变传感器1均应使用紧固带15将固定在延伸导管2上，避免防水型微应变传感器在测试钻孔内出现松动、移位等现象，紧固带15根据实际使用要求可选用高粘结度的防水胶带，也可使用高强扎带等其他任何具有紧固作用的物品，但应避免造成防水型微应变传感器1或延伸导管2损坏；延伸导管2的每根空心直管2.4之间可采用螺纹或卡扣等连接方法向测试钻孔3内延伸，但需保证连接处不出现松动、漏浆等问题，延伸导管2可采用无缝镀锌钢管或PVC管等其他材质的空心管，但延伸导管2选用的材质根据实际情况需满足耐压、高强等使用要求，延伸导管位于测试钻孔3下部的连接处可采用三通连接头2.3作为出浆口2.2，可根据实际情况在一个或多个连接处采用三通连接头2.3，但采用三通连接头2.3的位置应尽量处于测试钻孔3下部，位于测试钻孔3中上部的延伸导管2连接处应采用直通连接头2.5，否则可能影响注浆效果。

d.防水型微应变传感器1全部安装完成之后，可使用手动注浆泵、气动注浆机等注浆设备向延伸导管2内注入水泥浆液14，所注水泥浆液14应加入少量速凝剂使测试钻孔3能较为快速的被密实封堵；水泥浆液14将从延伸导管2底部的出浆口2.2到达测试钻孔14孔底，连续向延伸导管中注入水泥浆液，直至测试钻孔内的水泥浆液从孔底上升至孔口，方可结束注浆封孔工序。

e.信号传输线缆5应随着每个防水型微应变传感器1使用紧固带15一起固定在延伸导管2上，在所有防水型微应变传感器1安装完成后，应将全部的信号传输线缆5统一从测试钻孔3孔口横穿回采巷道9向煤柱侧10埋设，之后沿煤柱侧10向回采巷道9外进行埋设；信号传输线缆5在埋设前，可先穿引至镀锌钢管或耐磨橡胶硬管等其他材质的管材中，再进行一定深度的埋设，以最大程度上保护信号传输线缆5免受损坏。

f.数据采集监测站6的布设位置应根据工作面12采过测试钻孔3后仍需监测的设计时长来进行确定，信号传输线缆5在数据采集监测站6设计位置终止埋设，并牵引至数据采集站6内，进行工作面采过测试钻孔3前、中、后全阶段的底板7岩体变形数据的采集及分析；信号采集站6根据使用实际要求，可设置成手动采集式，也可设计成更为方便快捷的自动采集式。