[發明專利]采空區上覆彎曲下沉帶巖層沉陷監測方法與裝置

有效

• 申請號: 201310500647.6
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103528489A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李重情;劉澤功;劉健;盛恒;王祥春;郭忠凱
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01B5/30
• 分類號: G01B5/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤礦災害防治和礦區環境治理領域，尤其是涉及一種采空區上覆彎曲下沉帶巖層沉陷監測方法與裝置。

背景技術

煤炭作為我國主要的一次能源，其開采對我國經濟和社會發展起著重要作用，但在煤炭開采的過程中時有發生一些地應力為主導的煤礦災害事故，且在開采之后還會帶來一系列礦區環境問題。關于采動影響下地應力主導的動力作用效應，最典型的是采動覆巖移動“三帶”，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，冒落帶和裂隙帶又可合稱為冒落裂隙帶，彎曲下沉帶又呈現下沉速度不同的兩大層（本發明將其命名為常速沉陷層和慢速沉陷層），目前關于采動影響下的上覆巖層運移規律研究主要集中在冒落裂隙帶，沒有涉及到彎曲下沉帶的巖層運移規律。關于礦區環境問題，最突出的就是礦區沉陷，它是由井工開采的煤礦采空區頂板冒落所導致的整體區域變形，是導致礦區生態破壞的主要原因，是礦區環境治理的主要課題。目前，關于礦區沉陷方面的監測方法主要有激光測量、水準測量、全站儀測量、GPS測量以及D-InSAR測量等，所有這些監測方法，如吳立新發明的礦區沉陷車載式激光測量方法（申請號：CN201110026660.3），其不足均在于：它僅能監測地表現已形成的沉陷情況，而無法實時、連續地對地層以下各層沉陷發展情況進行監測。所以，要詳細掌握采動影響下上覆彎曲下沉帶巖層運移規律或礦區不同沉陷層的沉陷規律，需要發明一種能夠在采空區上覆彎曲下沉帶巖層中進行實時連續監測的方法和裝置，這不僅對研究彎曲下沉帶的巖層運移具有重大價值，還對研究礦區不同沉陷層的沉陷規律具有重大價值，為煤礦災害防治和礦區環境治理提供了新的參考。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種采空區上覆彎曲下沉帶巖層沉陷監測方法與裝置，能實時、連續、小尺度（毫米級）地監測采空區上覆彎曲下沉帶巖層的沉陷發展。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種采空區上覆彎曲下沉帶巖層沉陷監測方法與裝置，裝置包括監測孔洞、鋼基座護筒、環形凸起、防護片、密封圈、滾珠、常速沉陷層護筒、墊片、第一固定端、第一卷尺、慢速沉陷層護筒、第二固定端、第二卷尺、表土層護筒、支撐鋼桿、轉盤、轉軸、三角支架、環形鋼圈、圓錐頂蓋；其特征在于監測孔洞位于煤礦采空區底板上，鋼基座護筒位于監測孔洞底部，環形凸起焊接在鋼基座護筒上，并通過結構膠或水泥砂漿的作用錨固于圍巖中；所述鋼基座護筒頂部有防護片；所述常速沉陷層護筒通過密封圈和滾珠嵌套于鋼基座護筒中，其底部設有墊片；所述慢速沉陷層護筒和表土層護筒的相關布置結構及功能與常速沉陷層護筒相同；所述第一固定端焊接在常速沉陷層護筒底部，第一卷尺一端固定在第一固定端上，另一端纏繞在轉盤上；所述第二固定端焊接在慢速沉陷層護筒底部，第二卷尺一端固定在第二固定端上，另一端纏繞在對應轉盤上；所述轉盤通過轉軸固定在三角支架上；所述表土層護筒上端焊接支撐鋼桿，在支撐鋼桿頂部焊接環形鋼圈，圓錐頂蓋置于環形鋼圈上。

監測方法實現包括以下幾步：

1）從地面打監測孔洞直至采空區底板，在監測孔洞底部布置鋼基座護筒，并通過焊接于其上的環形凸起在結構膠或水泥砂漿作用下錨固在圍巖中；

2）常速沉陷層護筒、慢速沉陷層護筒和表土層護筒分別通過密封圈和滾珠與鋼基座護筒之間層層相互嵌套，并各自通過環形凸起與所屬層錨固；

3）分別通過第一固定端和第一卷尺、第二固定端和第二卷尺，借助地面的三角支架、轉軸和轉盤組合結構進行實時、連續、小尺度（毫米級）地讀取彎曲下沉帶中常速沉陷層和慢速沉陷層的沉陷數值，得到沉陷變化趨勢圖和不同時間間隔的沉陷量等監測資料。

進一步，所述監測孔洞的直徑要大于等于300mm；所述鋼基座護筒的直徑為200mm，高度為冒落帶和裂隙帶之和，其外側焊接的環形凸起至少為3圈，以便通過結構膠或水泥砂漿作用與圍巖錨固。

進一步，所述常速沉陷層護筒的直徑為195mm，密封圈為橡膠密封圈，可起密封作用，滾珠是直徑為2.5mm的不銹鋼珠，以便常速沉陷層護筒沉陷時與鋼基座護筒的相對滑動；所述防護片焊接于護筒頂部內緣，用以防止周邊雜物對密封圈產生的磨損破壞；所述墊片焊接于護筒底部外緣，用以防止滾珠意外滑脫而導致不能實現緩慢滑移。