本申请涉及煤矿地质勘探技术领域，具体涉及一种岩层沉降观测装置及方法。
背景技术：
目前，岩层沉降观测主要依靠测量地表的沉降量实现。技术研发人员在实现本申请的过程中发现，现有的依靠地表的沉降量观测岩层沉降具有一定的滞后性，很难及时地反应各地层的沉降变化，导致观测结果不够准确。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提出一种岩层沉降观测装置及岩层沉降量获取方法，以解决上述技术问题。
本申请提出一种岩层沉降观测装置，其包括：观测钻孔、第一套管、第二套管、多个沉降磁环、测井电缆和电磁传感器，所述第一套管设置在所述观测钻孔内，所述多个沉降磁环按照平行于观测钻孔深度的方向并行地套设在所述第一套管上，所述多个沉降磁环位于第一套管与观测钻孔之间，所述第一套管与观测钻孔之间还填充有将第一套管与观测钻孔连为一体的凝固剂，所述第二套管嵌套在第一套管内，所述测井电缆带动电磁传感器在所述第二套管内沿平行于观测钻孔深度的方向移动，所述测井电缆与电磁传感器电连接。
可选地，还包括：绞车和滑轮，所述滑轮悬挂在观测钻孔上方，所述测井电缆绕过滑轮，将绞车和电磁传感器连接。
可选地，还包括：可溶性卡箍，每个沉降磁环均通过两个可溶性卡箍固定在第一套管上，所述沉降磁环位于两个可溶性卡箍之间。
可选地，还包括：连接法兰，所述第一套管通过连接法兰与地表连接。
可选地，还包括至少三个固定铁片，至少三个固定铁片沿沉降磁环周向均匀分布，每个固定铁片的第一端固定在沉降磁环上，与第一端相对设置的第二端位于沉降磁环与观测钻孔之间，且朝向靠近观测钻孔孔底的方向延伸，所述第二端上设置有水平翻边，所述水平翻边与观测钻孔的孔深方向垂直。
可选地，所述观测钻孔的孔径≥127mm。
可选地，所述第一套管为pvc管。
可选地，所述第二套管为玻璃钢套管。
可选地，所述凝固剂为水泥浆。
本申请还提供一种基于如上所述的岩层沉降观测装置的岩层沉降量获取方法，其包括：待测岩层沉降地区上打设观测钻孔，观测钻孔钻穿目标煤层的底板后终孔；将沉降磁环安装在第一套管上，并将第一套管下入观测钻孔内；在第一套管内下入第二套管；在观测钻孔与第一套管之间注入凝固剂；凝固剂凝固后，监测回采工作面的推进距离；当回采工作面推进至距离观测钻孔第一预定距离时，向第二套管内匀速下入电磁传感器，获取每个沉降磁环的初始位置；将电磁传感器匀速提升，获取每个沉降磁环的沉降位置；根据所述沉降位置和初始位置计算岩层沉降量。
本申请提供的岩层沉降观测装置及岩层沉降量获取方法通过设置观测钻孔、第一套管、第二套管、多个沉降磁环、测井电缆和电磁传感器，通过在不同深度位置布设沉降磁环并与观测钻孔的孔壁连为一体，电磁传感器感应每个沉降磁环的电信号，以获得不同深度的岩层沉降量，可大大提高岩层沉降量观测的及时性和准确性，而且还可实现1根测井电缆对多个沉降点进行观测，不仅可节省观测时间，提高观测效率，还可简化观测装置，增加测点数量。
附图说明
图1是本申请的岩层沉降观测装置的结构示意图。
图2是本申请的沉降磁环的安装示意图。
图3是本申请的岩层沉降量获取方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的岩层沉降观测装置的结构示意图，如图1所示，本申请提供的岩层沉降观测装置，其包括：观测钻孔4、第一套管5、第二套管3、多个沉降磁环7、测井电缆6和电磁传感器8。
所述第一套管5设置在所述观测钻孔4内，所述多个沉降磁环7按照平行于观测钻孔4深度的方向并行地套设在所述第一套管5上，所述多个沉降磁环7位于第一套管5与观测钻孔4之间。
所述第一套管5与观测钻孔4之间还填充有凝固剂，凝固剂将第一套管5和观测钻孔4连为一体。所述第二套管3嵌套在第一套管5内。
在本实施例中，观测钻孔4的孔径不小于127mm，第一套管5采用pvc(polyvinylchloride，聚氯乙烯)套管，其孔径约为89mm，第二套管3采用玻璃钢套管，其孔径约为50mm。
所述测井电缆6带动电磁传感器8在第二套管4内沿平行于观测钻孔4深度的方向移动。所述测井电缆6与电磁传感器8电连接。
在一个具体实施例中，电磁传感器8的型号为ss495a，测井电缆是地面系统与地下仪器之间作为挂重连接以及传输测量数据用的连接线，属于现有设备。沉降磁环7的型号为jk-53。
岩层沉降观测装置使用时，先在待测岩层沉降地区上打设观测钻孔4，观测钻孔4钻穿目标煤层11的底板后，终孔。
从观测钻孔4揭露的地层中选定要观测的岩层，一般选单层厚度较大、岩石抗压强度较高的岩层作为观测层，一个观测层至少对应一个沉降磁环7。
计算好每个沉降磁环7预下入的深度后，将沉降磁环7逐一安装在预定位置。然后，将第一套管5逐节下入观测钻孔4中，并送至孔底。
在第一套管5中再下入第二套管3作为观测通道。第二套管3在后续观测数据时，起到对电磁传感器8和测井电缆6的保护作用。
在第一套管5和观测钻孔4的孔壁之间的空间内注入凝固剂。凝固48小时以上，使沉降磁环7与观测钻孔4的孔壁岩层充分固结，形成一体。在本实施中，凝固剂采用水泥浆，以降低成本。
当回采工作面推进至观测钻孔4附近(一般距离观测钻孔100m左右)时，向第二套管3内下入电磁传感器8，先观测沉降磁环7的初始位置，做好基准测量后，开始观测岩层沉降量，每间隔12～15min观测一次。每次提升或下放时，电磁传感器8要经过所有的沉降磁环7，将感应到的电信号和沉降磁环7所在的深度发送到上位机上，供工作人员查看。
提升或下放电磁传感器8时，应保持匀速，并以电信号峰值时刻为观测测绳的时刻点，以保证测量精度。
本申请提供的岩层沉降观测装置通过设置观测钻孔、第一套管、第二套管、多个沉降磁环、测井电缆和电磁传感器，通过在不同深度位置布设沉降磁环并与观测钻孔的孔壁连为一体，电磁传感器感应每个沉降磁环的电信号，以获得不同深度的岩层沉降量，可大大提高岩层沉降量观测的及时性和准确性，而且还可实现1根测井电缆对多个沉降点进行观测，不仅可节省观测时间，提高观测效率，还可简化观测装置，增加测点数量。
进一步地，岩层沉降观测装置还包括：绞车1和滑轮2。
所述滑轮2悬挂在观测钻孔4的正上方，例如，滑轮2可采用现有的支架悬挂在观测钻孔4的正上方。
所述测井电缆6绕过滑轮2，将绞车1和电磁传感器8连接。
通过设置绞车1和滑轮2，可实现电磁传感器8的机械化升降，降低工人的劳动强度，而且还可方便电磁传感器8升降速度的一致性。
优选地，如图2所示，岩层沉降观测装置还包括：可溶性卡箍10，可溶性卡箍10为现有设备。
每个沉降磁环7均通过两个可溶性卡箍10固定在第一套管5上，所述沉降磁环7位于两个可溶性卡箍10之间。
每个沉降磁环7通过两个可溶性卡箍10固定在第一套管5上，可增加沉降磁环7的安装牢固性，避免施工期间，沉降磁环7发生滑动。
而且，可溶性卡箍10在加入凝固剂后，能够逐渐分解，并不影响沉降磁环7在第一套管5上自由移动。岩层沉降时，实现沉降磁环7与岩体一起同步沉降。
优选地，岩层沉降观测装置还包括：连接法兰，所述第一套管5通过连接法兰与地表连接，以保证第一套管5的安装牢固性。
本实施例中，连接法兰的孔径大于观测钻孔4。连接法兰也为现有设备，采用孔径约为159mm的钢管固定在地表上。
进一步地，岩层沉降观测装置包括至少三个固定铁片9，至少三个固定铁片9沿沉降磁环7周向均匀分布。
每个固定铁片9的第一端固定在沉降磁环7上，与第一端相对的第二端位于沉降磁环7与观测钻孔4之间，且朝向靠近观测钻孔4孔底的方向延伸。
固定铁片9的第二端上设置有水平翻边，所述水平翻边与观测钻孔的孔深方向垂直。在本实施例中，固定铁片为矩形片。
通过设置固定铁片4，可使得沉降磁环7更好地与观测钻孔4的孔壁连为一体，保证沉降磁环7与岩体沉降的同步性，提高观测的精确度。
进一步地，岩层沉降观测装置还包括上位机，所述电磁传感器8、绞车1均与上位机电连接。
上位机控制绞车1定时升降电磁传感器8，以实现数据的自动采集。电磁传感器8采用无线传输方式将数据传递至上位机，上位机对数据进行保存、显示等操作。
其中，上位机为现有设备。上位机采用现有的电路连接方式与电磁传感器8、绞车1电连接。上位机采用现有的逻辑编程实现控制功能。
通过设置上位机，可实现数据的自动采集，提高观测的自动化水平。
基于上述的岩层沉降观测装置，如图3所示，本申请还提供一种岩层沉降量获取方法，其包括：
s100，待测岩层沉降地区上打设观测钻孔，观测钻孔钻穿目标煤层的底板后终孔；
s200，将沉降磁环安装在第一套管上，并将第一套管下入观测钻孔内；
s300，在第一套管内下入第二套管；
s400，在观测钻孔与第一套管之间注入凝固剂；
s500，凝固剂凝固后，监测回采工作面的推进距离；
s600，当回采工作面推进至距离观测钻孔第一预定距离时，向第二套管内匀速下入电磁传感器，获取每个沉降磁环的初始位置；
在本实施例中，第一预定距离约为100m。
s700，将电磁传感器匀速提升，获取每个沉降磁环的沉降位置；
s800，根据所述沉降位置和初始位置计算岩层沉降量。
根据同一个沉降磁环前后位置的差值，即可获得岩层沉降量。
进一步地，当回采工作面推过观测钻孔第二预定距离后，观测时间间隔增大为原观测时间间隔的4-5倍，以节省成本。
原观测时间间隔为12-15分钟，增大后的观测时间间隔为1h。在本实施例中，第二预定距离约为200m。
本申请提供的岩层沉降量获取方法通过设置观测钻孔、第一套管、第二套管、多个沉降磁环、测井电缆和电磁传感器，通过在不同深度位置布设沉降磁环并与观测钻孔的孔壁连为一体，电磁传感器感应每个沉降磁环的电信号，以获得不同深度的岩层沉降量，可大大提高岩层沉降量观测的及时性和准确性，而且还可实现1根测井电缆对多个沉降点进行观测，不仅可节省观测时间，提高观测效率，还可简化观测装置，增加测点数量。
以上，结合具体实施例对本申请的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本申请的思想。本领域技术人员在本申请具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本申请保护范围之内。
1.一种岩层沉降观测装置，其特征在于，包括：观测钻孔、第一套管、第二套管、多个沉降磁环、测井电缆和电磁传感器，所述第一套管设置在所述观测钻孔内，所述多个沉降磁环按照平行于观测钻孔深度的方向并行地套设在所述第一套管上，所述多个沉降磁环位于第一套管与观测钻孔之间，所述第一套管与观测钻孔之间还填充有将第一套管与观测钻孔连为一体的凝固剂，所述第二套管嵌套在第一套管内，所述测井电缆带动电磁传感器在第二套管内沿平行于观测钻孔深度的方向移动，所述测井电缆与电磁传感器电连接。
2.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，还包括：绞车和滑轮，所述滑轮悬挂在观测钻孔上方，所述测井电缆绕过滑轮，将绞车和电磁传感器连接。
3.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，还包括：可溶性卡箍，每个沉降磁环均通过两个可溶性卡箍固定在第一套管上，所述沉降磁环位于两个可溶性卡箍之间。
4.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，还包括：连接法兰，所述第一套管通过连接法兰与地表连接。
5.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，还包括至少三个固定铁片，至少三个固定铁片沿沉降磁环周向均匀分布，每个固定铁片的第一端固定在沉降磁环上，与第一端相对设置的第二端位于沉降磁环与观测钻孔之间，且朝向靠近观测钻孔孔底的方向延伸，所述第二端上设置有水平翻边，所述水平翻边与观测钻孔的孔深方向垂直。
6.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，所述观测钻孔的孔径≥127mm。
7.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，所述第一套管为pvc管。
8.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，所述第二套管为玻璃钢套管。
9.如权利要求1所述的岩层沉降观测装置，其特征在于，所述凝固剂为水泥浆。
10.一种基于权利要求1-9任一所述的岩层沉降观测装置的岩层沉降量获取方法，其特征在于，包括：
待测岩层沉降地区上打设观测钻孔，观测钻孔钻穿目标煤层的底板后终孔；
将沉降磁环安装在第一套管上，并将第一套管下入观测钻孔内；
在第一套管内下入第二套管；
在观测钻孔与第一套管之间注入凝固剂；
凝固剂凝固后，监测回采工作面的推进距离；
当回采工作面推进至距离观测钻孔第一预定距离时，向第二套管内匀速下入电磁传感器，获取每个沉降磁环的初始位置；
将电磁传感器匀速提升，获取每个沉降磁环的沉降位置；
根据所述沉降位置和初始位置计算岩层沉降量。
技术总结