[发明专利]一种注液式被保护层膨胀变形量自动测量装置及使用方法

说明书

本发明提供一种注液式被保护层膨胀变形量自动测量装置，该装置包括伸缩保护外套、压缩弹簧、位移传感器、连接杆、铠装电缆、膨胀固定器、直通单向阀、反扣高压接头、高压密封连接钻杆、注水接头、数显表。本发明同时提供了一种注液式被保护层膨胀变形量自动测量装置的使用方法。本发明采用液压方式代替传统钢楔等固定方式，具有安装稳固，便于安装，抗干扰性强等特点；同时将位移传感器布置于测量装置内部替代长距离钢丝绳相对位移孔口测量，实现了对膨胀变形量的直接高精度实时测量，且仅需一组位移传感器系统，同时高压密封连接钻杆可回收，成本低，系统简单，可靠性高。

技术领域

本发明属于煤矿保护层开采技术领域,特别提供了一种注液式被保护层膨胀变形量自动测量装置及使用方法。

背景技术

保护层开采技术是指，在煤层群条件下，通过开采保护煤层的卸压增透作用，降低邻近被保护高瓦斯或突出危险煤层的煤层瓦斯含量，消除其突出危险性的区域瓦斯治理技术。按照保护层与被保护层的相对位置关系，保护层又可分为上保护层和下保护层。我国多数矿区煤层群赋存的特征决定了保护层开采是我国需要长期采用的区域防突措施。煤层膨胀变形量是衡量保护层开采效果的一项重要指标。《防治煤与瓦斯突出细则》2019版本第五十五条规定：矿井首次开采某个保护层或者保护层与被保护层的层间距、岩性及保护层开采厚度等发生了较大变化时，应当对被保护层的保护效果及其有效保护范围进行实际考察。经保护效果考察有效的范围为无突出危险区。若经实际考察被保护层的最大膨胀变形量大于3‰，则检验和考察结果可适用于具有同一保护层和被保护层关系的其他区域。最大膨胀变形量未超过3‰的，必须对每个被保护工作面的保护效果进行检验：此外，若保护层与被保护层的层间距离、岩性及保护层开采厚度等发生了较大变化时，应当再次进行效果检验和保护范围考察。

目前对煤层膨胀变形量的测定多采用深部基点法，即在岩巷中向煤层施工穿透煤层的钻孔，在煤层顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点，由钢楔引出钢筋和钢管至孔外，通过测量钢筋和钢管的相对位移，并结合钻孔角度进行换算，得到煤层的膨胀变形量。如果钻孔距离较深可用钢丝绳代替钢筋和钢管。传统的测定方在实际操作中难度大，具有安全隐患。钢楔体积大，在钻孔内推送过程中易与孔壁碰撞发生错位，甚至卡在钻孔中途，造成安装失败；钢楔、钢筋被首先推送至煤层顶板固定，钢楔、钢管接着被推送至底板固定，安装不能一次性完成，底板基点的安装对顶板基点的稳定会产生影响；当测定地点距离被保护层较远时，钢管、钢筋长度增加，重量增大，人工推送困难，钢筋和钢管在自重作用下容易发生掉落，存在安全隐患；如果用钢丝绳代替钢筋和钢管，基点钢楔安装固定困难，且测量用的钢丝绳缺乏保护，可能卡在孔壁裂缝内，造成测量不准确。另外钻孔变形及钻屑影响钢楔很难安装至指定位置，由于采动影响即使安装良好的钢楔也极易产生松动滑落造成测定失败，失败率极高；被保护层膨胀变形量较小，往往只有几毫米，钻孔深度往往较大，通过上下两根钢丝绳相对位移直观读取，误差较大。

如专利号为CN202010972156.1的中国发明专利公开了一种被保护层膨胀变形量测定装置及方法，设在钻孔内的引导管、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管、套管、第二封孔囊袋、第二囊袋注浆管和钢丝绳；本发明利用施工钻孔的钻机、钻杆将钢丝绳、第一封孔囊袋、第一囊袋注浆管等送入钻孔被保护煤层顶板以上位置，注浆固定，测定被保护煤层顶板位移量；利用套管固定封孔部件后穿钢丝绳，送入钻孔被保护煤层底板下方，注浆固定，测定被保护煤层底板位移量；在保护层开采后，利用被保护煤层顶板位移量、底板位移量，进而计算保护层开采后被保护层膨胀变形量。该装置需要再保护煤层顶板和底板的位置分别通过封孔囊袋固定钢丝绳，并通过钢丝绳测定煤层顶板位移量和底板位移量，才可以实现被保护层膨胀变形量，该固定方式复杂，采用钢丝绳测定，测量误差较大。