一种岩层沉降磁感应监测装置及其操作方法转让专利
申请号 : CN202110253756.7
文献号 : CN112945188B
文献日 : 2021-10-22
发明人 : 李文平 , 陈维池 , 秦伟 , 吕振猛 , 王启庆 , 杨玉茹
申请人 : 中国矿业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种岩层沉降磁感应监测装置,其特征在于,包括:沉降磁环组件(14),包括锚箍组件、磁感应铁圈(7‑1)以及套设于磁感应铁圈(7‑1)外的磁环套(7‑2);所述锚箍组件设于磁环套(7‑2)的外圆周,具有收缩状态和展开状态,收缩状态下的锚箍组件能够在监测孔内移动,展开状态下的锚箍组件与监测孔孔壁在竖直方向上至少有两个高度的支撑点;
安装导管(15),安装导管(15)的两端分别与钻杆(16)和磁环套(7‑2)连接,通过钻杆(16)配合安装导管(15)使锚箍组件处于收缩状态和展开状态,以实现沉降磁环组件(14)的安装与回收;
所述锚箍组件包括长壁锚爪(14‑1)和箍片(14‑2);
所述长壁锚爪(14‑1)的第一端通过一轴连接于磁环套(7‑2)的外圆周,第二端为爪端,用于嵌入监测孔孔壁;
所述箍片(14‑2)的下端固定在磁环套(7‑2)上,上端具有呈喇叭口状的翻折端,翻折端通过连接线(14‑5)与长壁锚爪(14‑1)的爪端连接;
所述箍片(14‑2)的外侧具有供长壁锚爪(14‑1)绕轴转动的转动空间,所述转动空间内设有弹性体(14‑3);
所述安装导管(15)上设有回收套口(15‑2),回收套口(15‑2)的下端为开口结构,回收套口(15‑2)的内壁形成锚箍组件的收纳空间;
所述箍片(14‑2)的翻折端能够在钻杆(16)的旋转操作下,收缩进回收套口(15‑2)的收纳空间。
2.根据权利要求1所述的岩层沉降磁感应监测装置,其特征在于,所述箍片(14‑2)与长壁锚爪(14‑1)成组设置,所述箍片(14‑2)的数量至少为2个,且对称设置在磁环套(7‑2)的上端外圆周上。
3.根据权利要求2所述的岩层沉降磁感应监测装置,其特征在于,所述弹性体(14‑3)为弹性橡胶圈,弹性橡胶圈至少部分套设在磁环套(7‑2)上;或者,所述弹性体(14‑3)为限位弹簧,限位弹簧的第一端连接在长壁锚爪(14‑1)上,第二端连接在磁环套(7‑2)的上部外圆周,或者,第二端连接在箍片(14‑2)的下部。
4.根据权利要求1所述的岩层沉降磁感应监测装置,其特征在于,所述回收套口(15‑2)的内壁为光滑凹形曲面,回收套口(15‑2)固定设于安装导管(15)的外周壁上,且与安装导管(15)同轴设置。
5.根据权利要求4所述的岩层沉降磁感应监测装置,其特征在于,所述安装导管(15)包括第一段和第二段,第一段的直径小于第二段的直径,第一段与钻杆(16)连接,回收套口(15‑2)设于第一段的外周壁上;
所述第二段设有螺纹卡齿(15‑3),磁环套(7‑2)的内壁设有螺纹卡槽(14‑6),螺纹卡齿(15‑3)与螺纹卡槽(14‑6)相适配。
6.一种基于权利要求1‑5任一项所述的岩层沉降磁感应监测装置的操作方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:将锚箍组件通过安装导管(15)安装在钻杆(16)上,利用钻杆(16)将收缩状态的沉降磁环组件(14)在监测孔内下放至预设深度位置;
步骤二:降落钻杆(16)将收缩状态的锚箍组件置于预设深度位置后,提升钻杆(16),带动安装导管(15)向上运动使锚箍组件展开,长壁锚爪(14‑1)嵌入岩石孔壁;
步骤三:反转钻杆(16)使安装导管(15)与沉降磁环组件(14)的分离,重复上述步骤进行下一设计深度处的沉降磁环组件(14)的安装,直至完成所有设计深度处的沉降磁环组件的安装。
7.一种覆岩采动离层动态发育监测方法,其特征在于,利用权利要求1‑5任一项所述的岩层沉降磁感应监测装置对离层动态发育进行监测。
说明书 :
一种岩层沉降磁感应监测装置及其操作方法
技术领域
背景技术
负压作用下,覆岩含水层大量水资源向离层空腔积聚,当规模发育到一定程度就会发生瞬
时性离层突水事故,威胁矿井工作面安全开采。另一方面,覆岩离层空间的闭合会使地表下
沉,形成沉降坑并积水,改变地表土壤环境,威胁地表生态及建筑物稳定。当离层空间发育
最大时,地面注浆是防治离层突水和地面沉降的一种有效方法,过早(离层发育不完全)或
过晚(离层开始闭合)注浆都会导致较低防治效率。因此,覆岩离层动态发育监测对离层水
突水防治及地面沉降治理非常重要。
高度和受力状况,判断离层发育高度;还有一种监测方法,通过在煤系上覆岩层布设由多组
弹簧传感器和应变传感器构成的监测装置,根据监测装置的弹簧拉、压应力状态计算覆岩
移动变形量。上述方法存在以下不足:(1)煤层开采过程中离层上、下覆岩岩层移动剧烈,监
测信号线易被水平或垂直应力剪断或拉断导致测量失效;(2)测量装置通常用水泥与岩层
进行耦合,同步变形差导致测量不准确;(3)监测结果涉及应力‑应变换算,步骤繁琐;(4)监
测点过少,无法完全测量所有岩层的移动;(5)价格昂贵,监测成本高。
套接在沉降管上下入监测孔,根据沉降磁环位置判断土层下沉量。然而,现有沉降磁环无法
直接应用到岩层分层沉降监测中,理由如下:(1)岩层分层沉降监测孔埋深大,所用沉降管
根数多,现有沉降管连接技术承重小,深孔安装时沉降管可能在上部断开导致安装失败;
(2)沉降磁环的锚固爪弹开前,沉降磁环在自重作用下产生位移导致安装位置不准确;(3)
岩石硬度远大于土体,现有沉降磁环无法长期固定在监测孔岩壁上;(4)沉降管与沉降磁环
间隙小,限制沉降磁环测量量程,若其被岩屑或土颗粒堵塞,沉降磁环无法自由移动,影响
测量精度。
发明内容
沉降磁环位置安装错误,无法再次调整,成本高的问题中的一者或多者。
在监测孔内移动,展开状态下的锚箍组件与监测孔孔壁在竖直方向上至少有两个高度的支
撑点;
离箍片转动的恢复弹力。
圆周,或者,第二端连接在箍片的下部。
收套口的收纳空间。
内壁设有螺纹卡槽,螺纹卡齿与螺纹卡槽相适配。
结构,凸形结构的第二翻折端面位于箍片本体的内表面和第一翻折端面之间,防滑结构设
置在第一翻折端面上,防滑结构位于第一翻折端面的下部且占据第一翻折端面的1/2‑3/5
面积,第一翻折端面的上部、第二翻折端面为光滑曲面。
单,沉降磁环组件采用上箍下嵌式结构,长壁锚爪和箍片可同时发挥作用,互相增强,使沉
降磁环稳固的固定在监测孔的孔壁上,增加离层动态发育监测的准确性,从而为判定离层
的发育位置及发育空间大小提供有力依据,对煤炭的安全开采及地面注浆防沉具有重要意
义。
具有显著的经济效益。
收纳空间,当回收沉降磁环组件时,凸形结构的光滑第二翻折端面与回收套口的内壁光滑
面接触,回收套口不接触防滑结构,减小了回收阻力,以实现装置的顺利回收。
使防滑结构与监测孔的孔壁接触,提升安装位置精确性,保证装置的工作可靠性。
附图说明
本说明书实施例中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附
图获得其他的附图。
降监测仪;6‑1、磁感应探头;6‑2、蜂鸣器;6‑3、带刻度皮尺;7、沉降磁环;7‑1、磁感应铁圈;
7‑2、磁环套;7‑3、上弹簧片固定爪;7‑4、下弹簧片固定爪;8、沉降管;9、卡箍;10、套管;11、
钢丝绳;12、纸线;12‑1、切口;13、限位环;13‑1、限位环内环;13‑2、限位环外环;14、沉降磁
环组件;14‑1、长壁锚爪;14‑2、箍片;14‑3、限位弹簧;14‑4、防滑结构;14‑5、连接线;14‑6、
螺纹卡槽;14‑7、销轴;15、安装导管;15‑1、连接螺纹;15‑2、回收套口;15‑3、螺纹卡齿;16、
钻杆。
具体实施方式
本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
管15安装在钻机的钻杆上,利用钻杆旋转、提升、降落并配合安装导管15使锚箍组件收缩和
展开,进而实现沉降磁环组件14的安装与回收,克服了现有监测方法监测结束后无法对沉
降磁环进行无损坏回收的缺陷。
态,收缩状态下,锚箍组件的整体尺寸小于等于监测孔的孔径,能够在监测孔内上下移动,
且锚箍组件具有由收缩状态变为展开状态的恢复弹力;展开状态下,锚箍组件的尺寸大于
监测孔的孔径,锚箍组件与监测孔的孔壁在竖直方向上至少有两个高度的支撑点,且每个
高度的支撑点位于同一圆周上,展开状态的锚箍组件与监测孔的孔壁之间具有足够大的支
撑作用力,以保证锚箍组件的安装稳定性,防止沉降磁环移动。
够绕销轴14‑7在竖直方向进行上下转动;长壁杆的第二端为爪端,爪端为自由端,用于嵌入
监测孔的孔壁,长壁锚爪14‑1的数量至少为2个,多个连接端均匀分布在磁环套7‑2的下端
外圆周。
称设置在磁环套7‑2的上端外圆周上,箍片14‑2与长壁锚爪14‑1一一对应且成组设置;箍片
14‑2包括箍片本体,箍片本体的下端固定在磁环套7‑2上,箍片本体的上端呈喇叭口状向外
翻折,箍片14‑2由弹性钢制成,具有一定弹性变形能力。
空心柱状结构,该空心柱状结构的圆周直径大于等于磁环套7‑2的外圆周直径。
沉降磁环组件14沿监测孔的孔壁向下移动时,长壁锚爪14‑1的爪端向箍片本体转动时,使
锚箍组件呈收缩状态,由于弹性体的存在,长壁锚爪14‑1的爪端向箍片14‑2转动靠近过程
中,弹性体14‑3被挤压变形,具有使长壁锚爪14‑1的爪端远离箍片14‑2转动的恢复弹力;当
沉降磁环组件14到达指定位置后,利用钻杆上提使沉降磁环组件14向上移动,在弹性体的
恢复弹力作用下,长壁锚爪14‑1的爪端远离箍片14‑2转动,长壁锚爪14‑1的爪端嵌入监测
孔的孔壁。
的喇叭口向外翻折,张开范围变大,张开后的箍片14‑2喇叭口紧紧抵靠在监测孔的孔壁上,
在连接线14‑5的带动下,箍片14‑2的喇叭口的支撑直径变大,从而增大了箍片14‑2对监测
孔孔壁的挤压力,以保证紧固效果,同时,还能够促使长壁锚爪14‑1的爪端嵌入监测孔的孔
壁,箍片14‑2的翻折端、长壁锚爪14‑1的爪端与监测孔的孔壁接触力得以同时增大,稳固效
果更好。
等于磁环套7‑2的外径。进一步的,由磁环套7‑2的下端向上端方向,弹性橡胶圈的壁厚度逐
渐变大,也就是说,弹性橡胶圈的下部外径小于上部外径,弹性橡胶圈的壁截面为倒三角
形,此结构设置,不仅能够保证足够大的恢复弹性力,而且能够在装入监测孔时小角度收
缩,使得磁环顺利安装到位。
限位弹簧的第二端连接在磁环套7‑2的上部外圆周,或者,限位弹簧的第二端连接在箍片本
体的下部。自然状态下,长壁锚爪14‑1的爪端所在圆周直径大于监测孔的孔径,沉降磁环在
装入监测孔过程中,长壁锚爪14‑1的爪端收缩,使限位弹簧压缩,限位弹簧具有使长壁锚爪
14‑1的爪端远离箍片14‑2转动的恢复弹力。
胶圈至少部分套设在磁环套7‑2的上部外圆周,限位弹簧的第一端连接在长壁锚爪14‑1的
长壁杆上,限位弹簧的第二端连接在箍片本体的下部,长壁杆、箍片本体、限位弹簧以及磁
环套7‑2的外圆周之间形成橡胶圈安装空间,弹性橡胶圈位于橡胶圈安装空间内。此结构设
置,弹性橡胶圈和限位弹簧能够同时起作用,提高长壁锚爪14‑1的爪端展开的弹性力,而且
能够避免单一弹性橡胶圈或限位弹簧出现故障,导致长壁锚爪14‑1的爪端展开失败,从而
提升了装置的工作可靠性。
14‑2的翻折端与监测孔孔壁的摩擦力,有助于沉降磁环的精确定位,提升沉降磁环的稳定
性。
安装导管15下部的螺纹卡齿15‑3与沉降磁环14上螺纹卡槽14‑6相配套,钻杆的正转与反转
带动螺纹卡齿15‑3在螺纹卡槽14‑6上的旋进与旋出,规定正向(顺时针)旋转,螺纹卡齿15‑
3旋进螺纹卡槽14‑6,此时安装导管15与沉降磁环组件14连接;反向(顺时针)旋转,螺纹卡
齿15‑3旋出螺纹卡槽14‑6,此时安装导管15与沉降磁环组件14分离,实现安装导管15与沉
降磁环14的连接与分离,进而实现沉降磁环14的无损坏回收。
间不是紧密接触,所以钻杆正反旋转时,第二段不会传递力,因此第一段的螺纹连接不会脱
落。如图2所示,第一段的一端设置连接螺纹15‑1,连接螺纹15‑1与钻杆16的螺纹相配套;第
一段的另一端与第二段连接,第二段设有螺纹卡齿15‑3,磁环套7‑2的内壁设有螺纹卡槽
14‑6,螺纹卡齿15‑3与螺纹卡槽14‑6相适配,沉降磁环14与安装导管15的第二段螺纹连接。
壁,回收套口15‑2的下端为开口结构,回收套口15‑2的内壁为光滑凹形曲面,光滑凹形曲面
形成锚箍组件的收纳空间。
4不与回收套口15‑2的内壁接触,减小回收阻力,以实现装置的顺利回收。
致呈“β”形箍片14‑2的翻折端面相适配,光滑凹形波浪状曲面形成收纳空间。也就是说,箍
片14‑2的翻折端具有过渡设置的第一翻折端面和第二翻折端面,箍片本体的内表面、第二
翻折端面以及第一翻折端面依次过渡设置,第二翻折端面整体上呈凸形结构,凸形结构的
第二翻折端面位于箍片本体的内表面和第一翻折端面之间,防滑结构14‑4设置在第一翻折
端面上,防滑结构位于第一翻折端面的下部且占据第一翻折端面的1/2‑3/5面积,第一翻折
端面的上部、第二翻折端面为光滑曲面,当回收沉降磁环组件14时,凸形结构的光滑第二翻
折端面与回收套口15‑2的内壁光滑面接触,回收套口15‑2不接触防滑结构,减小了回收阻
力,以实现装置的顺利回收;连接线14‑5的一端连接在第二翻折端上,另一端连接在长壁锚
爪14‑1的长壁杆上,当连接线带动翻折端打开时,只需要小距离拉动就能使防滑结构与监
测孔的孔壁接触,提升安装位置精确性,保证装置的工作可靠性。
折端的第二翻折端面先进入回收套口15‑2的收纳空间内,与回收套口15‑2的光滑凹形波浪
状曲面接触,第一翻折端面不与回收套口15‑2的内壁面接触,并随着钻杆16的不断旋拧,沉
降磁环14继续沿第二段的螺纹卡齿15‑3移动,在光滑凹形波浪状曲面的限制下,第二翻折
端面在回收套口15‑2里向沉降磁环14的中心线收缩靠拢,进而带动连接线14‑5向上提拉长
壁锚爪14‑1的爪端,使长壁锚爪14‑1的爪端向箍片14‑2转动,脱离监测孔的孔壁,实现沉降
磁环14的回收。
14‑6的宽度为0.2mm,螺纹卡齿15‑3的宽度为0.1mm,使其不向上部传递扭力。
件在监测孔内下放至预设深度位置。
降磁环组件14下放至监测孔中,手动或者利用监测孔的孔口将锚箍组件呈收缩状态,也就
是说,沉降磁环组件14在下放过程中,长壁锚爪14‑1紧贴孔壁使弹性体14‑3处于压缩状态,
此时连接线14‑5处于松垮状态,如图4所示。
入岩石孔壁。
3使长壁锚爪14‑1处于向外张开状态,且长壁锚爪14‑1爪端磨尖,因此钻杆16提升过程中长
壁锚爪14‑1可稳定嵌入岩石孔壁;同时,长壁锚爪14‑1围绕销轴14‑7的向下转动带动了箍
片14‑2呈喇叭口状向四周翻折,随着箍片14‑2张开范围的扩大,端部的防滑结构14‑4与孔
壁接触,在防滑结构14‑4的摩擦作用下,箍片14‑2会进一步翻折,最终使沉降磁环上端箍定
在孔壁上,如图5所示。
定作用越大,最终使沉降磁环稳定的固定在孔壁上。
降磁环14的分离。按照此方法可对设计数量(如60个)的沉降磁环从下到上依次安装。
6。如图6所示,在旋进过程中,由于回收套口15‑2下端直径大、上端直径小的倒“Y”形结构设
计,箍片14‑2会进入回收套口15‑2,且随着钻杆15的进一步转动,箍片14‑2在回收套口15‑2
里向内翻折,进而带动连接线14‑5向上提拉长壁锚爪14‑1,使长壁锚爪14‑1向上转动脱离
孔壁,实现沉降磁环14的回收。按照此方法可从上至下依次对60个磁环进行无损坏回收。
互相增强,使沉降磁环稳固的固定在监测孔的孔壁上,增加离层动态发育监测的准确性;而
且完成监测后利用安装导管能够从钻孔中移出,收取过程操作方便,实现磁环的重复使用,
能够显著降低成本,具有显著的经济效益。另外,回收套口的内壁为光滑凹形波浪状曲面,
光滑凹形波浪状曲面与大致呈“β”形箍片的翻折端面相适配,光滑凹形波浪状曲面形成收
纳空间,当回收沉降磁环组件时,凸形结构的光滑第二翻折端面与回收套口的内壁光滑面
接触,回收套口不接触防滑结构,减小了回收阻力,以实现装置的顺利回收;此外,连接线的
一端连接在第二翻折端上,另一端连接在长壁锚爪的长壁杆上,当连接线带动翻折端打开
时,只需要小距离拉动就能使防滑结构与监测孔的孔壁接触,提升安装位置精确性,保证装
置的工作可靠性。
到离层发育深度Hs:
层发育区,监测孔的孔底至导水裂缝带顶界面之间留有一定厚度的地层,预留厚度的地层
为离层水防突保护层,离层水防突保护层的存在有效防止离层水从监测孔突涌进采煤工作
面。根据下式计算监测孔钻孔深度Hm:
0.06MPa/m。
界面、地层分界面的上、下位置安装沉降磁环,从而实现沉降磁环安装位置及安装数量设
计。
监测孔附近煤层覆岩会先发生水平为主的地层运动,再发生以竖直为主的地层运动。若监
测孔成孔后或沉降监测装置安装后,监测孔周围覆岩以水平运动为主,煤层开采导致的覆
岩水平运动会使监测孔出现错断,因而造成监测装置无法安装或监测孔内的沉降管损坏。
当监测孔成孔后,采煤工作面距监测孔小于一定距离时,煤层覆岩岩层以竖直运动为主,水
平运动量小,监测孔不会发生错断。
采煤工作面向前推进与监测孔钻进施工可以同时进行,根据煤层开采平均每日进尺、平均
每日钻探深度确定监测孔的开钻时机以及沉降磁环的安装时间。
为了不影响沉降监测,监测孔的开始钻进时间最晚在采煤工作面距监测孔的距离为D前;
采引起的地面沉降,进行煤矿地质灾害防治。
岩离层动态发育规律,在离层空间闭合前,即离层空间发育最大时,向其内部空间进行注浆
填充,能够有效防止离层水涌突及煤层开采引起地面沉降等煤矿地质灾害。
述。
磁感应铁圈7‑1、磁环套7‑2、上弹簧片固定爪7‑3和下弹簧片固定爪7‑4;限位环13由限位环
内环13‑1、限位环外环13‑2,内、外环由镂空式塑料板连接减少沉降磁环下放过程中的水阻
力。采用第二种分层沉降监测系统的步骤S4具体为:
监测孔的孔径,通过采用纸线捆绑上弹簧片固定爪7‑3和下弹簧片固定爪7‑4,防止其张开
后的抓壁力非常大导致沉降磁环下放失败,保证沉降磁环在监测孔内顺利下放至指定位
置。
磁环到达指定位置后,需要释放沉降磁环,通过拉动钢丝绳11使纸线12拉断,实现沉降磁环
弹簧片固定爪的快速释放。本实施例的一个可选实施方式,采用的钢丝绳11的直径为2mm,
如图14所示,钢丝绳11采用活索绳结打法,将纸线12穿进钢丝绳圈套结并拉紧钢丝绳11将
纸线12与钢丝绳11进行连接,具体包括如下步骤:第一步,将钢丝绳11围绕成一个圆环;第
二歩,将钢丝绳11的其中一股掏进此圆环内形成圈套结,纸线12在绑紧弹簧片固定爪的同
时穿进圈套结;第三步,拉紧钢丝绳11收紧圈套结完成连接。
结构,卷制前,沿卷制方向在麻纸上不同位置设置切口12‑1,切口12‑1的长度等于该层圆周
长度;示例性的,如图15所示,纸线12卷制完成后由内向外具有10层结构,最外层为第10层,
最内层位第1层,由内层到外侧的展开宽度依次增大(图15中未示出各层的展开宽度变化特
征)最外层的3‑5层不设置切口12‑1,也即第10层至第6层不设置切口12‑1,从第5层至第1
层,隔层设置切口12‑1,且切口12‑1不位于同一径向,分散布置。此结构设置,外层3‑5层不
设置切口12‑1,能够保证强度,当达到指定位置后,随着水浸泡,外层逐渐泡软,水渗透进入
内层切口12‑1处,加快浸泡,当钢丝绳11拉动时,更容易拉断。
拉钢丝绳11将纸线12拉断使沉降磁环上弹簧片固定爪7‑3和下弹簧片固定爪7‑4张开,抓实
监测孔孔壁,如图16所示。
于等于沉降磁环的环套的外径,并略小于监测孔的孔径,限位环的内环直径略大于沉降管
的外径,保证限位环可以穿进沉降管。
部安装锥形导头(即第60号沉降管),并使用防水胶进行密封。按照一个限位环对应一个沉
降磁环,将沉降磁环从下端穿过沉降管后,将沉降管按次序连接、密封并下放至监测孔。沉
降磁环全部下放到设计位置后,提拉细钢丝绳将各纸线拉断,使弹簧片固定爪张开,抓实监
测孔孔壁。
力。其中,注水量V1计算公式如下:
降管下放排水体积,m。
个沉降磁环位置进行测量作为初始位置,后期每次监测以沉降管孔口作为测量起始点。
缝区5及离层发育区4,如图8所示。煤层顶板平均埋深为720m,煤层层厚平均6.5m,根据已采
工作面及附近煤矿开采经验确定裂采比为21,因此导水裂缝区5发育高度为6.5×21=
136.5m,离层发育区深度为720‑136.5=583.5m。由于导水裂缝区5上的中、粗砂岩岩层2(硬
岩)与粉、细砂岩、泥岩岩层3(软岩)岩层组合的强度差异,煤层开采会在离层发育区4中的
软、硬岩岩层分界面形成离层空腔1。一方面,在负压作用下,覆岩含水层大量水资源向离层
空腔1积聚,当规模发育到一定程度就会发生瞬时性离层突水事故,威胁矿井工作面安全开
采。另一方面,覆岩离层空腔1的闭合会使地表下沉,形成沉降坑并积水,改变地表土壤环
境,威胁地表生态及建筑物稳定。因此在留设离层水防突保护层4‑3后,在离层发育区4中的
第四系风积沙4‑1下安装沉降磁环,确定沉降磁环安装范围4‑2。离层上覆含水层埋深430m,
承压1MPa,因此离层水防突保护层厚度至少为(430/100+1)/0.1=53m,考虑到导水裂缝区
上存在70m直罗组砂岩,阻水能力差,因此保护层全部在安定组泥岩中选取,此时沉降磁环
安装深度为583.5‑70‑53=460.5m。去除地表覆盖近90m厚第四系风积沙,则沉降磁环安装
范围为埋深90‑460.5m。
深460m。共设计沉降磁环60个,其埋深位置如表1所示,在白垩系(K1zh)与安定组(J2a)交界面
沉降磁环布设较为密集,以1‑2米为间隔,安定组内部(J2a)共布设沉降磁环5个,最深位置在
埋深456米左右;白垩系(K1zh)内部从下至上布设间隔逐渐增加,根据现场岩芯,局部岩层布
设监测磁环加密,间隔为3‑6米。
孔成孔后或沉降监测装置安装后,监测孔周围覆岩以水平运动为主,煤层开采导致的覆岩
水平运动会使监测孔出现错断,因而造成监测装置无法安装或监测孔内的沉降管损坏。当
监测孔成孔后,采煤工作面距监测孔小于一定距离时,煤层覆岩岩层以竖直运动为主,水平
运动量小,监测孔不会发生错断。如果监测孔钻进与采煤工作面向前推进同时进行,监测孔
达到预定钻进深度时,需保证此时当前采煤工作面的采煤设备工作点距监测孔距离L不超
过L1。考虑到监测孔钻进施工需要一定时间,为彻底避免煤层开采覆岩水平运动对沉降管
损坏,监测孔开始钻进时间最早在采煤工作面距监测孔的距离为L1+D后,且为了不影响沉
降监测,监测孔开始钻进时间最晚在采煤工作面距监测孔的距离为D前。地面沉降监测显示
营盘壕煤矿破断影响角为78°,煤层顶板埋深为720m,则破断影响距为720/tan78°=153m,
因此确定沉降磁环应在煤层工作面距监测孔153m时开始安装。进一步,监测孔孔深460m,若
煤层开采平均进尺为8m/d,钻机钻探深度为15m/d,则监测孔开始钻进施工时,采煤工作面
距监测点距离为153+8×460/15=398m,监测孔的最晚开钻时间在采煤工作面距监测点距
离为8×460/15=245m。
安装前各地层发生的微小沉降量为0m。截至2020年1月8日,累计监测时间为65天,此时采煤
工作面采过监测孔194m。通过对沉降磁环沉降量计算及分析,去除个别监测异常磁环后,发
现60个沉降磁环运动具有明显的分组特性,即编号1‑27、28‑40、41‑54、55‑60号等磁环下沉
量及运动趋势较为相同,对应各组地层埋深分别为91‑284m、284‑389m、389‑434m、434‑
460m。从上自下对岩层进行分组为第一、二、三、四组。由于60组数据繁多,无法在此全部列
出,下表2仅列出位于每组顶部及底部沉降磁环计算沉降量数据。
值1.422m,随后由于煤层开采的暂停,在较长时间内保持微小降低;2019年11月25日,由于
上部岩组发生大规模沉降,离层空腔转移到白垩系岩层内部形成离层2,埋深在389m,同时
离层1开始闭合。白垩系内部埋深389m离层2并没有达到离层1垂向发育高度,在2020年12月
31日达到最大值1.25m。随着采煤进尺继续推进,白垩系中部埋深284m岩组也发生大规模沉
降,因此该离层空腔继续向上部转移,于埋深284m附近产生离层3。由于沉降管的水平错动,
导致探头无法下放,离层3发育过程并没有完整监测,仅2020年1月3日左右监测到开始快速
发育。
效率。
大小提供有力依据,对煤炭的安全开采及地面注浆防沉具有重要意义。
环能够准确下放到预定设计深度,且提前了沉降监测开始时间,提高了监测装置利用效率。
纸线被拉断释放磁环,使弹簧片固定爪立刻张开,抓实孔壁,增加测量数据的准确性和可靠
性。
的保护范围,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含
在本申请的保护范围之内。