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煤層開采后，在頂?shù)装鍘r層中形成破壞帶，當(dāng)?shù)装鍘r層下有承壓含水層時(shí)，易形成突水通道，發(fā)生礦山災(zāi)害。傳統(tǒng)實(shí)測(cè)裝置為專利產(chǎn)品“雙端封堵測(cè)漏裝置”，其存在缺陷如下：① 易發(fā)生鉆桿繞線問(wèn)題，鉆孔內(nèi)同時(shí)存在2根管道；② 鉆桿移動(dòng)頻繁，工作量大，推進(jìn)一次觀測(cè)長(zhǎng)度約1m；③封堵系統(tǒng)、測(cè)漏系統(tǒng)獨(dú)立，操作人員較多；④測(cè)漏壓力(0.1MPa)難于控制，封堵壓力(2.5MPa)。
針對(duì)上述缺陷，設(shè)計(jì)了礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)技術(shù)及裝備，主要包括封堵測(cè)漏一體化系統(tǒng)、壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和供給推進(jìn)系統(tǒng)。對(duì)上述系統(tǒng)中各子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)具有以下現(xiàn)實(shí)意義：
首先，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng)的一次封堵多段測(cè)量，提高測(cè)量效率；
其次，實(shí)現(xiàn)了封堵測(cè)漏一體化，減少了鉆孔內(nèi)同時(shí)工作的管道數(shù)量，解決了推進(jìn)過(guò)程中鉆孔內(nèi)多管道相互纏繞問(wèn)題；
最后，實(shí)現(xiàn)了一體化過(guò)程中封堵高壓水源向觀測(cè)低壓水源的壓力轉(zhuǎn)換，保證觀測(cè)過(guò)程中封堵水源與觀測(cè)水源在各自壓力下工作問(wèn)題，避免了觀測(cè)水源壓力過(guò)高對(duì)鉆孔裂隙的破壞作用，為礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的高效性、穩(wěn)定性和精確性奠定基礎(chǔ)

一、技術(shù)分析說(shuō)明
礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)技術(shù)及裝備中的系列專利之一礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)系統(tǒng)為重點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1. 主要研究?jī)?nèi)容
本系統(tǒng)主要依托礦山底板巖體破壞帶深度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)，針對(duì)“雙端封堵測(cè)漏裝置”的缺陷，對(duì)舊有系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并將新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，即礦山圍巖采動(dòng)裂隙新型探測(cè)系統(tǒng)，細(xì)分為封堵測(cè)漏一體化系統(tǒng)、壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和供給推進(jìn)系統(tǒng)。
針對(duì)上述四大子系統(tǒng)，按照由功能到結(jié)構(gòu)的逆序思維，對(duì)四大子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。與“雙端封堵測(cè)漏裝置”相比，專利研究?jī)?nèi)容、技術(shù)：
①如何實(shí)現(xiàn)封堵測(cè)漏一體化問(wèn)題，即將封堵系統(tǒng)與測(cè)漏系統(tǒng)裝系統(tǒng)合二為一，設(shè)計(jì)成為封堵測(cè)漏一體化系統(tǒng)，減少操作系統(tǒng)；
②如何解決鉆孔繞線問(wèn)題，即原有“雙端封堵測(cè)漏裝置”使用雙操作系統(tǒng)，在鉆孔內(nèi)部有兩條管路，隨著測(cè)量深度的增加，管路纏繞問(wèn)題出現(xiàn)，影響測(cè)量的穩(wěn)定性。新系統(tǒng)將設(shè)計(jì)解決此問(wèn)題；
③如何解決水壓力轉(zhuǎn)化問(wèn)題，即利用同一水源即可實(shí)現(xiàn)封堵和測(cè)漏雙重功能，同時(shí)，也能夠使水源由封堵高壓水源向測(cè)漏低壓水源轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同壓力轉(zhuǎn)換；
④如何實(shí)現(xiàn)多段測(cè)量問(wèn)題，即一次推進(jìn)多段測(cè)量，實(shí)現(xiàn)鉆孔的高效測(cè)量。
本作品的目的在于提供一種礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次封堵多段測(cè)量、封堵測(cè)漏一體化及封堵高壓水源向觀測(cè)低壓水源的壓力轉(zhuǎn)換。
其技術(shù)解決方案包括：
一種礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)系統(tǒng)，其包括封堵系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、供給推進(jìn)系統(tǒng)和壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；
所述封堵系統(tǒng)包括第一封堵單元、第二封堵單元和第三封堵單元，其中，第一封堵單元位于圍巖鉆孔的最內(nèi)側(cè)，第三封堵單元位于最外側(cè)，第二封堵單元設(shè)置有多個(gè)，每個(gè)封堵單元均包括漏水管及連接在漏水管兩端的管狀接頭，相鄰的封堵單元之間設(shè)置有連通管，所述連通管的兩端分別連接在相鄰封堵單元的管狀接頭上，在兩個(gè)管狀接頭之間的漏水管外圍設(shè)置有封堵膠囊，所述封堵膠囊與漏水管之間形成一定的封堵空間；
所述壓力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括水壓轉(zhuǎn)換器和卡槽管接頭，所述水壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)卡槽管接頭連接在所述第一封堵單元和第二封堵單元尾部的管狀接頭上，所述水壓轉(zhuǎn)換器包括活塞和基體兩部分，所述活塞左端面面積大于右端面面積，所述活塞內(nèi)設(shè)置有相互連通的導(dǎo)水孔，位于右端的導(dǎo)水孔通過(guò)小孔與所述卡槽管接頭相連通，位于左端的導(dǎo)水孔開始時(shí)被基體內(nèi)壁密封，在活塞的右端設(shè)置有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)用于對(duì)活塞中的彈簧進(jìn)行限位，所述活塞用以控制左端導(dǎo)水孔與圍巖中的鉆孔保持連通或關(guān)閉；
所述導(dǎo)向系統(tǒng)包括導(dǎo)向錐，所述導(dǎo)向錐與所述第一封堵單元頭部的管狀接頭連接；
所述供給推進(jìn)系統(tǒng)與所述連通管連通，用于向所述連通管內(nèi)注水，顯示并記錄各個(gè)參數(shù)。
作為本作品的一個(gè)優(yōu)選方案，所述管狀接頭上設(shè)置有垂直向上和垂直向下的凸起部，所述封堵膠囊纏繞在兩個(gè)凸起部之間的漏水管外圍。
作為本作品的另一個(gè)優(yōu)選方案，距凸起部一定距離的位于漏水管一側(cè)的管狀接頭上設(shè)置有凹槽，所述凹槽通過(guò)與固定件配合將所述封堵膠囊固定。
優(yōu)選的，每段漏水管上均布設(shè)有兩個(gè)漏水孔。
優(yōu)選的，所述活塞左端面與右端面的面積之比為10～25:1。
優(yōu)選的，所述連通管與管狀接頭為螺紋連接。
優(yōu)選的，當(dāng)活塞滿足Pi外Si外+kx≤Pi內(nèi)Si內(nèi)時(shí)，左端導(dǎo)水孔與圍巖中的鉆孔連通，其中，Pi外為0.1MPa，Pi內(nèi)為2.5MPa，Si外為左端活塞面面積，Si內(nèi)為右端活塞面面積，k為彈簧中彈性系數(shù)，x為壓縮量，i為探測(cè)單元的個(gè)數(shù)。
優(yōu)選的，所述供給推進(jìn)系統(tǒng)包括注水操作臺(tái)、回水壓力表、電子記錄器、鉆機(jī)和鉆桿，所述注水操作臺(tái)向所述連通管內(nèi)提供高壓水源，所述電子記錄器安裝在注水操作臺(tái)上，所述回水壓力表用于對(duì)回水管中的回水壓力進(jìn)行校正檢測(cè)。
優(yōu)選的，所述第二封堵單元設(shè)置有兩個(gè)。
本作品所帶來(lái)的有益技術(shù)效果：
本作品提出了礦山頂?shù)装宀蓜?dòng)破壞帶分段觀測(cè)系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)系統(tǒng)的封堵測(cè)漏一體化，減少了鉆孔內(nèi)同時(shí)工作的管道數(shù)量，解決了推進(jìn)過(guò)程中鉆孔內(nèi)多管道相互纏繞問(wèn)題，提高了礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一體化過(guò)程中封堵水源向觀測(cè)水源壓力轉(zhuǎn)換，解決了觀測(cè)過(guò)程中封堵水源與觀測(cè)水源在各自壓力下工作問(wèn)題，避免了觀測(cè)水源壓力過(guò)高對(duì)鉆孔裂隙的破壞作用，提高了礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的精確性。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)系統(tǒng)的一次封堵多段測(cè)量，增加了每次推進(jìn)測(cè)量長(zhǎng)度，提高了測(cè)量效率，為礦山頂?shù)装鍘r體破壞范圍測(cè)量過(guò)程的高效性、穩(wěn)定性和精確性奠定基礎(chǔ)。