[發明專利]采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811329152.0
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109297462B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 黃萬朋;辛光明;武凱;郭曉勝
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張紅鳳

1.一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于，其所采用的觀測裝置包括測量單元、傳輸單元及接收單元，所述測量單元為一測量傳感器探頭，實際觀測時，所述的測量傳感器探頭安裝在測試鉆孔內，所述的測量傳感器探頭包括樹脂藥包、位移傳感器、固定機構及緊固爪，所述的固定機構為一扁圓柱體，在所述扁圓柱體的底部設置有凹形槽，所述的凹形槽用于與鉆桿或桿體結構連接，在所述扁圓柱體的一側留有用于穿過連接導線的預留孔，所述的緊固爪位于所述扁圓柱體的底部，對所述扁圓柱體進行固定，所述的位移傳感器位于所述扁圓柱體的頂部，當進行實際觀測時，所述的位移傳感器通過導線與所述的接收單元連接在一起；所述的樹脂藥包位于所述固定機構的頂部，且將所述的位移傳感器包裹在內，所述的樹脂藥包其外層為一層薄膜，內部裝填有粘結劑，所述的樹脂藥包用于將位移傳感器和固定機構與巖層快速粘結成一個整體；

所述的傳輸單元包括數據傳輸導線及用于保護所述數據傳輸導線的柔性護管，所述的數據傳輸導線位于所述柔性護管內；

所述的接收單元包括數據接收器，所述的數據接收器設置多個傳輸通道，用于同時接收多個所述位移傳感器監測到的位移數據；

所述的緊固爪設置有四個，每個緊固爪與所述的扁圓柱體底部焊接在一起，緊固爪外撇15-20°；

所述的觀測方法依次包括以下步驟：

a選取雙巷掘進的采煤工作面作為研究對象，上一工作面切眼貫通后，在下一個工作面的順槽內靠近切眼位置布置鉆孔并對鉆孔的相關參數進行設計；

b根據鉆孔的設計參數進行鉆孔施工；

c安裝所述的觀測裝置；

d觀測搜集數據：觀測工作從上一工作面的切眼開始推進時實時進行，根據預先計算的基本頂巖梁的斷裂步距及工作面的推進速度，設置好數據接收器的數據采集間隔，通過數據接收器將所有觀測探頭測量得到的數據實時記錄和存儲，觀測周期為基本頂巖梁的初次斷裂加上2～3個周期斷裂的時間范圍，當判定基本頂巖梁周期斷裂了3次以上時，觀測工作停止；在觀測周期內，觀測人員定期將測量數據采集出來在地面計算機上進行匯總分析；

e老頂巖梁最終沉降值的計算和確定：數據采集結束后，對觀測數據進行整理分析，并建立上覆基本頂巖梁下沉的幾何結構模型，根據前面幾個鉆孔的初始及最終沉降數據，計算得到基本頂巖梁的下沉速度，同時得到斷裂后的巖梁在采空區上方處于最終水平狀態時的最終沉降值；根據觀測結束時靠近工作面煤壁處的一組鉆孔的觀測數據，同時依據建立的上覆基本頂巖梁下沉的幾何結構模型，計算得到基本頂巖梁在工作面后方的傾斜下沉系數，得到該系數K值，利用所述K值反推基本頂巖梁在下沉過程中在任何位置的實時沉降量；

f結合相關理論計算確定采空區冒落矸石的碎脹系數。

2.根據權利要求1所述的一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于：步驟a中，所述鉆孔的相關參數包括鉆孔個數、布置間距、鉆孔長度、傾角及孔徑。

3.根據權利要求1所述的一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于：步驟c中，采用機械安裝或人工安裝兩種方式來安裝觀測裝置，當鉆孔長度＞10m時，采用機械安裝方式來安裝觀測裝置，當鉆孔長度≤10m時，采用人工安裝方式來安裝觀測裝置。

4.根據權利要求1所述的一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于：所述的樹脂藥包，當給予其一較小的外力時，其薄膜發生破裂，其內部的樹脂粘結劑充滿測試鉆孔，從而將所述位移傳感器和固定機構與巖層快速粘結成一個整體。

5.根據權利要求1所述的一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于：所述的每個緊固爪的外沿直徑比測試鉆孔的孔徑大20-30mm。

6.根據權利要求1所述的一種采空區上覆基本頂巖層動態沉降量的觀測方法，其特征在于：所述位移傳感器選用數字位移傳感器，其量程為300mm，線性精度<0.02％，分辨度為1um，傳送距離遠>100m。