[发明专利]采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置及方法

说明书

本发明公开了一种采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置及方法，属于煤矿开采矿压观测技术领域。包括测量单元、传输单元及接收单元，测量单元为一测量传感器探头，实际观测时，测量传感器探头安装在测试钻孔内，其包括树脂药包、位移传感器、固定机构及紧固爪，测量传感器探头将位移传感器与其所处岩层固定，随岩层同时运动，实时观测并记录岩层的下沉量，并再通过数据接收器对岩层的运动情况进行实时分析；传输单元包括数据传输导线及用于保护数据传输导线的柔性护管，数据传输导线位于柔性护管内；接收单元包括数据接收器，数据接收器设置多个传输通道。本发明可以为巷道的支护设计、沿空留巷、覆岩控制等工作提供技术支持。

技术领域

本发明属于煤矿开采矿压观测技术领域，具体涉及一种采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置及方法。

背景技术

矿山压力与控制理论指出，煤层开采后，上覆岩层将发生不同程度的沉降及断裂破坏，这是造成采场矿山压力显现的主要原因。从上世纪开始，许多学者针对上覆岩层运动提出了不同的理论假说，如德国的施托克提出的悬臂梁假说、前苏联库兹涅佐夫提出的铰接岩块假说、我国学者钱鸣高院士提出的砌体梁理论以及宋振骐院士提出的“传递岩梁”理论等等。上述理论都认为，在煤层上方存在的厚度不等、强度不同的多层岩层中,其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层运动中起主要的控制作用，这一层至数层厚硬岩层被称为基本顶或者老顶。

煤层开采后，基本顶的断裂、沉降是工作面矿山压力显现的主要力源，尤其是基本顶随煤层开采的动态沉降量对于上覆岩层破坏范围分析、工作面及超前巷道的支护设计、沿空留巷的参数设计等起到重要的作用。当前，对于基本顶岩层在采空区上方的动态沉降量分析大多是基于矿压及力学理论计算、相似材料模拟及计算机仿真模拟等方法确定，或根据采场及巷道的矿压显现观测参数进行力学反演分析。由于基本顶剧烈运动位置一般位于工作面后方的采空区上方范围内，人员和设备难以直接进入，因此目前尚未有很好的方法能够直接对采空区上方基本顶的沉降量及沉降规律进行直观观测。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置及方法，其目的是为了精确测量采空区上方基本顶岩梁的动态沉降值，从而总结基本顶岩层随煤层开采的下沉运动规律，为下一步进行巷道的支护设计、沿空留巷、覆岩控制等工作提供技术支持。

本发明的任务之一在于提供一种采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置，其采用了如下技术方案：

一种采空区上覆基本顶岩层动态沉降量的观测装置，其包括测量单元、传输单元及接收单元，所述测量单元为一测量传感器探头，实际观测时，所述的测量传感器探头安装在测试钻孔内，所述的测量传感器探头包括树脂药包、位移传感器、固定机构及紧固爪，所述的固定机构为一扁圆柱体，在所述扁圆柱体的底部设置有凹形槽，所述的凹形槽用于与钻杆或杆体结构连接，在所述扁圆柱体的一侧留有用于穿过连接导线的预留孔；所述的紧固爪位于所述扁圆柱体的底部，对所述扁圆柱体进行固定，所述的位移传感器位于所述扁圆柱体的顶部，当进行实际观测时，所述的位移传感器通过导线与所述的接收单元连接在一起；所述的树脂药包位于所述固定机构的顶部，且将所述的位移传感器包裹在内，所述的树脂药包其外层为一层薄膜，内部装填有粘结剂，所述的树脂药包用于将位移传感器和固定机构与岩层快速粘结成一个整体；

所述的传输单元包括数据传输导线及保护所述数据传输导线的柔性护管，所述的数据传输线位于所述柔性护管内；

所述的接收单元包括数据接收器，所述的数据接收器设置多个传输通道，用于同时接收多个所述位移传感器监测到的位移数据。

所述的紧固爪设置有四个，每个紧固爪与所述的扁圆柱体底部焊接在一起。

作为本发明的一个优选方案，上述的树脂药包，当给予其一较小的外力时易发生破裂，其内部的树脂粘结剂充满测试钻孔，从而将所述位移传感器和固定机构与岩层快速粘结成一个整体。