[發明專利]用超聲波探測礦井采空區頂底板深部巖層裂隙的方法

在審

• 申請號: 201410547097.8
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104391042A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 寧建國;王俊;李學慧;劉學生;田成林
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

技術領域

本發明涉及巖體破裂探測技術，尤其涉及礦井工作面采空區頂底板深部巖層裂隙探測技術。

背景技術

通常情況下，礦井采煤工作面推進以后，采空區頂板上方會出現冒落帶、裂隙帶和緩慢下沉帶，底板內會出現導水破壞帶、有效隔水層保護帶和承壓水導升帶。礦井采空區頂底板裂隙(破壞)帶是礦井水進入采空區的通道，一般情況下會出現在頂底板深部巖層范圍內，如頂板裂隙帶位于頂板上方40～80m。了解工作面采空區頂底板巖層裂隙帶發育范圍對于建筑物、公(鐵)路和水下采煤及底板承壓水上采煤具有重要意義；同時對具有沖擊傾向性、煤與瓦斯突出傾向的煤層安全開采，煤與煤層氣共采以及淺埋煤層保水開采也具有一定的作用。

工作面采空區頂底板巖層內裂隙帶探測儀器通常采用雙端堵水器。中國專利(申請號90106348.7)公布了一種采用雙端堵水器向鉆孔分段注水技術，通過鉆孔內雙端堵水器漏水量確定采煤工作面頂底板巖層裂隙發育情況。此技術包括：①利用地質鉆機(坑道鉆機)向采空區頂板(底板)鉆孔，把雙端堵水器分段放入仰斜(俯斜)鉆孔，其下端與高壓氣管、鉆桿與水流量監測裝置連接；②打開高壓氣閥，通氣脹開兩端氣囊，把鉆孔某段封堵；③在氣囊脹開達到一定壓力后，向封堵端注水，通過測定鉆孔內不同深度水漏失量的大小，確定頂底板巖層裂隙分布規律。上述專利存在的缺點：①由于在封堵氣囊之間注水，水壓較大時易使封孔氣囊松弛，堵孔可靠性下降，水從下部氣囊流出，增加了雙端堵水器漏水流失量，探測精度低，無法獲得真實有效的結果；②水壓難以控制，注水管和流量表容易崩裂，操作困難；③雙端堵水器重量較大，不易在鉆孔內推移，且容易堵塞，勞動工作量大。

發明內容

為了克服現有用水漏失量探測裂隙方法的不足，本發明依據超聲波技術，提供了一種探測精度高、容易操作的探測方法，具體如下：

第一步：向采空區頂、底板鉆孔

工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地質鉆機或坑道鉆機向頂、底板鉆取一定深度的鉆孔，成孔后充水清孔；

第二步：組裝與布置超聲波式探測儀

超聲波式探測儀由超聲波式探測桿、超聲波控制主機、連接桿、通信電纜和調壓注水裝置構成；所謂超聲波式探測桿是一根無縫式隔音桿，桿長2m左右，距隔音桿的上端頭10cm處固定有發射換能器，距隔音桿的下端頭10cm處固定有接收換能器，在隔音桿的下端頭為帶有螺紋的連接頭，通過連接頭可與連接桿連接；所謂的連接桿由多節無縫式空心桿連接而成，空心桿一端設有螺母，另一端設有螺柱，可使多節無縫式空心桿相互連接；超聲波控制主機通過通信電纜與發射換能器和接收換能器連接，以控制超聲波的激發、接收和記錄超聲波傳播時間；所謂的控壓注水裝置是由調壓注水控制臺、膠囊注水管、注水封孔器構成，其中調壓注水控制臺設有水壓表和注水調壓閥門；

把超聲波式探測桿置于鉆孔內，接上連接桿，同時把注水管穿過注水封孔器進入鉆孔內，隨后推動注水封孔器進入鉆孔進行封孔；

第三步：用超聲波式探測桿分段探測鉆孔的超聲波傳播時間T

首先，把超聲波式探測桿在鉆孔內推進2m；操作調壓注水裝置，高壓水通過膠囊注水管向鉆孔注水，并且實時注水以保持水壓基本穩定；打開超聲波控制主機，激發探測桿中發射換能器產生超聲波，超聲波沿著鉆孔壁傳播，超聲波控制主機中計時器開始計時，待接收換能器接收到超聲波后，計時器停止計時，此時超聲波控制主機顯示超聲波傳播時間T；

記錄完成后，把超聲波式探測桿繼續推進2m，重復上述操作步驟，循環進行，直至整個鉆孔探測結束；

第四步：待工作面回采后，利用原有鉆孔按照上述方法重新分段探測鉆孔的超聲波傳播時間T；

第五步：探測數據分析

根據工作面回采前、后分段探測的時間T和發射、接受換能器的距離l，分別計算超聲波在鉆孔中的傳播速度V：

V=lT]]>

再分別以傳播速度V為Y軸，以鉆孔深度L為X軸，繪制工作面回采前、后頂底板V-L曲線圖；

對比工作面回采前、后V-L曲線圖變化規律，得出工作面頂底板裂隙發育規律。

與其他對工作面采空區頂底板巖層內裂隙帶探測技術相比，本發明有如下優勢：