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

背景技術(shù)：
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中國煤炭經(jīng)濟(jì)形勢自2012年以來持續(xù)低迷，目前煤炭價格已經(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，華北型煤田由于開采煤層較深，煤炭在生產(chǎn)過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)條件較為簡單，煤炭開采成本相對較低，煤炭開采過程中涉及的不安全因素的危險程度相對較低，因此西北已成為我國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，煤層在開采過程中涉及的主要問題是第四系含水層的水害防治問題、第四系含水層保護(hù)問題。其中的第四系松散含水層水害已成為威脅煤層開采的主要防治水問題，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，對于松散層水害的防治主要涉及兩個方面的問題，一個是大氣降水的滲入，其作為含水層水的補(bǔ)給問題；另一個是煤層開采后第四系地層經(jīng)過變形、運(yùn)動并重新穩(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問題。對于大氣降水的入滲研究，可以對礦井涌水量的預(yù)計提供關(guān)鍵性的參數(shù)，同時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價等；對于第四系含水層的保水采煤問題，通過連續(xù)探測第四系松散含水層滲透性的變化，用以評價松散層中隔水層的隔水性能是否具有自我修復(fù)功能，或用探測結(jié)果表明煤層采動是否影響至該層位。因此對松散層滲透性的變化探測是非常重要的，探測成果亦是非常有意義的。

當(dāng)前還未見有針對松散含水層的滲透性的研究報道，特別是在淺埋深煤層開采過程中覆巖松散含水層的滲透性探測方面未見有相應(yīng)的研究內(nèi)容。因此迫切需要開發(fā)一種創(chuàng)新性淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置，用以對淺埋深煤層礦區(qū)第四系松散含水層的滲透性變化探測及研究工作。

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)計提供一種淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置，用以對淺埋深煤層礦區(qū)第四系松散含水層的滲透性變化探測及研究工作。

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、卸載推動器、加載推動器、硬質(zhì)塑料探針裝載板、加載動力傳輸管、卸載動力連接管、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的加載推動器，加載推動器的頂部固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板上，用以加載時推動金屬探針進(jìn)入探測目標(biāo)層內(nèi)，三組加載推動器之間由加載動力傳輸管聯(lián)通，并使用打氣裝置進(jìn)行推動；密封殼體的尾部和頂部分別設(shè)有一組卸載推動器，卸載推動器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)與加載推動器一致，兩組卸載推動器通過卸載動力連接管聯(lián)通，卸載動力連接管安裝在長度為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，金屬探針的長度為40mm，直徑為2mm，相鄰兩個金屬探針的間距為10mm，金屬探針的個數(shù)與探針孔一致；每個金屬探針單獨(dú)連接的導(dǎo)線匯集在多芯電纜內(nèi)，并與卸載動力連接管、加載動力傳輸管一塊集成于多芯集成傳輸管，卸載推動器的收縮位置與金屬探針中部對齊位置處以及加載推動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器為千斤頂式推動裝置，打氣裝置采用打氣筒，由于金屬探針直徑僅為2mm，因此在小型推動器的推動作用下可以輕松進(jìn)入松散層中，加載推動器的直徑為35mm，收縮長度為20mm，加載長度為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，減少由于探測裝置的導(dǎo)電性影響對松散層的探測結(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，兩軟管為加載推動器及卸載推動器的動力傳輸管路，多芯集成傳輸管外壁自殼體頂段開始設(shè)有長度標(biāo)尺用以測量探測深度。

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

本實(shí)用新型所述卸載推動器的動力源為氣，測量完畢后采用打氣筒對其進(jìn)行卸載推動，卸載推動器使用時，加載推動器的管道處于開啟狀態(tài)，這時加載推進(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)場施工操作時，先將淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置放置于已經(jīng)施工完成的探測孔內(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，然后對加載推動器連接管進(jìn)行氣壓推動，使金屬探針進(jìn)入探測目標(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觀測裝置對探測目標(biāo)層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后對卸載推動器連接管進(jìn)行氣壓推動，使金屬探針從探測目標(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)層的探測工作，重復(fù)以上過程完成對探測孔全段的探測工作，具體過程為：

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

(2)鉆孔施工完畢后使用淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置進(jìn)行探測，先檢查加載推動器和卸載推動器是否正常工作，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松散層入滲率變化測量裝置放入鉆孔內(nèi)，并對照多芯集成傳輸管上的長度標(biāo)尺放入起始位置；

(3)利用打氣裝置對加載推動器傳輸管道進(jìn)行充氣，觀察壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時，金屬探針進(jìn)入待測目標(biāo)層內(nèi)，此時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)有三極觀測裝置采集數(shù)據(jù)；

(4)數(shù)據(jù)采集完畢后對卸載推動器管道進(jìn)行充氣，觀測壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時，金屬探針從待測目標(biāo)層內(nèi)拔出并進(jìn)入至密封殼體內(nèi)，此時撤離打氣裝置使氣壓降低至0MPa，該測量段測量完畢后下放2m進(jìn)行持續(xù)觀測，在下一測量段，重復(fù)上面過程即可；若測量過程中，由于待測目標(biāo)層致密導(dǎo)致金屬探針無法收回至密封殼體內(nèi)時，則重復(fù)對加載推動器傳輸管道和卸載推動器管道進(jìn)行充氣，使金屬探針在待測目標(biāo)層中松動后再次對卸載推動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)簡單，操作方便，設(shè)計合理，輕便易攜帶，探測結(jié)果穩(wěn)定準(zhǔn)確，使用時，將測量裝置放入已施工完成的探測孔內(nèi)，根據(jù)管線外側(cè)標(biāo)尺數(shù)值，放置于預(yù)定的探測深度，然后對加載推動器管道進(jìn)行充氣使得探針接觸松散層并開始采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)使用多功能激電儀器，測量方法使用三極觀測系統(tǒng)；該測量段探測結(jié)束后對卸載推動器管道進(jìn)行充氣使探針收回至殼體內(nèi)，重復(fù)以上過程，直至全段測量結(jié)束。

附圖說明：

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：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

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、卸載推動器104、加載推動器105、硬質(zhì)塑料探針裝載板106、加載動力傳輸管107、卸載動力連接管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位置相對的加載推動器105，加載推動器105的頂部固定在硬質(zhì)塑料探針裝載板106上，用以加載時推動金屬探針102進(jìn)入探測目標(biāo)層內(nèi)，三組加載推動器105之間由加載動力傳輸管107聯(lián)通，并使用氣動源進(jìn)行推動；密封殼體114的尾部和頂部分別設(shè)有一組卸載推動器104，卸載推動器104的結(jié)構(gòu)和參數(shù)與加載推動器105一致，兩組卸載推動器104通過卸載動力連接管108聯(lián)通，卸載動力連接管108安裝在長度為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的長度為40mm，直徑為2mm，相鄰兩個金屬探針102的間距為10mm，金屬探針102的個數(shù)與探針孔112一致；每個金屬探針102單獨(dú)連接的導(dǎo)線匯集在多芯電纜109內(nèi)，并與卸載動力連接管108、加載動力傳輸管107一塊集成于多芯集成傳輸管103，卸載推動器104的收縮位置與金屬探針102中部對齊位置處以及加載推動器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)施例所述加載推動器105為千斤頂式推動裝置，氣動源采用打氣筒，由于金屬探針102直徑僅為2mm，因此在小型推動器的推動作用下可以輕松進(jìn)入松散層中，加載推動器105的直徑為35mm，收縮長度為20mm，加載長度為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，減少由于探測裝置的導(dǎo)電性影響對松散層的探測結(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，兩軟管為加載推動器及卸載推動器的動力傳輸管路，多芯集成傳輸管103外壁自殼體頂段開始設(shè)有長度標(biāo)尺用以測量探測深度。

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

本實(shí)施例所述卸載推動器104的動力源為氣，測量完畢后采用打氣筒對其進(jìn)行卸載推動，卸載推動器105使用時，加載推動器105的管道處于開啟狀態(tài)，這時加載推進(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)場施工操作時，先將淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置放置于已經(jīng)施工完成的探測孔內(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，然后對加載推動器連接管107進(jìn)行氣壓推動，使金屬探針102進(jìn)入探測目標(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觀測裝置對探測目標(biāo)層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后對卸載推動器連接管108進(jìn)行氣壓推動，使金屬探針102從探測目標(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)層的探測工作，重復(fù)以上過程完成對探測孔全段的探測工作，具體過程為：

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

(2)鉆孔施工完畢后使用淺埋深煤層采動松散層入滲率變化測量裝置進(jìn)行探測，先檢查加載推動器105和卸載推動器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松散層入滲率變化測量裝置放入鉆孔內(nèi)，并對照多芯集成傳輸管103上的長度標(biāo)尺放入起始位置；

(3)利用打氣裝置對加載推動器傳輸管道107進(jìn)行充氣，觀察壓力表，當(dāng)氣壓達(dá)到0.4MPa時，金屬探針102進(jìn)入待測目標(biāo)層內(nèi)，此時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)有三極觀測裝置采集數(shù)據(jù)；

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