專利名稱：煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種觀測系統(tǒng)，特別涉及一種煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)， 用于觀測煤層采空區(qū)的裂隙帶的發(fā)育高度和裂隙發(fā)育程度。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的煤層采空區(qū)裂隙帶的觀測方法是地面鉆孔簡易水文觀測法，需要在地面上 位于采空區(qū)回風(fēng)巷或機巷兩側(cè)一定的范圍內(nèi)，以采空區(qū)一側(cè)為主施工數(shù)個鉆孔，通過鉆進 過程中沖洗液消耗量的變化，確定采空區(qū)裂隙帶和冒落帶的高度和分布形態(tài)，但是，一旦煤 層埋深較深，不但鉆探工作量較大，施工成本高、地面施工鉆孔對生態(tài)環(huán)境影響大等而且觀 測的精度也難以控制。為了提高觀測的高度、節(jié)約工程量、降低施工成本，采用井下仰孔分 段注水觀測的方法對煤層采空區(qū)裂隙帶和冒落帶進行觀測，該方法的具體做法是在煤礦井 下采煤工作面周圍選擇合適的觀測場所，例如可在相鄰工作面的區(qū)段平巷或所測工作面的 停采線或開切眼以外的巷道中開掘鉆場，向采空區(qū)上方打仰斜鉆孔，鉆孔避開冒落帶且斜 穿裂隙帶，達到預(yù)計的裂隙帶頂界以上的一定高度。然后通過向鉆孔中注水，測定鉆孔各段 水的漏失流量，以各段水的漏失流量來了解巖石的破裂松動情況，從而確定裂隙帶的上界 高度。但是，目前用于向鉆孔內(nèi)注水的設(shè)備效率低下，且不能準確測定鉆孔各段的水的漏失 流量，使得這種井下仰孔分段注水觀測方法不能全面展現(xiàn)其優(yōu)越性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種煤層采空區(qū)裂隙帶 注水觀測系統(tǒng)。本實用新型提高了井下仰孔分段注水觀測方法的效率，并能準確測定鉆孔 各段的水的漏失流量，且其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、生產(chǎn)成本低，便于推廣使用。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系 統(tǒng)，其特征在于包括探管、充氣控制系統(tǒng)和注水控制系統(tǒng)；所述探管包括兩個充氣膠囊、通過連接塊安裝在所述兩個充氣膠囊之間的注水 管、輸氣管道和輸水管道，所述注水管上開有多個注水孔，所述輸氣管道和輸水管道分別布 設(shè)在充氣膠囊和注水管內(nèi)部，所述輸水管道上位于注水管的部分開有進水孔，所述輸氣管 道上位于充氣膠囊的部分開有充氣孔；所述充氣控制系統(tǒng)包括高壓氣源和與高壓氣源連接的主輸氣管道，所述主輸氣管 道上安裝有進氣閥，所述進氣閥的一側(cè)安裝有氣體調(diào)壓閥，所述氣體調(diào)壓閥上連接有壓力 表一，所述進氣閥的另一側(cè)安裝有放氣閥，所述放氣閥上連接有壓力表二，所述主輸氣管道 與輸氣管道連接；所述注水控制系統(tǒng)包括高壓水源和與高壓水源連接的主輸水管道，所述主輸水管 道上安裝有進水閥，所述進水閥的一側(cè)安裝有水壓調(diào)節(jié)閥，所述水壓調(diào)節(jié)閥上連接有壓力 表三，所述進水閥的另一側(cè)安裝有流量表，所述流量表遠離進水閥的一側(cè)連接有放水閥，所 述主輸水管道與輸水管道連接。[0008]上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述主輸氣管道安裝在位于巷道內(nèi)的機 架一上，所述主輸水管道安裝在位于巷道內(nèi)的機架二上。上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述輸氣管道與充氣膠囊和注水管的連 接處分均安裝有密封圈一，所述輸水管道與充氣膠囊和注水管的連接處均安裝有密封圈
--ο上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述注水孔為錐形且注水孔的大口位于 注水管的內(nèi)側(cè)壁。上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述注水管上的注水孔的數(shù)量沿輸水管 道內(nèi)水的流經(jīng)方向依次增多。上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述注水孔的側(cè)壁上活動連接有單向?qū)?流葉片。上述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，所述充氣膠囊的外表面為不規(guī)則凸起。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點采用本實用新型煤層采空區(qū)裂隙帶注 水觀測系統(tǒng)提高了井下仰孔分段注水觀測方法的工作效率，縮短了觀測的時間，且能準確 測出目標測段的裂隙帶和冒落帶的水的漏水流量，從而可以準確判斷目標測段的裂隙帶和 冒落帶的發(fā)育程度，為煤層的安全開采提供準確的技術(shù)參數(shù)，且本實用新型使用方便，操作 簡單，有很大的實用價值。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的探管的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型的注水管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型的輸水管道和輸氣管道與注水管和充氣膠囊的連接示意圖。圖5為本實用新型的注水孔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實用新型的充氣膠囊外表面的不規(guī)則凸起的示意圖。附圖標記說明1-探管；11-充氣膠囊；110-不規(guī)則凸起；[0024]12-連接塊；121-密封圈一；122-密封圈二 ；[0025]13-注水管；131-注水孔；132-單向?qū)Я魅~片[0026]2-充氣控制系統(tǒng)；20-高壓氣源；21-氣體調(diào)壓閥；[0027]22-壓力表一；23-主輸氣管道；24-進氣閥；[0028]25-壓力表二；26-放氣閥；27-機架一；[0029]3-注水控制系統(tǒng)；30-高壓水源；31-水壓調(diào)節(jié)閥；[0030]32-壓力表三；33-主輸水管道；34-進水閥；[0031]35-流量表；36-放水閥；37-機架二 ；[0032]4-鉆孔；5-輸水管道；51-進水孔；[0033]6-輸氣管道；61-充氣孔；7-巷道。
具體實施方式
如圖1所示的一種煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，包括探管1、充氣控制系統(tǒng)2 和注水控制系統(tǒng)3，所述探管1 (如圖2所示)，包括兩個充氣膠囊11、通過連接塊12安裝在 所述兩個充氣膠囊11之間的注水管13、輸氣管道6和輸水管道5，所述探管1安裝在鉆孔4 中，且充氣膠囊11充氣后與鉆孔4的壁緊密接觸，實現(xiàn)對充氣膠囊11之間的注水管13的 兩端的良好密封，使得從注水管13中流出的水不會沿鉆孔4的方向流出，所述注水管13上 開有多個注水孔131 (如圖3所示)，所述注水孔131的水從注水管13流出并流入到目標測 段的裂隙帶和冒落帶，用于測量裂隙帶和冒落帶內(nèi)水的漏失流量，所述輸氣管道6和輸水 管道5分別布設(shè)在充氣膠囊11和注水管13內(nèi)部，所述輸水管道5上位于注水管13的部分 開有進水孔51，所述輸氣管道6上位于充氣膠囊11的部分開有充氣孔61，輸氣管道6通過 充氣孔61向充氣膠囊11充氣，使充氣膠囊11膨脹，從而實現(xiàn)充氣膠囊11對注水管13兩 端的良好密封，所述輸水管道5通過進水孔51向注水管13注入水；該探管1在使用時，能 夠使輸氣管道6快速通過充氣孔61進入充氣膠囊11，充氣膠囊11在氣體的作用下迅速膨 脹，所述輸水管道5能快速的對注水管13進行充水，注水管13能快速通過注水孔131向目 標測段的裂隙帶和冒落帶進行注水，且輸水效率非常高。所述充氣控制系統(tǒng)2包括高壓氣源20和與高壓氣源20連接的主輸氣管道23，所 述主輸氣管道23上安裝有進氣閥24，進氣閥24可以對進氣量靈活控制，所述進氣閥24的 一側(cè)安裝有氣體調(diào)壓閥21，所述氣體調(diào)壓閥21上連接有壓力表一 22，氣體調(diào)壓閥21可以 靈活調(diào)節(jié)氣體的壓力，壓力表一 22用于顯示壓力值以方便氣體調(diào)壓閥21對氣體壓力的調(diào) 節(jié)，所述進氣閥24的另一側(cè)安裝有放氣閥26，所述放氣閥26上連接有壓力表二 25，放氣閥 26用于對輸氣管道6輸入的氣體量的控制，所述主輸氣管道23與輸氣管道6連接；所述注水控制系統(tǒng)3包括高壓水源30和與高壓水源30連接的主輸水管道33，所 述主輸水管道33上安裝有進水閥34，進水閥34可以對進水量靈活控制，所述進水閥34的 一側(cè)安裝有水壓調(diào)節(jié)閥31，所述水壓調(diào)節(jié)閥31上連接有壓力表三32，水壓調(diào)節(jié)閥31可以 靈活調(diào)節(jié)氣體的壓力，壓力表三32用于顯示壓力值以方便水壓調(diào)節(jié)閥31對水壓的調(diào)節(jié)，所 述進水閥34的另一側(cè)安裝有流量表35，所述流量表35可直觀的顯示輸入到輸水管道5內(nèi) 的水的流量，也即是注水管13滲入到裂隙帶和冒落帶的水的漏失流量，所述流量表35遠離 進水閥34的一側(cè)連接有放水閥36，放水閥36用于向輸水管道5輸入的水量的控制，所述主 輸水管道33與輸水管道5連接。使用時，充氣控制系統(tǒng)2先通過主輸氣管道23和輸氣管 道6向充氣膠囊11充氣，充氣膠囊11膨脹后與鉆孔4的內(nèi)壁緊密接觸，充氣膠囊11對即 將要輸入水的注水管13密封，然后關(guān)閉充氣控制系統(tǒng)2上的進氣閥24和放氣閥26，終止對 已經(jīng)充滿氣體的充氣膠囊11供氣，接下來，開啟注水控制系統(tǒng)3，通過主輸水管道33和輸水 管道5向注水管13內(nèi)注水，水從注水管13上的注水孔131流向目標測段的裂隙帶和冒落 帶，通過流量表35觀測流向注水管13的水量，這個水量即是流入到目標測段的裂隙帶和冒 落帶的漏失流量，通過漏失流量的大小來判斷目標測段的裂隙帶和冒落帶的發(fā)育程度。該 觀測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠快速、準確的測出水在目標測段的裂隙帶和冒落帶中 的漏失流量，極大的方便了人們對裂隙帶和冒落帶發(fā)育程度的觀測，從而進一步指導(dǎo)對煤 層的安全開采。所述主輸氣管道23安裝在位于巷道7內(nèi)的機架一 27上，所述主輸水管道33安裝在位于巷道7內(nèi)的機架二 37上。機架一 27和機架二 37的設(shè)置使得充氣控制系統(tǒng)2和注 水控制系統(tǒng)3能夠穩(wěn)固。如圖4所示，所述輸氣管道6與充氣膠囊11和注水管13的連接處均安裝有密封 圈一 121，所述輸水管道5與充氣膠囊11和注水管13的連接處均安裝有密封圈二 122。密 封圈一 121的設(shè)置可使輸氣管道6與充氣膠囊11和注水管13的連接處能夠良好的密封， 密封圈二 122的設(shè)置可使得輸水管道5與充氣膠囊11和注水管13的連接處能夠良好的密 封。所述注水孔131為錐形且注水孔131的大口位于注水管13的內(nèi)側(cè)壁。注水孔131 采用這種錐形設(shè)計(如圖5所示)，使得注水孔131的流速增大，使注水管131內(nèi)的水能快 速的流入到裂隙帶和冒落帶內(nèi)，大大縮短了測試時間，提高了觀測的效率。所述注水管13上的注水孔131的數(shù)量沿輸水管道5內(nèi)水的流經(jīng)方向依次增多。由 于是采用井下仰孔分段注水觀測的方法，鉆孔4是沿某一仰角向上延伸的，當(dāng)注水管13向 裂隙帶和冒落帶注水時，位于注水管13上端的的注水孔131較多，從注水管13上端向其下 端，所述注水孔131的數(shù)量依次減少，采用這種方式設(shè)置主要是基于當(dāng)注水管13上端的注 水孔131向裂隙帶和冒落帶注水時，一部分水量會在重力的作用下向下流動，從而使得注 水管13下端的注水量有所減少，這樣可以使得出的漏水流量更加準確的反映出目標側(cè)段 的裂隙帶和冒落帶的發(fā)育程度。所述注水孔131的側(cè)壁上活動連接有單向?qū)Я魅~片132。如圖5所示，所述單向?qū)?流葉片132可以實現(xiàn)從注水管13向目標測段的裂隙帶和冒落帶的單向注水。因為裂隙帶 和冒落帶的注水達到飽和時，停止向注水管13內(nèi)注水，將要撤出鉆孔4中目標側(cè)段的探管1 時，注水管13內(nèi)的一部分水會從輸水管道5回流，從而造成注水管13內(nèi)的水壓減小，而含 水量飽和裂隙帶和冒落帶內(nèi)的一部分水會從注水孔131倒流入注水孔131，但是，從裂隙帶 和冒落帶流入的水中含有大量的礦物質(zhì)和其它雜質(zhì)，將會造成對注水管13的堵塞和腐蝕， 采用單向?qū)Я魅~片132且這種單向?qū)Я魅~片132與注水孔131的側(cè)壁是活動連接，當(dāng)水從 注水管13經(jīng)注水孔131流向目標測段裂隙帶和冒落帶的時候，單向?qū)Я魅~片132在水的沖 力下打開；當(dāng)裂隙帶和冒落帶內(nèi)的一部分飽和水流入注水孔131時，單向?qū)Я魅~片132在水 的沖力下關(guān)閉，從而阻止裂隙帶和冒落帶內(nèi)的一部分飽和水進入注水管13，避免了裂隙帶 和冒落帶中含有大量礦物質(zhì)和其它雜質(zhì)的一部分飽和水對注水管13的堵塞和腐蝕。所述充氣膠囊11的外表面為不規(guī)則凸起110。如圖6所示，由于鉆孔4的內(nèi)壁凹 凸不平，將充氣膠囊11的外表面設(shè)置為不規(guī)則凸起110，能使充氣膠囊11和鉆孔4達到良 好的密封。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍 屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于包括探管(1)、充氣控制系統(tǒng)(2)和注水控制系統(tǒng)(3)；所述探管(1)包括兩個充氣膠囊(11)、通過連接塊(12)安裝在所述兩個充氣膠囊(11)之間的注水管(13)、輸氣管道(6)和輸水管道(5)，所述注水管(13)上開有多個注水孔(131)，所述輸氣管道(6)和輸水管道(5)分別布設(shè)在充氣膠囊(11)和注水管(13)內(nèi)部，所述輸水管道(5)上位于注水管(13)的部分開有進水孔(51)，所述輸氣管道(6)上位于充氣膠囊(11)的部分開有充氣孔(61)；所述充氣控制系統(tǒng)(2)包括高壓氣源(20)和與高壓氣源(20)連接的主輸氣管道(23)，所述主輸氣管道(23)上安裝有進氣閥(24)，所述進氣閥(24)的一側(cè)安裝有氣體調(diào)壓閥(21)，所述氣體調(diào)壓閥(21)上連接有壓力表一(22)，所述進氣閥(24)的另一側(cè)安裝有放氣閥(26)，所述放氣閥(26)上連接有壓力表二(25)，所述主輸氣管道(23)與輸氣管道(5)連接；所述注水控制系統(tǒng)(3)包括高壓水源(30)和與高壓水源(30)連接的主輸水管道(33)，所述主輸水管道(33)上安裝有進水閥(34)，所述進水閥(34)的一側(cè)安裝有水壓調(diào)節(jié)閥(31)，所述水壓調(diào)節(jié)閥(31)上連接有壓力表三(32)，所述進水閥(34)的另一側(cè)安裝有流量表(35)，所述流量表(35)遠離進水閥(34)的一側(cè)連接有放水閥(36)，所述主輸水管道(33)與輸水管道(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述主輸氣 管道(23)安裝在位于巷道(7)內(nèi)的機架一(27)上，所述主輸水管道(33)安裝在位于巷道 (7)內(nèi)的機架二 (37)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述輸氣管 道(6)與充氣膠囊(11)和注水管(13)的連接處分均安裝有密封圈一(121)，所述輸水管道 (5)與充氣膠囊(11)和注水管(13)的連接處均安裝有密封圈二(122)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述注水孔 (131)為錐形且注水孔(131)的大口位于注水管(13)的內(nèi)側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述注水管 (13)上的注水孔(131)的數(shù)量沿輸水管道(5)內(nèi)水的流經(jīng)方向依次增多。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述注水孔 (131)的側(cè)壁上活動連接有單向?qū)Я魅~片(132)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，其特征在于所述充氣膠 囊(11)的外表面為不規(guī)則凸起(110)。
專利摘要本實用新型公開了一種煤層采空區(qū)裂隙帶注水觀測系統(tǒng)，包括探管、充氣控制系統(tǒng)和注水控制系統(tǒng)；探管包括兩個充氣膠囊、通過連接塊安裝在兩個充氣膠囊之間的注水管、輸氣管道和輸水管道，注水管上開有多個注水孔，輸氣管道和輸水管道分別布設(shè)在充氣膠囊和注水管內(nèi)部，輸水管道上位于注水管的部分開有進水孔，輸氣管道上位于充氣膠囊的部分開有充氣孔；充氣控制系統(tǒng)包括高壓氣源和與高壓氣源連接的主輸氣管道，主輸氣管道與輸氣管道連接；注水控制系統(tǒng)包括高壓水源和與高壓水源連接的主輸水管道，主輸水管道與輸水管道連接。本實用新型提高了井下仰孔分段注水觀測方法的效率，可準確測出鉆孔各段水的漏失流量，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
文檔編號E21C39/00GK201696048SQ20102024891
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者張曉團, 王雙明, 范立民, 蔣澤泉 申請人:陜西省煤炭地質(zhì)測量技術(shù)中心