專利名稱：采煤工作面煤體擴容探測器及探測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采煤工作面煤體擴容探測器及探測方法，用于在工作面開采過程中直接對煤體擴容進行現(xiàn)場探測，以確定采煤工作面前方受采動應力影響造成煤體擴容膨脹的規(guī)律。
背景技術：
煤巖瓦斯動力災害是影響煤礦生產安全的重大問題，因此煤巖瓦斯動力災害的防治工作具有重要意義。采煤工作面前方煤體的擴容打破了煤體內瓦斯的吸附和解吸平衡，從而產生瓦斯壓力梯度急劇變化，易造成煤巖瓦斯動力災害；針對工作面煤層發(fā)生擴容的區(qū)域實施有效的煤層卸壓等技術措施，可以達到有效防治煤巖動力災害的目的；因此實現(xiàn)對采煤工作面前方煤體擴容現(xiàn)象的有效探測，是有效實施煤巖動力災害防治技術措施的重要前提條件，但目前尚沒有對工作面前方煤體的擴容現(xiàn)象進行探測的儀器和方法。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種采煤工作面煤體擴容探測器及探測方法，用于探測采煤工作面前方煤體隨工作面采動的體積變化規(guī)律，以判斷煤體是否發(fā)生體積增大的擴容現(xiàn)象。本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是:本發(fā)明采煤工作面煤體擴容探測器的結構特點是:以套筒結構設置大直徑鋼管和貫穿在大直徑鋼管中的小直徑鋼管，所述小直徑鋼管可以在大直徑鋼管中軸向移動；在所述大直徑鋼管和小直徑鋼管的前端呈傘狀分別設置有各鋼質彈片，撐漲在鉆孔中的各鋼質彈片是以棘爪的形式使大直徑鋼管和小直徑鋼管分別固定在相應位置上；在所述小直徑鋼管的尾部沿軸向設置用于測量大直徑鋼管和小直徑鋼管之間的軸向相對位移量的刻度線。本發(fā)明采煤工作面煤體擴容探測器的結構特點也在于:設置大直徑鋼管的直徑為40mm，小直徑鋼管的直徑為35mm ;所述大直徑鋼管前端各鋼質彈片張開的直徑為60mm，小直徑鋼管前端鋼質彈片張開的直徑為55mm。所述小直徑鋼管尾部刻度線的分度值為1mm，量程不小于500mm。本發(fā)明采煤工作面煤體擴容探測器的探測方法的特點是:a、在煤層上方布置一條探測巷道，在所述探測巷道內位于工作面煤壁的前方由探測巷道的底板向煤層中施工探測鉆孔，所述探測鉆孔與煤層垂直，并且所述探測鉆孔至少進入煤層中1.5m ；b、將采煤工作面煤體擴容探測器放入在探測鉆孔中，使小直徑鋼管的管前端達到探測鉆孔的孔底部，并使大直徑鋼管的管前端與小直徑鋼管的管前端相距不少于1.5m的距離；記錄此時采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度值LI ；C、隨著工作面的推進，實時觀測所述采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度變化，以所述采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度變化值獲得煤體中兩點的相對位移量，以所述相對位移量表征煤體擴容程度。與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:1、本發(fā)明能夠探測采煤工作面受采動應力影響造成的煤體擴容膨脹規(guī)律，實現(xiàn)了對采煤工作面前方煤體擴容現(xiàn)象的探測，為研究采煤工作面前方煤體擴容現(xiàn)象提供了探測方法；2、本發(fā)明探測器結構簡單，操作方便。


圖1為本發(fā)明探測器結構示意圖；圖2為本發(fā)明探測器前端示意圖；圖3為本發(fā)明探測方法示意圖；圖中標號:11大直徑鋼管；12小直徑鋼管；3a大徑管鋼質彈片；3b小徑管鋼質彈片；14刻度線；21探測巷道；22煤層；23鉆孔；24工作面煤壁；25采空區(qū)。
具體實施例方式參見圖1和圖2，本實施例中的采煤工作面煤體擴容探測器是采用套筒結構，設置大直徑鋼管11和貫穿在大直徑鋼管11中的小直徑鋼管12，小直徑鋼管12可以在大直徑鋼管11中軸向移動；在大直徑鋼管11的前端呈傘狀設置有各大徑管鋼質彈片3a，在小直徑鋼管12的前端呈傘狀設置有各小徑管鋼質彈片3b ;本實施例中是以四根鋼質彈片在鋼管前端外周均勻分布，撐漲在鉆孔中的各鋼質彈片是以棘爪的形式使大直徑鋼管11和小直徑鋼管12分別固定在相應位置上，不向后位移；在小直徑鋼管12的尾部沿軸向設置用于測量大直徑鋼管11和小直徑鋼管12之間的軸向相對位移量的刻度線14。具體實施中，可以設置大直徑鋼管11的直徑為40mm，各大徑管鋼質彈片3a在張開后，其各鋼質彈片前端所呈的圓平面的直徑為60mm ;小直徑鋼管12的直徑為35mm，各小徑管鋼質彈片3b在張開后，其各鋼質彈片前端所呈圓平面的直徑為55mm ;設置小直徑鋼管12尾部刻度線14的分度值為1mm，量程不小于500mm。當煤體發(fā)生體積增大的擴容現(xiàn)象時，小直徑鋼管12相對于大直徑鋼管11向鉆孔23的深部發(fā)生位移，位移量由刻度線14讀出，以此判斷煤體是否發(fā)生擴容。探測方法如圖3所示:首先，在煤層22的上方25m位置處布置一條探測巷道21，在探測巷道21內距工作面煤壁24的前方IOOm位置處由探測巷道21的底板向煤層22中施工探測鉆孔23，探測鉆孔23的直徑為45mm，探測鉆孔23與煤層22垂直，并且探測鉆孔23至少進入煤層22中
1.5m 深。然后，將采煤工作面煤體擴容探測器放入在探測鉆孔23中，使小直徑鋼管12的管前端達到探測鉆孔23的孔底部，并使大直徑鋼管11的管前端與小直徑鋼管12的管前端相距不少1.5m的距離；記錄此時煤體擴容探測儀的尾部刻度值LI。
隨著工作面的推進，實時觀測煤體擴容探測儀的尾部刻度變化，以煤體擴容探測儀的尾部刻度變化值表征煤體擴容程度。圖3中所示位于工作面煤壁24的后方的是采空區(qū)25。本實施例中，探測巷道21在工作面煤層上方的位置可根據(jù)具體現(xiàn)場條件進行適當調整；探測鉆孔23與工作面的距離，以保證足夠的觀測距離為原則，可根據(jù)具體現(xiàn)場條件進行適當調整。
權利要求
1.采煤工作面煤體擴容探測器，其特征是:以套筒結構設置大直徑鋼管(11)和貫穿在大直徑鋼管(11)中的小直徑鋼管(12)，所述小直徑鋼管(12)可以在大直徑鋼管(11)中軸向移動；在所述大直徑鋼管(11)和小直徑鋼管(12)的前端呈傘狀分別設置有各鋼質彈片，撐漲在鉆孔中的各鋼質彈片是以棘爪的形式使大直徑鋼管(11)和小直徑鋼管(12)分別固定在相應位置上；在所述小直徑鋼管(12)的尾部沿軸向設置用于測量大直徑鋼管(11)和小直徑鋼管(12)之間的軸向相對位移量的刻度線(14)； 所述采煤工作面煤體擴容探測器的探測方法是: a、在煤層(22)上方布置一條探測巷道(21)，在所述探測巷道(21)內位于工作面煤壁的前方由探測巷道(21)的底板向煤層(22)中施工探測鉆孔(23)，所述探測鉆孔(23)與煤層(22)垂直，并且所述探測鉆孔(23)至少進入煤層(22)中1.5m; b、將采煤工作面煤體擴容探測器放入在探測鉆孔(23)中，使小直徑鋼管(12)的管前端達到探測鉆孔(23)的孔底部，并使大直徑鋼管(11)的管前端與小直徑鋼管(12)的管前端相距不少于1.5m的距離；記錄此時采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度值LI ； C、隨著工作面的推進，實時觀測所述采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度變化，以所述采煤工作面煤體擴容探測器的尾部刻度變化值獲得煤體中兩點的相對位移量，以所述相對位移量表征煤體擴容程度。
2.根據(jù)權利要求1所述的采煤工作面煤體擴容探測器，其特征是設置大直徑鋼管(11)的直徑為40mm，小直徑鋼管(12)的直徑為35mm ;所述大直徑鋼管(11)前端各鋼質彈片張開的直徑為60mm，小直徑鋼管(12)前端鋼質彈片張開的直徑為55mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的采煤工作面煤體擴容探測器，其特征是所述小直徑鋼管(12)尾部刻度線(14)的分度值為1mm，量程不小于500mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采煤工作面煤體擴容探測器及探測方法，其特征是以套筒結構設置大直徑鋼管和貫穿在大直徑鋼管中的小直徑鋼管，小直徑鋼管可以在大直徑鋼管中軸向移動；在大直徑鋼管和小直徑鋼管的前端呈傘狀分別設置有各鋼質彈片，撐漲在鉆孔中的各鋼質彈片是以棘爪的形式使大直徑鋼管和小直徑鋼管分別固定在相應位置上；在小直徑鋼管的尾部沿軸向設置用于測量大直徑鋼管和小直徑鋼管之間的軸向相對位移量的刻度線。本發(fā)明用于探測采煤工作面受采動應力影響造成的煤體擴容膨脹，為研究采煤工作面煤體擴容現(xiàn)象提供了有效的探測方法。
文檔編號G01B5/02GK103207418SQ20131012742
公開日2013年7月17日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權日2012年2月10日
發(fā)明者謝廣祥 申請人:安徽理工大學