[发明专利]基于声级计的巷道顶板岩石普氏系数随钻探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种随钻探测装置及方法，属于矿山巷道支护的技术领域，尤其适用于煤矿巷道顶板不同岩性岩层间层理面间距较小的地质条件的基于声级计的巷道顶板岩石普氏系数随钻探测装置及方法。

背景技术

巷道支护是煤炭安全开采的一项关键技术，而顶板事故在矿山灾害中的占有相当大的比例，顶板事故的原因主要是由于局部顶板的岩性特征没有及时探明导致的支护强度不够。所以，巷道施工时，必须要及时探明巷道顶板岩性特征，对存在冒顶隐患的区域及时更改支护方式或调整支护参数，保证顶板的安全和稳定。

目前探测巷道局部顶板岩性特征的方法主要有岩心采取法、钻孔壁印模法、钻孔壁观察法以及地质雷达探测等。岩心采取法即使用地质岩心钻对顶板进行取心，根据岩心的柱状构造，分析顶板的岩性特征，但地质钻机的体型较大，不适合在掘进工作面使用，不能随掘进机的掘进而随时随地使用；钻孔壁印模法是利用一些无流动性和弹性的塑性材料，贴合在钻孔表面上，将被测钻孔的内部轮廓复制成模，然后测量印模，从而评定被测钻孔的内部结构，但其无法测定出顶板的岩性特征，无法对支护方式的设计提供科学有效的数据；钻孔壁观察法是运用岩层探测记录仪等设备，通过探头将钻孔内部景象直接拍摄下来，但受煤矿井下环境影响，这种方法由于窥视的精度低，获得的顶板围岩结构参数误差较大；地质雷达探测是基于所探介质的电性差异对顶板岩层内不同介质分界面进行精确判别并定位的电磁技术，这种方法对节理、裂隙发育的揭示程度不够，也不能有效的识别巷道顶板岩层的岩性特征，而这正是巷道支护设计施工中的重点和难点。因此，针对煤矿顶板岩层的组合特点，亟需研究出一种能够适应煤矿井下环境且能进行快速识别顶板岩性特征的方法。

发明内容

技术问题：针对上述技术问题，提供一种结构简单，利用钻孔过程中产生的噪音获取巷道顶板的岩石普氏系数，使用方便、操作简单，探测强度低的基于声级计的巷道顶板岩石普氏系数随钻探测装置及方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明基于声级计的巷道顶板岩石普氏系数随钻探测装置，包括轴承式随钻装置、单体锚杆钻机、声级计和钻杆，其中单体锚杆钻机垂直设置在巷道底板，单体锚杆钻机的顶部通过刻度式钻杆设有钻入巷道顶板的轴承式随钻装置，轴承式随钻装置通过连接线与声级计相连接。

所述轴承式随钻装置包括设置在钻杆上的声级计探头、锥形构件、静音轴承和钻头，其中钻头设置在刻度式钻杆顶端，静音轴承设置在钻头下方的钻杆上，静音轴承上设有多片锥形构件，声级计探头设置在锥形构件上，声级计探头通过连接线与声级计相连接。

所述的静音轴承内径为15～25mm，外径为25～35mm，内径与刻度式钻杆焊接，外径与锥形构件焊接。

所述的单体锚杆钻机为液压式或者气动式；钻杆为刻度式钻杆，刻度式钻杆长度为1m，从上至下每隔10cm加工一圈高为1cm，深为1mm的凹槽，刻度式钻杆表面设有反光涂料，沿钻进方向从上至下将凹槽内喷涂红橙黄绿青蓝紫黑白九种颜色条带，其中L₁的长度为100cm，L₂的长度为10cm。

一种基于声级计的巷道顶板岩石普氏系数随钻探测方法，其步骤如下：

a.建立矿山的岩石普氏系数0.3～20的标准库：在同煤层巷道中选取取心地点，在顶板取心地点20m范围内钻取不同层位岩石，并按照《煤与岩石物理力学性质测定方法》加工组合成标准试样，在实验室中利用锚杆钻机及钻头针对取得岩心普氏系数0.3～20各岩石的不同组合进行钻进实验，并使用声级计记录测试钻头钻进标准试样过程中噪音的分贝值，对所有标准试样进行钻进试验，得到不同普氏系数0.3～20的岩石标准试样钻进过程的噪音分贝值范围；

b.开启单体锚杆钻机，单体锚杆钻机通过钻杆带动轴承式随钻装置在巷道顶板上钻入钻孔，声级计开始工作，获得轴承式随钻装置在巷道顶板钻进中噪音分贝值及分贝值的动态曲线；结合刻度式钻杆读数，每钻进10cm，停止钻进，人工读取声级计中的分贝值范围，并与基于该矿山建立的岩石普氏系数0.3～20的标准库进行对比，得到该范围内的岩石坚固性系数和钻进距离；当刻度式钻杆长度不足时，在尾端增加延长的刻度式钻杆；

c.重复步骤b，从而得到顶板钻孔范围内的岩石坚固性系数。

有益效果：