本實(shí)用新型屬于滲透率變化探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤層開(kāi)采前后覆巖地層中松散層受采動(dòng)影響下的滲透率變化探測(cè)設(shè)備，特別是一種淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：
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中國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)形勢(shì)自2012年以來(lái)持續(xù)低迷，目前煤炭?jī)r(jià)格已經(jīng)低于某些地區(qū)的煤炭生產(chǎn)成本，特別是傳統(tǒng)的煤炭產(chǎn)區(qū)—華北型煤田，華北型煤田由于開(kāi)采煤層較深，煤炭在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的不安全因素較多，例如水害、瓦斯災(zāi)害、頂板災(zāi)害等。西北地區(qū)由于煤層賦存的地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，煤炭開(kāi)采成本相對(duì)較低，煤炭開(kāi)采過(guò)程中涉及的不安全因素的危險(xiǎn)程度相對(duì)較低，因此西北已成為我國(guó)煤炭能源最主要的基地。由于西北煤田能源基地的煤層主要為侏羅系煤層，埋深較淺，煤層在開(kāi)采過(guò)程中涉及的主要問(wèn)題是第四系含水層的水害防治問(wèn)題、第四系含水層保護(hù)問(wèn)題。其中的第四系松散含水層水害已成為威脅煤層開(kāi)采的主要防治水問(wèn)題，而干旱地區(qū)的保水采煤已成為西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重中之重。

目前，對(duì)于松散層水害的防治主要涉及兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是大氣降水的滲入，其作為含水層水的補(bǔ)給問(wèn)題；另一個(gè)是煤層開(kāi)采后第四系地層經(jīng)過(guò)變形、運(yùn)動(dòng)并重新穩(wěn)定后的滲透性變化情況。這兩者都涉及前面所述的防治水及保水采煤?jiǎn)栴}。對(duì)于大氣降水的入滲研究，可以對(duì)礦井涌水量的預(yù)計(jì)提供關(guān)鍵性的參數(shù)，同時(shí)也可以獲得第四系含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，用以第四系含水層的富水性評(píng)價(jià)等；對(duì)于第四系含水層的保水采煤?jiǎn)栴}，通過(guò)連續(xù)探測(cè)第四系松散含水層滲透性的變化，用以評(píng)價(jià)松散層中隔水層的隔水性能是否具有自我修復(fù)功能，或用探測(cè)結(jié)果表明煤層采動(dòng)是否影響至該層位。因此對(duì)松散層滲透性的變化探測(cè)是非常重要的，探測(cè)成果亦是非常有意義的。

當(dāng)前還未見(jiàn)有針對(duì)松散含水層的滲透性的研究報(bào)道，特別是在淺埋深煤層開(kāi)采過(guò)程中覆巖松散含水層的滲透性探測(cè)方面未見(jiàn)有相應(yīng)的研究?jī)?nèi)容。因此迫切需要開(kāi)發(fā)一種創(chuàng)新性淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置，用以對(duì)淺埋深煤層礦區(qū)第四系松散含水層的滲透性變化探測(cè)及研究工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置，用以對(duì)淺埋深煤層礦區(qū)第四系松散含水層的滲透性變化探測(cè)及研究工作。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)包括硬質(zhì)塑料探頭外殼、金屬探針、多芯集成傳輸管、卸載推動(dòng)器、加載推動(dòng)器、硬質(zhì)塑料探針裝載板、加載動(dòng)力傳輸管、卸載動(dòng)力連接管、多芯電纜、支架、密封殼體、探針孔、多芯電纜接頭、密封板和密封板滑軌；密封殼體內(nèi)側(cè)設(shè)置有硬質(zhì)塑料探頭外殼，用于保護(hù)金屬探針，PVC材料制成的圓柱狀結(jié)構(gòu)的密封殼體側(cè)壁上均勻設(shè)有十七個(gè)探針孔，探針孔內(nèi)設(shè)置有一層高彈橡膠，使金屬探針在穿過(guò)探針孔后具有密封性能，避免松散層水進(jìn)入密封殼體內(nèi)；密封殼體頂部留設(shè)密封板和密封板滑軌，用以在金屬探針加載及卸載過(guò)程中保持密封性，密封板滑軌上設(shè)置有密封膠墊，多芯傳輸管道固定在密封板滑軌上，密封殼體的長(zhǎng)度為2m，壁厚為5mm，直徑為70mm；密封殼體內(nèi)部側(cè)壁上均勻設(shè)置有三組與探針孔位置相對(duì)的加載推動(dòng)器，加載推動(dòng)器的頂部固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板上，用以加載時(shí)推動(dòng)金屬探針進(jìn)入探測(cè)目標(biāo)層內(nèi)，三組加載推動(dòng)器之間由加載動(dòng)力傳輸管聯(lián)通，并使用打氣裝置進(jìn)行推動(dòng)；密封殼體的尾部和頂部分別設(shè)有一組卸載推動(dòng)器，卸載推動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)與加載推動(dòng)器一致，兩組卸載推動(dòng)器通過(guò)卸載動(dòng)力連接管聯(lián)通，卸載動(dòng)力連接管安裝在長(zhǎng)度為50米的多芯集成傳輸管內(nèi)；鋼質(zhì)材料的金屬探針固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板上，金屬探針的長(zhǎng)度為40mm，直徑為2mm，相鄰兩個(gè)金屬探針的間距為10mm，金屬探針的個(gè)數(shù)與探針孔一致；每個(gè)金屬探針單獨(dú)連接的導(dǎo)線匯集在多芯電纜內(nèi)，并與卸載動(dòng)力連接管、加載動(dòng)力傳輸管一塊集成于多芯集成傳輸管，卸載推動(dòng)器的收縮位置與金屬探針中部對(duì)齊位置處以及加載推動(dòng)器的收縮位置處均安裝支架；多芯集成傳輸管的末端設(shè)置有多芯電纜接頭，多芯電纜接頭與外部的多功能激電儀連接，用于進(jìn)行直流電阻率數(shù)據(jù)的采集。

本實(shí)用新型所述加載推動(dòng)器為千斤頂式推動(dòng)裝置，打氣裝置采用打氣筒，由于金屬探針直徑僅為2mm，因此在小型推動(dòng)器的推動(dòng)作用下可以輕松進(jìn)入松散層中，加載推動(dòng)器的直徑為35mm，收縮長(zhǎng)度為20mm，加載長(zhǎng)度為50mm。

本實(shí)用新型所述密封殼體呈圓柱狀，采用PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)材料制成，減少由于探測(cè)裝置的導(dǎo)電性影響對(duì)松散層的探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。

本實(shí)用新型所述多芯集成傳輸管由17芯電纜和兩個(gè)直徑為5mm軟管組成，17芯電纜為采集數(shù)據(jù)傳輸線，兩軟管為加載推動(dòng)器及卸載推動(dòng)器的動(dòng)力傳輸管路，多芯集成傳輸管外壁自殼體頂段開(kāi)始設(shè)有長(zhǎng)度標(biāo)尺用以測(cè)量探測(cè)深度。

本實(shí)用新型加載推動(dòng)器使用時(shí)，卸載推動(dòng)器的管道處于開(kāi)啟狀態(tài)，其中一個(gè)處于加壓狀態(tài)一個(gè)處于常壓狀態(tài)，推動(dòng)金屬探針從密封殼體內(nèi)推出并進(jìn)入松散層內(nèi)，以便測(cè)量。

本實(shí)用新型所述卸載推動(dòng)器的動(dòng)力源為氣，測(cè)量完畢后采用打氣筒對(duì)其進(jìn)行卸載推動(dòng)，卸載推動(dòng)器使用時(shí)，加載推動(dòng)器的管道處于開(kāi)啟狀態(tài)，這時(shí)加載推進(jìn)器處于加壓狀態(tài)，卸載推進(jìn)器處于常壓狀態(tài)，推動(dòng)金屬探針從松散層中拔出并收回密封殼體內(nèi)。

本實(shí)用新型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工操作時(shí)，先將淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置放置于已經(jīng)施工完成的探測(cè)孔內(nèi)，按照多芯集成傳輸管上所標(biāo)注的標(biāo)尺，下放至預(yù)設(shè)深度，然后對(duì)加載推動(dòng)器連接管進(jìn)行氣壓推動(dòng)，使金屬探針進(jìn)入探測(cè)目標(biāo)層，然后連接多芯電纜接頭至多功能激電儀器，使用三極MNB觀測(cè)裝置對(duì)探測(cè)目標(biāo)層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后對(duì)卸載推動(dòng)器連接管進(jìn)行氣壓推動(dòng)，使金屬探針從探測(cè)目標(biāo)層中拔出并收回至密封殼體內(nèi)，然后進(jìn)行下一目標(biāo)層的探測(cè)工作，重復(fù)以上過(guò)程完成對(duì)探測(cè)孔全段的探測(cè)工作，具體過(guò)程為：

(1)根據(jù)探測(cè)目標(biāo)層的埋深和厚度，預(yù)先設(shè)計(jì)起始探測(cè)深度，記錄起始位置用于放置淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置使用，探測(cè)孔徑設(shè)置為75mm，在孔口2m內(nèi)設(shè)置鉆孔套管以防塌孔，套管長(zhǎng)度2.1m并高處地面0.1m以防異物掉入探測(cè)孔內(nèi)；

(2)鉆孔施工完畢后使用淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置進(jìn)行探測(cè)，先檢查加載推動(dòng)器和卸載推動(dòng)器是否正常工作，管路是否漏氣，多芯集成傳輸管中的多芯電纜是否存在斷路，檢查完畢后將淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置放入鉆孔內(nèi)，并對(duì)照多芯集成傳輸管上的長(zhǎng)度標(biāo)尺放入起始位置；

(3)利用打氣裝置對(duì)加載推動(dòng)器傳輸管道進(jìn)行充氣，觀察壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時(shí)，金屬探針進(jìn)入待測(cè)目標(biāo)層內(nèi)，此時(shí)撤離打氣裝置使氣壓降低至0MPa，將多芯電纜接頭接入多功能激電儀，使用現(xiàn)有三極觀測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)；

(4)數(shù)據(jù)采集完畢后對(duì)卸載推動(dòng)器管道進(jìn)行充氣，觀測(cè)壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時(shí)，金屬探針從待測(cè)目標(biāo)層內(nèi)拔出并進(jìn)入至密封殼體內(nèi)，此時(shí)撤離打氣裝置使氣壓降低至0MPa，該測(cè)量段測(cè)量完畢后下放2m進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，在下一測(cè)量段，重復(fù)上面過(guò)程即可；若測(cè)量過(guò)程中，由于待測(cè)目標(biāo)層致密導(dǎo)致金屬探針無(wú)法收回至密封殼體內(nèi)時(shí)，則重復(fù)對(duì)加載推動(dòng)器傳輸管道和卸載推動(dòng)器管道進(jìn)行充氣，使金屬探針在待測(cè)目標(biāo)層中松動(dòng)后再次對(duì)卸載推動(dòng)器管道充氣收回至密封殼體內(nèi)。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)計(jì)合理，輕便易攜帶，探測(cè)結(jié)果穩(wěn)定準(zhǔn)確，使用時(shí)，將測(cè)量裝置放入已施工完成的探測(cè)孔內(nèi)，根據(jù)管線外側(cè)標(biāo)尺數(shù)值，放置于預(yù)定的探測(cè)深度，然后對(duì)加載推動(dòng)器管道進(jìn)行充氣使得探針接觸松散層并開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)使用多功能激電儀器，測(cè)量方法使用三極觀測(cè)系統(tǒng)；該測(cè)量段探測(cè)結(jié)束后對(duì)卸載推動(dòng)器管道進(jìn)行充氣使探針收回至殼體內(nèi)，重復(fù)以上過(guò)程，直至全段測(cè)量結(jié)束。

附圖說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)加載探針原理示意圖。

圖3為本實(shí)用新型所述加載、卸載推動(dòng)器剖面圖。

圖4為本實(shí)用新型所述多芯集成電纜與探針剖面圖。

圖5為本實(shí)用新型所述密封殼體頂部密封板結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式：

下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例：

本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括硬質(zhì)塑料探頭外殼101、金屬探針102、多芯集成傳輸管103、卸載推動(dòng)器104、加載推動(dòng)器105、硬質(zhì)塑料探針裝載板106、加載動(dòng)力傳輸管107、卸載動(dòng)力連接管108、多芯電纜109、支架111、密封殼體114、探針孔112、多芯電纜接頭113、密封板201和密封板滑軌202；密封殼體114內(nèi)側(cè)設(shè)置有硬質(zhì)塑料探頭外殼101，用于保護(hù)金屬探針102，PVC材料制成的圓柱狀結(jié)構(gòu)的密封殼體114側(cè)壁上均勻設(shè)有十七個(gè)探針孔112，探針孔112內(nèi)設(shè)置有一層高彈橡膠，使金屬探針102在穿過(guò)探針孔112后具有密封性能，避免松散層水進(jìn)入密封殼體114內(nèi)；密封殼體114頂部留設(shè)密封板201和密封板滑軌202，用以在金屬探針102加載及卸載過(guò)程中保持密封性，密封板滑軌202上設(shè)置有密封膠墊，多芯傳輸管道103固定在密封板滑軌202上，密封殼體114的長(zhǎng)度為2m，壁厚為5mm，直徑為70mm；密封殼體114內(nèi)部側(cè)壁上均勻設(shè)置有三組與探針孔112位置相對(duì)的加載推動(dòng)器105，加載推動(dòng)器105的頂部固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板106上，用以加載時(shí)推動(dòng)金屬探針102進(jìn)入探測(cè)目標(biāo)層內(nèi)，三組加載推動(dòng)器105之間由加載動(dòng)力傳輸管107聯(lián)通，并使用氣動(dòng)源進(jìn)行推動(dòng)；密封殼體114的尾部和頂部分別設(shè)有一組卸載推動(dòng)器104，卸載推動(dòng)器104的結(jié)構(gòu)和參數(shù)與加載推動(dòng)器105一致，兩組卸載推動(dòng)器104通過(guò)卸載動(dòng)力連接管108聯(lián)通，卸載動(dòng)力連接管108安裝在長(zhǎng)度為50米的多芯集成傳輸管103內(nèi)；鋼質(zhì)材料的金屬探針102固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板106上，金屬探針102的長(zhǎng)度為40mm，直徑為2mm，相鄰兩個(gè)金屬探針102的間距為10mm，金屬探針102的個(gè)數(shù)與探針孔112一致；每個(gè)金屬探針102單獨(dú)連接的導(dǎo)線匯集在多芯電纜109內(nèi)，并與卸載動(dòng)力連接管108、加載動(dòng)力傳輸管107一塊集成于多芯集成傳輸管103，卸載推動(dòng)器104的收縮位置與金屬探針102中部對(duì)齊位置處以及加載推動(dòng)器105的收縮位置處均安裝支架111；多芯集成傳輸管103的末端設(shè)置有多芯電纜接頭113，多芯電纜接頭113與外部的多功能激電儀連接，用于進(jìn)行直流電阻率數(shù)據(jù)的采集。

本實(shí)施例所述加載推動(dòng)器105為千斤頂式推動(dòng)裝置，氣動(dòng)源采用打氣筒，由于金屬探針102直徑僅為2mm，因此在小型推動(dòng)器的推動(dòng)作用下可以輕松進(jìn)入松散層中，加載推動(dòng)器105的直徑為35mm，收縮長(zhǎng)度為20mm，加載長(zhǎng)度為50mm。

本實(shí)施例所述密封殼體114呈圓柱狀，采用PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)材料制成，減少由于探測(cè)裝置的導(dǎo)電性影響對(duì)松散層的探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。

本實(shí)施例所述多芯集成傳輸管103由17芯電纜和兩個(gè)直徑為5mm軟管組成，17芯電纜為采集數(shù)據(jù)傳輸線，兩軟管為加載推動(dòng)器及卸載推動(dòng)器的動(dòng)力傳輸管路，多芯集成傳輸管103外壁自殼體頂段開(kāi)始設(shè)有長(zhǎng)度標(biāo)尺用以測(cè)量探測(cè)深度。

本實(shí)施例加載推動(dòng)器105使用時(shí)，卸載推動(dòng)器104的管道處于開(kāi)啟狀態(tài)，其中一個(gè)處于加壓狀態(tài)一個(gè)處于常壓狀態(tài)，推動(dòng)金屬探針102從密封殼體114內(nèi)推出并進(jìn)入松散層內(nèi)，以便測(cè)量。

本實(shí)施例所述卸載推動(dòng)器104的動(dòng)力源為氣，測(cè)量完畢后采用打氣筒對(duì)其進(jìn)行卸載推動(dòng)，卸載推動(dòng)器105使用時(shí)，加載推動(dòng)器105的管道處于開(kāi)啟狀態(tài)，這時(shí)加載推進(jìn)器105處于加壓狀態(tài)，卸載推進(jìn)器104處于常壓狀態(tài)，推動(dòng)金屬探針102從松散層中拔出并收回密封殼體114內(nèi)。

本實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)施工操作時(shí)，先將淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置放置于已經(jīng)施工完成的探測(cè)孔內(nèi)，按照多芯集成傳輸管103上所標(biāo)注的標(biāo)尺，下放至預(yù)設(shè)深度，然后對(duì)加載推動(dòng)器連接管107進(jìn)行氣壓推動(dòng)，使金屬探針102進(jìn)入探測(cè)目標(biāo)層，然后連接多芯電纜接頭113至多功能激電儀器，使用三極MNB觀測(cè)裝置對(duì)探測(cè)目標(biāo)層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后對(duì)卸載推動(dòng)器連接管108進(jìn)行氣壓推動(dòng)，使金屬探針102從探測(cè)目標(biāo)層中拔出并收回至密封殼體114內(nèi)，然后進(jìn)行下一目標(biāo)層的探測(cè)工作，重復(fù)以上過(guò)程完成對(duì)探測(cè)孔全段的探測(cè)工作，具體過(guò)程為：

(1)根據(jù)探測(cè)目標(biāo)層的埋深和厚度，預(yù)先設(shè)計(jì)起始探測(cè)深度，記錄起始位置用于放置淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置使用，探測(cè)孔徑設(shè)置為75mm，在孔口2m內(nèi)設(shè)置鉆孔套管以防塌孔，套管長(zhǎng)度2.1m并高處地面0.1m以防異物掉入探測(cè)孔內(nèi)；

(2)鉆孔施工完畢后使用淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置進(jìn)行探測(cè)，先檢查加載推動(dòng)器105和卸載推動(dòng)器104是否正常工作，管路是否漏氣，多芯集成傳輸管103中的多芯電纜是否存在斷路，檢查完畢后將淺埋深煤層采動(dòng)松散層入滲率變化測(cè)量裝置放入鉆孔內(nèi)，并對(duì)照多芯集成傳輸管103上的長(zhǎng)度標(biāo)尺放入起始位置；

(3)利用打氣裝置對(duì)加載推動(dòng)器傳輸管道107進(jìn)行充氣，觀察壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時(shí)，金屬探針102進(jìn)入待測(cè)目標(biāo)層內(nèi)，此時(shí)撤離打氣裝置使氣壓降低至0MPa，將多芯電纜接頭113接入多功能激電儀，使用現(xiàn)有三極觀測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)；

(4)數(shù)據(jù)采集完畢后對(duì)卸載推動(dòng)器管道108進(jìn)行充氣，觀測(cè)壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時(shí)，金屬探針102從待測(cè)目標(biāo)層內(nèi)拔出并進(jìn)入至密封殼體114內(nèi)，此時(shí)撤離充氣裝置使氣壓降低至0MPa，該測(cè)量段測(cè)量完畢后下放2m進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，在下一測(cè)量段，重復(fù)上面過(guò)程即可；若測(cè)量過(guò)程中，由于待測(cè)目標(biāo)層致密導(dǎo)致金屬探針102無(wú)法收回至密封殼體114內(nèi)時(shí)，則重復(fù)對(duì)加載推動(dòng)器傳輸管道107和卸載推動(dòng)器管道108進(jìn)行充氣，使金屬探針102在待測(cè)目標(biāo)層中松動(dòng)后再次對(duì)卸載推動(dòng)器管道108充氣收回至密封殼體114內(nèi)。