[发明专利]一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的装置及方法

说明书

本发明涉及一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的装置及方法，该装置包括球形橡胶外壳，球形橡胶外壳内设置有超声波信号发射器和振动传感器，振动传感器与超声波信号发生器连接。本发明通过打孔的方式向已探明的含水断层压入超声波发射装置，在工作面掘进过程中，通过分析所接收到超声波的波速的方式提前确定工作面过含水断层时是否存在断层突水的危险。本发明在巷道过含水断层时可以准确地探查到含水区与掘进面之间的岩层受扰动影响的大小，克服了在无法判定含水断层是否导水的情况下对工作面过断层时突水危险的预防，该装置与方法相对于现有技术具有施工方法简单、灵活多变，效率高，成本低等有益效果。

技术领域

本发明涉及一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的装置及方法，属于矿井施工辅助设备技术领域。

背景技术

煤炭是我国主要的能源之一，随着煤炭需求量的不断增加，规模也越来越大，由于我国水文地质条件复杂，在工作面掘进的过程中，往往会出现过断层回采，由于含水断层的导水性无法准确判断，从而给安全生产带来了很大困难，在巷道过断层时，容易发生突水，水体中的泥沙溃入井巷的危险。

工作面过断层时，由于断层的存在破坏了顶、底板岩层的完整性，在开采过程中强烈的振动和剪应力的作用下，会使岩层的完整性进一步被破坏，增大了突水危险的可能性。

现有技术中，通过井下三维高密度层析成像技术可以查明断层内富水情况，但是存在无法判定是否导水的局限性，因此，对工作面过断层时突水危险的预防依然是现阶段的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的装置，其能够准确判断工作面过含水断层时含水断层是否导水，从而避免危险发生。

本发明还提供一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的方法。

本发明的技术方案如下：

一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的装置，包括球形橡胶外壳，球形橡胶外壳内设置有超声波信号发射器和振动传感器，振动传感器与超声波信号发生器连接。

优选的，所述球形橡胶外壳内壁设置有防隔水层。

进一步优选的，所述防隔水层为防水铝箔，防水铝箔胶粘在球形橡胶外壳内壁。

优选的，所述球形橡胶外壳的材质为顺丁橡胶或聚氨酯橡胶。此设计的好处是，放置到顶板的装置球采用密度大的顺丁橡胶，放置到底板的装置球采用密度小一些的聚氨酯橡胶。

优选的，所述球形橡胶外壳的外径为30mm，厚度为4mm。

优选的，所述超声波信号发射器选用低电压线性电源电路型，内置电动势为5V的电池。

优选的，所述振动传感器选用电动式传感器。

一种煤矿工作面过含水断层时预防顶板和底板突水的方法，事先在工作面放置超声波接收设备，在地面放置数据分析设备，超声波接收设备与数据分析设备连接，在掘进作业时，该方法包括以下步骤：

(1)采用井下三维高密度电法确定所过断层含水区的三维位置信息；

(2)当掘进探头掘进至断层60m-80m处时，经岩体向含水区方向钻出探孔，探孔直径为50mm-70mm；通过探孔探明断层与巷道之间的岩体性质，并查明对应岩石可传递超声波的波速；

(3)沿探孔朝顶板含水区、底板含水区压入球形装置；

(4)当掘进探头继续掘进靠近断层含水区时，断层含水区受到扰动产生振动，球形装置内的振动传感器触发超声波信号发射器发射超声波；