多点位底板离层监测仪及其使用方法 【技术领域】
本发明涉及煤矿监测仪器。
背景技术
目前，对矿山巷道或工作面围岩离层的监测主要是对巷道顶板进行监测，而且离层监测基点数比较少，一般为1-2个。如中国专利公开的顶板下沉离层指示仪(申请号98243841)、围岩离层监测仪(申请号200730013939)、围岩离层监测报警仪(申请号200420039443)、多方位围岩离层监测报警仪(申请号200620083761)和多方位双功能围岩离层监测报警仪(申请号200710013233)等。所有这些仪器的结构都大同小异，都是由锚头、拉绳、套管和测尺组成，使用时，锚头固定在岩孔底，测尺通过套管安装在孔口，顶板离层时测尺缩回岩孔里，从而测得离层量的大小。上述仪器的共同不足是，测点少，不能反映整个岩层内的细部离层情况，而且由于测尺下垂在孔外，适用于测顶板，不适用监测底板。
因为在煤矿开采中有时先采下层煤，当再采上一层煤时，煤层底板也要发生离层，为生产安全，需要对底板的离层情况进行监测，至今为止，还没有对煤层底板离层进行监测的监测仪。为此，发明人承担了国家973项目“煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究”(编号：2010CB226805)，本发明是该项目研究内容中的一部分成果。
【发明内容】
本发明的目的是设计一种能监测煤层底板离层的监测仪。
本发明同时提供这种监测仪的使用方法。
为达到上述目的，本发明的监测仪主要由基点锚头、拉绳、基体套管和测尺组成，其特征在于，在所述的基体套管的顶部连接出多个水平方向的伸出管，每个伸出管上开有朝上的观察缝，伸出管内均安装有测尺，从观察缝能看到测尺读数，每个测尺都通过拉绳连接各自的锚头，每个拉绳用螺钉活动连接在测尺上，而且在钻孔内分别有不同的长度。
另外测尺刻度数范围是0～150mm，有15个大格，每个大格是10mm；每个大格又分5个小格，每个小格2mm。
本发明工作原理是，每个基点锚头按深浅不同的顺序固定在底板岩层的钻孔内，分别处于不同位置的测点，从下至上依次称为1#、2#、3#、4#......测点，当岩层内发生离层时，离层下方的岩石将带动固定住的基点锚头向下运动，并拉动测尺位移。此时，测尺上的读数可显示各个锚头不同的位移量，根据各个锚头位移量的不同，可以得知离层所发生的大体位置以及离层的大小；由最深部的测尺读数可以知道测量范围内底板总的离层量。
本发明的使用方法描述如下：
第一步：在需要监测的煤层顺槽中的底板上向下打钻孔，钻孔深度至设计深度；
第二步：把本发明的多点位底板离层监测仪安装在钻孔中；安装时，首先安装最深部的锚头，取拉绳最长的1#测点锚头放入钻孔内，用顶杆顶入钻孔底部(即1#测点的安装位置)；记录顶杆的顶入长度(即安装深度)；再依次将2#、3#、4#等测点锚头用顶杆顶入钻孔中，并记录下每个锚头测点的位置；将基体管头插入钻孔并固定在孔口上，将每个拉绳拉紧后，用螺钉固定在各自的测尺上，记录下所有测尺的初始读数(或调零位)和安装时间，安装完毕；
第三步：记录底板岩层位移变化数据；从安装离层监测仪开始至工作面回采前，每5天读数、记录一次；从工作面回采开始至距离监测点50m范围内时，每3天读数、记录一次；从距离工作面50m开始，每天读数、记录一次；上述记录数据精确到毫米；若发现数据变化较大时，应增加每天的记录次数；
第四步：根据上下相邻两个测点的位移变化判断底板岩层的离层情况，两个测点之间的离层情况判断如下：
①当相邻两个测点的位移相同时，说明两个测点之间没有发生离层；
②当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移大时，说明两个测点之间有离层发生，差值即为产生的离层量；
③当相邻两个测点的位移不同，且下方测点的位移比上方测点的位移小时，说明一种可能是下方锚头没有固定好，还有一种可能是由于拉绳的长度太长，在一定的拉力长期作用下，表现出弹性松弛；
④若是存在已经发生位移的情况，测尺刻度读数突然回缩变为零，说明这个测点的拉绳断了。
本发明积极效果是：由于测尺布置在水平方向的伸出管上，所以可以用在底板上，不影响正常工作；由于是在底板上水平读数(相对于在顶板上竖向读数)，读数以毫米计，减少了读数误差；由于每个钻孔有多个不同深度的锚头，所以可测出岩层内不同深度的离层情况，为煤矿安全生产提供了底板离层数据，便于工作人员及时采取安全措施，防止事故发生。
本发明为煤矿底板离层监测提供了一种全新的技术方案，为本领域技术人员研究底板离层监测技术提供了指导性的发展思路，具有显著的进步。
【附图说明】
图1是本发明实施例的主视图，图中以四个测点为例。
图2是图1的俯视图。
图例说明：1-锚头；2-拉绳：3-基体套管；4-伸出管；5-观察缝；6-测尺；7-螺钉。
【具体实施方式】
下面参照附图，并以四个测点为例对本发明实施例的技术方案进一步说明。
如图1和图2所示，本发明实施例的监测仪主要由基点锚头1、拉绳2、基体套管3和测尺6组成。在基体套管3的顶部连接出四个水平方向的伸出管4，每个伸出管4上开有朝上的观察缝5，伸出管4内均安装有测尺6，测尺6最大量程150mm；有15个大格，每个大格是10mm；每个大格又分5个小格，每个小格2mm。从观察缝5能看到测尺6读数，每个测尺6都通过拉绳2连接各自的锚头1，每个拉绳2用螺钉7活动连接在测尺6上，四个拉绳2在钻孔内长度由深到浅分别为20m、17m、14m和11m；四个锚头在钻孔中的位置由深到浅分别设定为：1#测点、2#测点、3#测点和4#测点。
下面再以某煤矿监测实例说明本发明的应用情况。
某矿西一壁工作面的下顺槽为实体煤。因此，将多点位底板离层监测仪的测孔布置在中、上顺槽内。上顺槽布置两个测孔，中顺槽布置三个测孔，每个测孔四个测点。按照技术方案所述的方法步骤进行，在测孔内安装监测仪后开始记录变化情况。下面是中顺槽2号孔从2006年11月30日～2007年7月21日的监测情况。在2007年1月26日，距离回采工作面190m时，1、2、3号测点都没有发生位移变化，最浅部的4号测点首先发生位移变化，大小为4mm，根据离层判断原理，说明底板下方7.5米范围内的岩层发生了大小为4mm的离层。在2007年2月14号，距离回采工作面为180m时，4号测点再次发生位移变化，大小增量为2mm，这说明距离底板下方7.5米之间的岩层再次发生离层或原来的离层变大，总离层量为6mm。在2007年3月21号，距离回采工作面为144米左右时，4号测点又一次发生位移变化，增量大小为2mm，同样说明了距离底板下方7.5米的岩层之间又一次发生离层或原来的离层变大，总离层量大小为8mm。在5月23号，4号测点再次发生位移变化，增量大小为2mm，说明了距离底板下方7.5米之间岩层的离层继续变大或出现新的离层，总离层量大小为10mm。由此可见，中顺槽2号孔4号测点随时间离层不断变大，每次的变化幅度为2mm，最终离层量稳定在10mm左右。此时，距离回采工作面为68米。这充分说明，随着距离回采工作面越来越近，呈现出离层变化量越来越大的规律。此时，应采取相应安全措施，确保生产安全。