本發(fā)明涉及煤礦開采安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

我國煤礦開采深度和開采強度越來越大，隨著煤礦的繼續(xù)開采，第一層煤逐漸被采完，開采下組煤就勢必涉及到采空區(qū)下煤礦開采技術(shù)和礦壓理論的研究。

對于煤礦生產(chǎn)和理論研究來說，巖層沉降監(jiān)測是極其重要的研究手段。但是覆巖中存在采空區(qū)的巖層沉降監(jiān)測一直是一個難題，地面鉆孔鉆進采空區(qū)后，孔壁不完整，鉆井液漏失嚴(yán)重，一般鉆井技術(shù)不能滿足要求，導(dǎo)致整個巖層的沉降系統(tǒng)無法布置監(jiān)測。因此需要一整套穿采空區(qū)巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)及方法，針對有采空區(qū)的覆巖，能夠有效及時的獲得巖層活動信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決采場覆巖中存在采空區(qū)的巖層沉降活動監(jiān)測，提供了一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理終端和若干監(jiān)測端，所述監(jiān)測端包括共軸設(shè)置在地表的基架、貫穿表土層的護管、貫穿采空區(qū)的套管、設(shè)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(shè)置有保護罩，所述基架上設(shè)置有巖層沉降監(jiān)測裝置，所述pvc測管上設(shè)置有監(jiān)測點定位裝置，所述監(jiān)測點定位裝置連接鋼絞測線的一端，所述巖層沉降監(jiān)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(fā)模塊，所述角度位移傳感器通過數(shù)據(jù)線連接無線收發(fā)模塊，所述電源為角度位移傳感器和無線收發(fā)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(yōu)選，所述護管貫穿表土層至表土層下方2m；所述套管上端位于采空區(qū)冒落段上方2m，下端位于采空區(qū)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(jiān)測點定位裝置包括第一環(huán)箍、第二環(huán)箍、第三環(huán)箍、底端鉸接在第一環(huán)箍上的連桿、頂端鉸接在第三環(huán)箍上的副桿、連接第一環(huán)箍和第三環(huán)箍的彈性收縮裝置，所述第二環(huán)箍上對應(yīng)彈性收縮裝置部位設(shè)置有缺口，所述第一環(huán)箍和第二環(huán)箍通過連接管連接，所述連接管頂部設(shè)置有彈性卡扣，所述連桿頂端外側(cè)通過轉(zhuǎn)軸連接有支撐爪。

一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測方法，通過以下步驟進行：

s1、從地表用鉆桿驅(qū)動鉆頭鉆至表土層下2m，下放護管至底部，并用水泥固井；

s2、繼續(xù)以原孔徑鉆至采空區(qū)冒落段上方2m；

s3、使用套管代替鉆桿驅(qū)動鉆頭鉆進至采空區(qū)底板下4m，將套管留在鉆孔內(nèi)，并對套管及孔壁之間位置用水泥進行固井；

s4、繼續(xù)使用鉆桿驅(qū)動鉆頭穿過留在采空區(qū)段的套管鉆至下組煤層底板下1m終孔；

s5、在地面鉆孔上方3m搭建基架和保護罩，將巖層沉降監(jiān)測裝置固定在基架上；

s6、根據(jù)設(shè)計要求實際終孔深度，在pvc測管上固定好監(jiān)測點定位裝置，用鋼絞測線連接監(jiān)測點定位裝置和巖層沉降監(jiān)測裝置，將pvc測管逐節(jié)放入鉆孔，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(fù)責(zé)監(jiān)測鋼線整理，每隔1米用膠帶固定一次測線，最后一節(jié)在高出地面0.5米處截斷，并對pvc測管和孔壁之間位置進行固井；

s7、等裝置固定好后，便可實現(xiàn)監(jiān)測該鉆孔所在巖層的覆巖沉降變化，當(dāng)巖層受開采影響發(fā)生沉降時，處于監(jiān)測點的監(jiān)測點定位裝置帶動鋼絞測線發(fā)生同步位移，同時帶動角位移傳感器轉(zhuǎn)動，并通過位移變換裝置和無線收發(fā)模塊將位移信息分時段采集并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理終端，根據(jù)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(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：

本發(fā)明提供了一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)及方法，解決了采場覆巖中存在采空區(qū)的巖層沉降監(jiān)測問題。

本發(fā)明監(jiān)測巖層沉降的量程僅取決于上部預(yù)留鋼絞測線的長度，可實現(xiàn)超大量程的永久監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的監(jiān)測端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的巖層沉降監(jiān)測裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明的監(jiān)測點定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1、圖2、圖3所示，一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理終端和若干監(jiān)測端，所述監(jiān)測端包括共軸設(shè)置在地表的基架1、貫穿表土層a的護管2、貫穿采空區(qū)c的套管3、設(shè)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(shè)置有保護罩5，所述基架1上設(shè)置有巖層沉降監(jiān)測裝置6，所述pvc測管4上設(shè)置有監(jiān)測點定位裝置7，所述監(jiān)測點定位裝置7連接鋼絞測線8的一端，所述巖層沉降監(jiān)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(fā)模塊604，所述角度位移傳感器601通過數(shù)據(jù)線連接無線收發(fā)模塊604，所述電源603為角度位移傳感器601和無線收發(fā)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(jiān)測點定位裝置7包括第一環(huán)箍701、第二環(huán)箍702、第三環(huán)箍703、底端鉸接在第一環(huán)箍701上的連桿704、頂端鉸接在第三環(huán)箍703上的副桿705、連接第一環(huán)箍701和第三環(huán)箍703的彈性收縮裝置706，所述第二環(huán)箍702上對應(yīng)彈性收縮裝置706部位設(shè)置有缺口707，所述第一環(huán)箍701和第二環(huán)箍702通過連接管708連接，所述連接管708頂部設(shè)置有彈性卡扣709，所述連桿704頂端外側(cè)通過轉(zhuǎn)軸連接有支撐爪710。

在本實施例中，所述的一種鉆孔式巖層沉降監(jiān)測方法，通過以下步驟進行：

s1、從地表用鉆桿驅(qū)動鉆頭鉆至表土層a下2m，下放護管1至底部，并用水泥固井；

s2、繼續(xù)以原孔徑鉆至采空區(qū)c冒落段上方2m；

s3、使用套管3代替鉆桿驅(qū)動鉆頭鉆進至采空區(qū)c底板下4m，將套管3留在鉆孔內(nèi)，并對套管3及孔壁之間位置用水泥進行固井；

s4、繼續(xù)使用鉆桿驅(qū)動鉆頭穿過留在采空區(qū)c段的套管4鉆至下組煤層e底板下1m終孔；

s5、在地面鉆孔上方3m搭建基架1和保護罩5，將巖層沉降監(jiān)測裝置6固定在基架1上；

s6、根據(jù)設(shè)計要求實際終孔深度，在pvc測管4上固定好監(jiān)測點定位裝置7，用鋼絞測線8連接監(jiān)測點定位裝置7和巖層沉降監(jiān)測裝置6，將pvc測管4逐節(jié)放入鉆孔，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(fù)責(zé)監(jiān)測鋼線整理，每隔1米用膠帶固定一次測線，最后一節(jié)在高出地面0.5米處截斷，并對pvc測管4和孔壁之間位置進行固井；

s7、等裝置固定好后，便可實現(xiàn)監(jiān)測該鉆孔所在巖層的覆巖沉降變化，當(dāng)巖層受開采影響發(fā)生沉降時，處于監(jiān)測點的監(jiān)測點定位裝置7帶動鋼絞測線8發(fā)生同步位移，同時帶動角位移傳感器601轉(zhuǎn)動，并通過位移變換裝置602和無線收發(fā)模塊604將位移信息分時段采集并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理終端，根據(jù)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.在鉆孔穿越破碎巖層、采空區(qū)時，必須保證循環(huán)鉆井液能夠持續(xù)建立循環(huán)，有專人看管水泵，觀察水源池內(nèi)鉆井液消耗情況，以防供水不足燒鉆或巖粉埋鉆，下入護管2、套管3、pvc測管4后要及時進行止水和固井處理；

b.由于孔內(nèi)要安裝監(jiān)測點定位裝置7，因此對鉆孔完整性和孔斜有很高要求，必須保證在鉆孔質(zhì)量高，鉆孔斜度滿足下套管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(shù)領(lǐng)域人員更好的實施本方案。