[发明专利]一种岩层沉降磁感应监测装置及其操作方法

说明书

本专利涉及一种岩层沉降磁感应监测装置，包括沉降磁环组件和安装导管，沉降磁环组件包括锚箍组件、磁感应铁圈以及套设于磁感应铁圈外的磁环套；所述锚箍组件设于磁环套的外圆周，具有收缩状态和展开状态；收缩状态下的锚箍组件能够在监测孔内移动，展开状态下的锚箍组件与监测孔孔壁在竖直方向上至少有两个高度的支撑点；安装导管的两端分别与钻杆和磁环套连接，通过钻杆配合安装导管使锚箍组件处于收缩状态和展开状态，以实现沉降磁环组件的安装与回收。本发明的结构简单，操作方便，不仅能够长期稳固的固定在监测孔孔壁上，而且完成监测后能够从监测孔中移出，实现重复使用，显著降低了成本，具有显著的经济效益。

技术领域

本发明属于煤矿离层沉降监测装置技术领域，具体而言涉及一种岩层沉降磁感应监测装置及其操作方法。

背景技术

不同的沉积时间和沉积环境会造成地层岩性和厚度的差异性。当煤层开采时，覆岩原岩应力的破坏导致各地层不一致的沉降变形，因此在岩层间形成离层空间。一方面，在负压作用下，覆岩含水层大量水资源向离层空腔积聚，当规模发育到一定程度就会发生瞬时性离层突水事故，威胁矿井工作面安全开采。另一方面，覆岩离层空间的闭合会使地表下沉，形成沉降坑并积水，改变地表土壤环境，威胁地表生态及建筑物稳定。当离层空间发育最大时，地面注浆是防治离层突水和地面沉降的一种有效方法，过早(离层发育不完全)或过晚(离层开始闭合)注浆都会导致较低防治效率。因此，覆岩离层动态发育监测对离层水突水防治及地面沉降治理非常重要。

现有覆岩离层发育(覆岩变形)监测方法中，有一种利用光纤检测的方法，将传感光纤及配重借助钻杆埋设进监测孔，通过监测光纤应变情况分析采动引起的覆岩变形破坏高度和受力状况，判断离层发育高度；还有一种监测方法，通过在煤系上覆岩层布设由多组弹簧传感器和应变传感器构成的监测装置，根据监测装置的弹簧拉、压应力状态计算覆岩移动变形量。上述方法存在以下不足：(1)煤层开采过程中离层上、下覆岩岩层移动剧烈，监测信号线易被水平或垂直应力剪断或拉断导致测量失效；(2)测量装置通常用水泥与岩层进行耦合，同步变形差导致测量不准确；(3)监测结果涉及应力-应变换算，步骤繁琐；(4)监测点过少，无法完全测量所有岩层的移动；(5)价格昂贵，监测成本高。

在地铁、桥梁、基坑等施工项目的土层沉降监测中，采用磁环式分层沉降仪进行监测，磁环式分层沉降仪由沉降管、沉降磁环、磁感应探头构成，其监测原理简单，将沉降磁环套接在沉降管上下入监测孔，根据沉降磁环位置判断土层下沉量。然而，现有沉降磁环无法直接应用到岩层分层沉降监测中，理由如下：(1)岩层分层沉降监测孔埋深大，所用沉降管根数多，现有沉降管连接技术承重小，深孔安装时沉降管可能在上部断开导致安装失败；(2)沉降磁环的锚固爪弹开前，沉降磁环在自重作用下产生位移导致安装位置不准确；(3)岩石硬度远大于土体，现有沉降磁环无法长期固定在监测孔岩壁上；(4)沉降管与沉降磁环间隙小，限制沉降磁环测量量程，若其被岩屑或土颗粒堵塞，沉降磁环无法自由移动，影响测量精度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种岩层沉降磁感应监测装置及其操作方法，用以解决现有监测装置无法长期稳定固定在监测孔岩壁上，且无法回收重复利用，且一旦沉降磁环位置安装错误，无法再次调整，成本高的问题中的一者或多者。

本发明的目的是这样实现的：

第一方面，提供一种岩层沉降磁感应监测装置，包括：

沉降磁环组件，包括锚箍组件、磁感应铁圈以及套设于磁感应铁圈外的磁环套；所述锚箍组件设于磁环套的外圆周，具有收缩状态和展开状态，收缩状态下的锚箍组件能够在监测孔内移动，展开状态下的锚箍组件与监测孔孔壁在竖直方向上至少有两个高度的支撑点；

安装导管，安装导管的两端分别与钻杆和磁环套连接，通过钻杆配合安装导管使锚箍组件处于收缩状态和展开状态，以实现沉降磁环组件的安装与回收。

进一步地，锚箍组件包括长壁锚爪和箍片；