專利名稱：煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煤礦測試技術領域，具體涉及一種測定煤礦井下覆巖斷裂導水裂 縫帶高度和范圍的設備。
背景技術：
在煤炭開采過程中，隨著煤層采掘的推進，在工作面后方的上覆巖會自下而上形 成導水裂縫帶。當上覆巖存在含水層或者工作面上方有地面水時，一旦裂縫帶發育達到水 體的影響范圍內，就會造成水體潰入井下，影響煤礦正常生產，同時危及人員生命安全。對 開采覆巖導水裂縫帶的觀測研究是進行含水層或水體下安全開采的主要技術措施之一，其 研究成果是礦井工程設計和開采的依據，依此確定合理的開采上限和開采高度，確保國家 資源的合理回收，也是確定防治水工程的重要依據之一。導水裂縫帶范圍和高度的確定無 論對于煤礦安全生產、地表防護，還是地下水資源的保護都具有極其重要的意義，所以導水 裂縫帶的探測研究一直是我國水體下安全開采的關鍵性問題。迄今為止，覆巖導水裂縫帶的主要探測手段有水文地質法、物探法、室內模擬法和 經驗公式法，其中，地面鉆孔沖洗液消耗量觀測法是公認的比較直觀有效且可靠的傳統方 法。地面鉆孔沖洗液消耗量觀測法是在地面施工鉆孔，通過觀測漿液的漏失，同時配合孔內 物探測井(超聲成相，聲速測井等)獲得觀測數據，對采前及采后的鉆孔資料進行對比分 析，獲得開采的覆巖導水裂縫帶的最大高度。這在中硬及淺部三軟地層均有成功的先例。 但是，實踐及工程表明，煤層開采后覆巖的運動和破壞是由下向上傳遞發展的，在整個運動 沒有穩定之前，由上而下的地面觀測法總要不可避免地受到巖層運動的影響，在覆巖開采 移動穩定后觀測到的資料往往不能代表其導水裂縫帶的最大發育高度，這對水體下安全開 采，尤其在緩傾斜煤層條件下是極為重要的。由上可知，傳統的地面鉆孔觀測方法存在如下 缺點鉆孔施工和消耗材料費用高，鉆孔施工方向與導水裂縫帶發育方向相反，導水裂縫帶 發育過程、形態和發育高度觀測難以達到精確化程度，更重要的是三軟深部開采傳統方法 難以保證鉆孔施工成功，達不到觀測目的。
發明內容本實用新型要解決的技術問題在于克服現有觀測儀器的缺點，提供一種設計合 理、結構簡單、操作簡便、測試效果好的煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀。為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是一種煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，中空結構的聯接鉆桿的頂端與下部測試聯 接桿的底端聯接，下部測試聯接桿的外圍套設有下部橡膠囊、頂端與注水花管的底端聯接， 注水花管的頂端與上部測試聯接桿的底端聯接，上部測試聯接桿的外圍套設有上部橡膠 囊，聯接鉆桿的內部設置有與上部橡膠囊和下部橡膠囊相聯通的氣管、底部設置有與低壓 輸氣裝置聯接的底部輸氣連接端頭和與中壓輸水裝置聯接的底部輸水連接端頭，底部輸氣 連接端頭與氣管聯通。[0007]本實用新型的低壓輸氣裝置為在輸氣管的右端設置有與氣源聯接的低壓氣源接 頭、左端設置有與底部輸氣連接端頭聯接的測試儀輸氣接頭，輸氣管泄壓閥設置在低壓氣 源接頭與測試儀輸氣接頭之間測試儀輸氣接頭一側，輸氣管壓力調節閥設置在低壓氣源接 頭與測試儀輸氣接頭之間低壓氣源接頭一側，輸氣管壓力表安裝于輸氣管泄壓閥和輸氣管 壓力調節閥之間。本實用新型的中壓輸水裝置為在輸水管的右端設置有與水源聯接的中壓水源接 頭、右端設置有與底部輸水連接端頭聯接的測試儀輸水接頭，輸水管的中部設置有輸水管 泄壓閥，輸水管壓力表設置在輸水管泄壓閥與中壓水源接頭之間輸水管泄壓閥一側，輸水 管壓力調節閥設置在輸水管泄壓閥與中壓水源接頭之間中壓水源接頭一側，流量表設置在 輸水管泄壓閥與測試儀輸水接頭之間輸水管泄壓閥一側，單向導水閥設置在輸水管泄壓閥 與測試儀輸水接頭之間測試儀輸水接頭一側。本實用新型的煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，采用在聯接鉆桿的頂部聯接上部 測試端頭，上部測試端頭兩端的上、下部橡膠囊與聯接鉆桿的氣管聯通，測試時，通氣后的 上、下部橡膠囊將測試端堵死，然后注水觀測水的流失量，從而探測到覆巖導水裂縫帶的形 態、發育過程、最大發育高度和形成的時間等信息。由于井下仰孔深度淺，鉆進速度快，可在 工作面采過觀測孔位，當頂板冒落下沉，躲過巖移活躍期后，以較快的速度鉆進，觀測導水 裂縫帶最大高度，這種觀測方式符合覆巖動運規律、能較大程度地避免巖層移動影響，且能 有效、客觀地反映采動裂縫發育狀況。本實用新型具有設計合理、結構簡單、操作簡便、測試 效果好等突出優點，可方便應用于淺部、中部礦井，以及深部礦井開采等條件下覆巖導水裂 縫帶的確定，為實際生產提供決策依據。
圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖。圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖。圖3為沿圖1中B-B線的剖視圖。圖4為圖1中低壓輸氣裝置11的結構示意圖。圖5為圖1中中壓輸水裝置10的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明，但本 實用新型不限于這些實施例。在圖1至圖5中，本實施例的煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀由上部橡膠囊1、上 部測試聯接桿2、注水花管3、下部測試聯接桿4、下部橡膠囊5、聯接鉆桿6、氣管7、底部輸 氣連接端頭8、底部輸水連接端頭9、中壓輸水裝置10、低壓輸氣裝置11聯接構成。如圖1 圖3所示，上部橡膠囊1套在上部測試聯接桿2的外圍，上部測試聯接桿 2的底端與注水花管3的上端通過螺紋聯接，注水花管3上加工有泄水孔，泄水孔用于中壓 水流入到礦井的鉆孔內，注水花管3的底端與下部測試聯接桿4的頂端通過螺紋聯接，下部 橡膠囊5套在下部測試聯接桿4的外圍，下部測試聯接桿4的底端與聯接鉆桿6的頂端通 過螺紋聯接。上部橡膠囊1、上部測試聯接桿2、注水花管3、下部測試聯接桿4、下部橡膠囊5構成上部測試端頭。下部測試聯接桿4的底端通過螺紋聯接安裝有聯接鉆桿6，聯接鉆桿6為中空鉆 桿，聯接鉆桿6由多節相互聯接的鉆桿組成，每一鉆桿的一端設置螺母、另一端設置螺桿， 根據測試孔的深度確定鉆桿的數量，通過鉆桿兩端的螺桿與螺母相互聯接至所需長度，整 個聯接鉆桿6的長度與直徑根據實際測試需要選取。聯接鉆桿6內安裝有氣管7，氣管7與 上部橡膠囊1和下部橡膠囊5內相聯通。聯接鉆桿6的底部通過螺紋聯接有底部輸氣連接 端頭8和位于底部輸氣連接端頭8下方的底部輸水連接端頭9，底部輸氣連接端頭8的內端 通過螺紋與氣管9的下端相聯接、外端通過螺紋與低壓輸氣裝置11聯接，底部輸水連接端 頭9與聯接鉆桿6內相聯通、通過螺紋與中壓輸水裝置10聯接。底部輸氣連接端頭8與氣 管7聯通。如圖4所示，本實施例的低壓輸氣裝置11由輸氣管110低壓氣源接頭111、輸氣管 壓力調節閥112、輸氣管壓力表113、輸氣管泄壓閥114及測試儀輸氣接頭115聯接構成。低 壓氣源接頭111通過螺紋聯接安裝于輸氣管110的右端，測試儀輸氣接頭115通過螺紋聯 接安裝于輸氣管110的左端、與底部輸氣連接端頭8聯接，輸氣管泄壓閥114和輸氣管壓力 調節閥112通過螺紋聯接安裝于輸氣管110的中部，泄壓閥114靠近測試儀輸氣接頭115， 壓力調節閥112靠近低壓氣源接頭111，輸氣管壓力表113通過螺紋緊固聯接件安裝于輸氣 管上、位于泄壓閥114和壓力調節閥112之間。如圖5所示，本實施例的中壓輸水裝置10由輸水管100、中壓水源接頭101、輸水 管壓力調節閥102、輸水管壓力表103、輸水管泄壓閥104、流量表105、單向導水閥106及測 試儀輸水接頭107聯接構成。中壓水源接頭101通過螺紋聯接安裝于輸水管100的右端， 測試儀輸水接頭107通過螺紋聯接安裝于輸水管100的左端、與底部輸水連接端頭9聯接， 輸水管泄壓閥104垂直于輸水管100方向通過螺紋聯接安裝于輸水管100的中部，輸水管 壓力表103通過螺紋緊固聯接件安裝在輸水管泄壓閥104與中壓水源接頭101之間靠近輸 水管泄壓閥104的一側，輸水管壓力調節閥102通過螺紋聯接安裝在輸水管泄壓閥104與 中壓水源接頭101之間靠近中壓水源接頭101的一側，流量表105通過螺紋聯接安裝在輸 水管泄壓閥104與測試儀輸水接頭107之間靠近輸水管泄壓閥104的一側，單向導水閥106 通過螺紋聯接安裝在輸水管泄壓閥104與測試儀輸水接頭107之間靠近測試儀輸水接頭 107的一側。以下對本實用新型的工作過程作說明在井下工作面外側的可通行巷道或硐室中，向工作面內斜上方打小口徑仰斜觀測 孔，觀測孔穿過預計的導水裂縫帶范圍并超過預計界一定高度，將觀測儀與鉆機連接并送 入觀測孔中，測試正常后，首先接通低壓輸氣裝置11，加壓至0. 4 0. 6Mpa，通過壓力調節 閥和泄壓閥控制壓力不超過IMpa，以防止橡膠氣囊爆裂。輸氣加壓后，上部橡膠囊1和下部 橡膠囊5充氣脹起，將觀測孔堵住。然后接通中壓輸水裝置10，水進入聯接鉆桿6內部然 后經注水花管3流出，由于上部橡膠囊1、下部橡膠囊5將注水花管3兩端的空間堵死，可 通過觀測水有沒有從覆巖滲漏判斷是否存在導水裂縫帶。通過壓力調節閥和泄壓閥控制水 壓保持在1. 0 2. OMpa,不超過2. 5Mpa。如果從管口向外大量漏水，說明測試位置的氣壓 小于水壓，此時應減小水壓，并適當逐漸增加氣壓，逐漸調節完成。一般控制測試壓力高于 水頭壓力0. IMpa0每段測試的時間大約為20 30min，通過流量表記錄該段測試水流量，測試期間記錄孔深位置、氣壓、水壓、水的流量；每Imin記錄一次，然后減小水壓至IMpa以 下，保持5 8min，氣壓保持不變，再次增加水壓進行測試，每段至少測試3次，至此該測試 段測試完畢。每段測完后，拆卸聯接鉆桿6之前，首先通過單向導水閥106排空聯接鉆桿6中的 水，然后進行上部橡膠囊1及下部橡膠囊5的泄壓，再拆卸聯接鉆桿6，防止橡膠囊與孔壁摩 擦導致橡膠囊破裂，最后再從孔口位置卸去聯接鉆桿6。依次重復上述步驟進行下一段的測試，直至水的漏失量變化很大，水壓無法穩定 增壓時，再測5 8段結束。采用鉆孔雙端堵水的方式對觀測孔進行逐段封隔注水，測定各 孔段漏失量，依次確定導水裂縫帶高度。本實用新型采用仰角鉆孔、中壓注水、均壓測試的方法測定井下斷裂導水裂縫帶 范圍和高度，測試深度達180米，仰角范圍為-80 80°，測試結果可充分說明實際裂縫發 育情況，與現有的測試儀器相比，具有以下優點1、工程量相對較低，在設定位置打好鉆孔后，直接將觀測儀送入觀測孔內的預定 高度，即可進行觀測；2、操作簡便，出現問題能夠及時補救，在大采深條件下具有費用低的特點；3、觀測數據可靠，采用分段局部注水加壓、均壓測試的方式，測試結果可信。
權利要求一種煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，其特征在于中空結構的聯接鉆桿(6)的頂端與下部測試聯接桿(4)的底端聯接，下部測試聯接桿(4)的外圍套設有下部橡膠囊(5)、頂端與注水花管(3)的底端聯接，注水花管(3)的頂端與上部測試聯接桿(2)的底端聯接，上部測試聯接桿(2)的外圍套設有上部橡膠囊(1)，聯接鉆桿(6)的內部設置有與上部橡膠囊(1)和下部橡膠囊(5)相聯通的氣管(7)、底部設置有與低壓輸氣裝置(11)聯接的底部輸氣連接端頭(8)和與中壓輸水裝置(10)聯接的底部輸水連接端頭(9)，底部輸氣連接端頭(8)與氣管(7)聯通。
2.按照權利要求1所述的煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，其特征在于所說的低壓 輸氣裝置(11)為在輸氣管(110)的右端設置有與氣源聯接的低壓氣源接頭(111)、左端 設置有與底部輸氣連接端頭(8)聯接的測試儀輸氣接頭(115)，輸氣管泄壓閥(114)設置 在低壓氣源接頭(111)與測試儀輸氣接頭(115)之間測試儀輸氣接頭(115) —側，輸氣管 壓力調節閥(112)設置在低壓氣源接頭(111)與測試儀輸氣接頭(115)之間低壓氣源接頭 (111) 一側，輸氣管壓力表(113)安裝于輸氣管泄壓閥(114)和輸氣管壓力調節閥(112)之 間。
3.按照權利要求1所述的煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，其特征在于所說的中壓 輸水裝置(10)為在輸水管(100)的右端設置有與水源聯接的中壓水源接頭(101)、右端 設置有與底部輸水連接端頭(9)聯接的測試儀輸水接頭(107)，輸水管(100)的中部設置 有輸水管泄壓閥(104)，輸水管壓力表(103)設置在輸水管泄壓閥(104)與中壓水源接頭 (101)之間輸水管泄壓閥(104) —側，輸水管壓力調節閥(102)設置在輸水管泄壓閥(104) 與中壓水源接頭(101)之間中壓水源接頭(101) —側，流量表(105)設置在輸水管泄壓閥 (104)與測試儀輸水接頭(107)之間輸水管泄壓閥(104) —側，單向導水閥(106)設置在輸 水管泄壓閥(104)與測試儀輸水接頭(107)之間測試儀輸水接頭(107) —側。
專利摘要一種煤礦覆巖導水裂縫帶仰孔觀測儀，中空結構的聯接鉆桿的頂端與下部測試聯接桿的底端聯接，下部測試聯接桿的外圍套設有下部橡膠囊、頂端與注水花管的底端聯接，注水花管的頂端與上部測試聯接桿的底端聯接，上部測試聯接桿的外圍套設有上部橡膠囊，聯接鉆桿的內部設置有與上部橡膠囊和下部橡膠囊相聯通的氣管、底部設置有與低壓輸氣裝置聯接的底部輸氣連接端頭和與中壓輸水裝置聯接的底部輸水連接端頭，底部輸氣連接端頭與氣管聯通。本實用新型具有設計合理、結構簡單、操作簡便、測試效果好等突出優點，可方便應用于淺部、中部礦井，以及深部礦井開采等條件下覆巖導水裂縫帶的確定，為實際生產提供決策依據。
文檔編號E21B47/10GK201671622SQ20102018399
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月7日 優先權日2010年5月7日
發明者余學義, 易永忠, 趙兵朝, 陳強強 申請人:西安科技大學