CN103616001A - 巷道围岩体多点离层量监测与测量装置及安装和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了巷道围岩体多点离层量监测与测量装置及安装和测量方法，该装逻由离层仪、锁紧器、测量支架、位移计和铅垂组成，在围岩体中钻有一钻孔和另一钻孔，一钻孔内安装有多点离层仪，另一钻孔内安置有锁紧器，锁紧器内置有测量支架的前端套管，前端套管和锁紧器之间通过锁紧丝体紧密连接，测量支架上固定有位移计，位移计一端通过前置挂件挂住离层仪挂钩，位移计另一端通过拉绳绕过滑轮挂住铅垂，最终由位移计上的读数器直接读出读数，便可得相邻两个离层仪之间的离层量变化量。本发明为隧道及矿山井巷工程支护设计及安全生产提供了高精度的观测数据，主要用于隧道及矿山开拓巷道或回采巷道的围岩顶板、底板和帮部岩体内部引起离层量的监测。

Description

巷道围岩体多点离层量监测与测量装置及安装和测量方法

技术领域

本发明涉及一种顶底板及帮部多点离层高精度测量装置，属于隧道及矿山围岩体内部离层量测量装置技术领域，具体涉及巷道围岩体多点离层量监测与测量装置及安装和测量方法。

背景技术

目前，针对隧道及矿山围岩体内部离层量的监测，最常用的是两类仪器,一种是电子式监测仪器，另一种是机械式监测仪器。前者电子式监测仪器是将离层变化引起的位移信号转化为电子信号，实现对围岩内部离层量的监测，但存在其结构复杂、加工成本及后期维护成本高、返修率高、易受潮和水的侵蚀而引起设备失灵等缺陷，不易大面积推广使用；后者机械式监测仪器，虽然结构较简单，但存在测量精度往往较低、量程有限、易锈蚀失灵等缺陷。总结两种仪器的共同不足之处在于：离层监测点数量较少，一般为2~4个，不能完全反映围岩体内部具体的离层位置，特别是当数量超过6个以上的测点时往往无计可施；离层监测主要在顶板使用，对于两帮部及底板离层的监测不易安装操作；测量行程有限，对于围岩体变形量较大的断面，经常因其超过自身测量行程而失效；安装过程需要专业工程技术人员方可正确安装，否则将可能影响仪器的正常使用，对于未经专门培训的广大施工人员，不易正确安装操作；灵敏度低，往往仅能精确到0.1~1mm，特别是对于测绳一侧受到弹簧拉紧作用，长期暴露在潮湿的空气中，往往引起弹簧失效或锈蚀而使监测仪器失灵，导致无法真实有效地读取数据，给隧道及矿山井巷工程造成极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、多点离层监测、行程不限、安装和使用方便、造价低廉、离层量测量精度高的巷道围岩体多点离层量监测与测量装置。

本发明的另一目的是提供安装和测量方法。

为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种巷道围岩体多点离层量的监测与测量装置，该装置由多点离层仪、锁紧器、测量支架、位移计和铅垂组成，本发明的特殊之处在于围岩体中钻有一钻孔和另一钻孔，一钻孔内安装有多点离层仪，所述多点离层仪由一卡子、二卡子、N卡子、一钢丝绳、二钢丝绳、N钢丝绳和一离层仪挂钩、二离层仪挂钩、N离层仪挂钩组成，其中所述一卡子、二卡子、N卡子两侧通过弹性钢丝卡入在一钻孔的内壁上；所述一卡子、二卡子、N卡子一端依次分别与钢一丝绳、二钢丝绳、N钢丝绳一端连接，所述一钢丝绳、二钢丝绳、N钢丝绳另一端依次分别与一离层仪挂钩、二离层仪挂钩、N离层仪挂钩一端连接；所述另一钻孔内安置有锁紧器，所述锁紧器内置有测量支架前端套管，所述前端套管通过锁紧丝体与外螺纹锥体紧密连接，所述外螺纹锥体分别与锁紧环、锥形环、垫片、锁紧螺母、定位销连接，所述前端套管与测量支架固定连接，所述测量支架上固定有位移计，所述位移计由测量尺和读数器组成，所述测量支架与可移动式支架通过螺栓与托板连接，所述托板与读数器连接，所述读数器与测量尺连接，所述测量尺一端通过N钢丝绳和前置挂件挂住N离层仪挂钩，所述位移计另一端通过拉绳绕过滑轮挂住铅垂，最终由位移计上的读数器直接读出读数，所述测量支架上开有多个圆孔，可移动式支架上安装有卡簧弹子，将可移动式支架***测量支架中，通过卡簧弹子卡入不同位置的圆孔中，测量末端固定有滑轮。

所述锁紧器由外螺纹锥体、锁紧环、锥形环、垫片和锁紧螺母组成，所述外螺纹锥体上套有锁紧环，锁紧环外套有锥形环，锥形环外套有垫片，垫片外套有锁紧螺母，通过旋转锁紧螺母使外螺纹锥体和锥形环相互移近，引起锁紧环收到挤压变形后发生径向膨胀，锁紧环便牢牢锁紧在钻孔内。

所述锁紧环外缘设为锯齿状或光面，其材料为带开槽的金属材料或橡胶材料或水泥基锚固材料或有机锚固材料。

所述前端套管与测量支架为焊接或螺栓锚固连接。

所述位移计为数显游标卡尺或机械式游标卡尺或电子式位移计任意一种。

所述的外螺纹锥体应与前端套管紧密配合。

所述多点离层仪为两个或两个以上的离层仪。

所述前端套管上镶嵌有定位销，定位销应卡入带外螺纹锥体末端的卡槽内。

一种权利要求1所述测量装置的安装与测量方法：按下述步骤进行：

1）、选取所需监测岩体内部离层的断面，在围岩体中采用锚杆钻机与另一钻孔直径匹配的钻头垂直于围岩体壁面向岩体内钻进长于锁紧器5~10公分，然后将钻头换成与一钻孔直径相匹配的钻头，沿着另一钻孔中心继续向岩体深部钻进至待需观测离层指定深度后，停止继续向深处钻进，并采用钻头前的压风或者水对钻孔内部进行清孔处理，直至钻孔内再无岩渣或煤渣排出，便可取出钻杆和钻头；

2）、按照监测不同深度处的离层设计要求，选取离层仪的数量，并采用锚索或者丝杆将多点离层仪安装至钻孔指定深度，安装过程应由里向外依次安装，并将带有一挂钩一端的N钢丝绳悬露于孔壁外，为了便于后期安装锁紧器，其N钢丝绳外露端长度应不少于40公分长；

3）、安装锁紧器于另一钻孔内之前，需先装配锁紧器，将锁紧环、锥形环、垫片和依次套入外螺纹锥体中，最后在外螺纹锥体的外螺纹上旋转并锁紧螺母，但需保持锁紧环处于松弛状态即可；

4）、把N钢丝绳和N挂钩穿过锁紧器，并将锁紧器送入另一钻孔中，使得锁紧环刚好卡入钻孔孔壁，然后再次旋转锁紧螺母，使得外螺纹锥体和锥形环在外力作用下相互靠拢，从而挤压锁紧环迫使发生纵向膨胀变形而牢牢锁紧于另一钻孔内；

5）、将测量支架的前端套管套入外螺纹锥体中，并使外螺纹锥体上的定位销卡入外螺纹锥体卡槽中，然后采用锁紧丝体穿透外螺纹锥体和前端套管，使测量支架固定于锁紧器中；

6）、将位移计事先固定在测量支架的托板上，然后按住卡簧弹子使可移动式支架穿***测量支架带有圆孔的空心管中，并按住实际测量范围调整测量支架总长度，并将测量尺一端挂住带铅垂的拉绳，另一端通过前置挂件挂住所需观测的离层仪的挂钩，量测离层初始读数时，应将测量尺拉至最大量程，便于后期观测；

7）、通过读取读数器上面的表盘或显示器，便可直接得到多点离层仪所在不同深度处初始值及后期变化值，并将数据及时记录和处理，以此判断一钻孔中不同深度处的离层量。

本发明与现有的电子式监测仪器和机械式监测仪器相比，具有械结构简单、适用多点离层监测、行程不限、安装和使用方便、离层量测量精度高、造价低廉，不仅能对顶板进行离层观测，还可对其帮部甚至底板进行高精度、准确的离层观测等优点，可广泛用于隧道、矿山开拓巷道和回采巷道的围岩内部离层变化。

附图说明

图1为本发明组装的各部件纵向剖面结构示意图；

图2为图1的锁紧器剖面结构示意图；

图3为图1的锁紧环的A-A剖视结构示意图；

图4为图1的外螺纹锥体剖视结构示意图；

图5为图4的B-B剖视结构示意图；

图6为图4的C-C剖视结构示意图；

图7为图1的前端套管与测量支架和可移动式支架剖视结构示意图；

图8为图7的D-D剖视结构示意图。

图中零部件名称说明：外螺纹锥体（1）、锁紧环（2）、锥形环（3）、垫片（4）、锁紧螺母（5）、定位销（7）、前端套管（8）、测量支架（9）、圆孔（10）、螺栓11、可移动式支架（12）、卡簧弹子13、测量尺（14）、读数器（15）、滑轮16、托板（17）、离层仪挂钩（18）、铅垂（19）、一钻孔（20）、卡子（21）、钢丝绳（22）、拉绳（23）、前置挂件（24）、另一钻孔（25）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进一步说明：

参照图1-图8所示，一种巷道围岩体多点离层量的监测与测量装置，该装置由多点离层仪、锁紧器、测量支架、位移计和铅垂组成，围岩体26中钻有一钻孔20和另一钻孔25，一钻孔20内安装有多点离层仪，所述多点离层仪由一卡子21-1、二卡子21-2、N卡子21-N、一钢丝绳22-1、二钢丝绳22-2、N钢丝绳22-N和一离层仪挂钩18-1、二离层仪挂钩18-2、N离层仪挂钩18-N组成，其中所述一卡子21-1、二卡子21-2、N卡子21-N两侧通过弹性钢丝卡入在一钻孔20的内壁上；所述一卡子21-1、二卡子21-2、N卡子21-N一端依次分别与一钢丝绳22-1、二钢丝绳22-2、N钢丝绳22-N一端连接，所述一钢丝绳22-1、二钢丝绳22-2、N钢丝绳22-N另一端依次分别与一离层仪挂钩18-1、二离层仪挂钩18-2、N离层仪挂钩18-N一端连接；所述另一钻孔25内安置有锁紧器，所述锁紧器内置有测量支架前端套管8，所述前端套管8通过锁紧丝体6与外螺纹锥体1紧密连接，所述外螺纹锥体1分别与锁紧环2、锥形环3、垫片4、锁紧螺母5、定位销7连接，所述前端套管8与测量支架9固定连接，所述测量支架9上固定有位移计，所述位移计由测量尺14和读数器15组成，所述测量支架9与可移动式支架12通过螺栓11与托板17连接，所述托板17与读数器15连接，所述读数器15与测量尺14连接，所述测量尺14一端通过钢丝绳22- N和前置挂件24挂住一离层仪挂钩18-N，所述位移计另一端通过拉绳23绕过滑轮16挂住铅垂19，最终由位移计上的读数器15直接读出读数，所述测量支架9上开有多个圆孔10，可移动式支架12上安装有卡簧弹子13，将可移动式支架12***测量支架9中，通过卡簧弹子13卡入不同位置的圆孔10中，测量末端固定有滑轮16。

所述锁紧器由外螺纹锥体1、锁紧环2、锥形环3、垫片4和锁紧螺母5组成，所述外螺纹锥体1上套有锁紧环2，锁紧环2外套有锥形环3，锥形环3外套有垫片4，垫片4外套有锁紧螺母5，通过旋转锁紧螺母5使外螺纹锥体1和锥形环3相互移近，引起锁紧环2收到挤压变形后发生径向膨胀，锁紧环2便牢牢锁紧在钻孔25内。

所述锁紧环2外缘设为锯齿状或光面，其材料为带开槽的金属材料或橡胶材料或水泥基锚固材料或有机锚固材料。

所述前端套管8与测量支架9为焊接或螺栓锚固连接。

所述位移计为数显游标卡尺或机械式游标卡尺或电子式位移计任意一种。

所述的外螺纹锥体1应与前端套管8紧密配合。

所述多点离层仪为两个或两个以上的离层仪。

所述前端套管8上镶嵌有定位销7，定位销7应卡入带外螺纹锥体1末端的卡槽内。

9、一种所述测量装置的安装与测量方法：按下述步骤进行：

1）、选取所需监测岩体内部离层的断面，在围岩体26中采用锚杆钻机与钻孔（25）直径匹配的钻头垂直于围岩体26壁面向岩体内钻进长于锁紧器5~10公分，然后将钻头换成与一钻孔20直径相匹配的钻头，沿着另一钻孔25中心继续向岩体深部钻进至待需观测离层指定深度后，停止继续向深处钻进，并采用钻头前的压风或者水对钻孔内部进行清孔处理，直至钻孔内再无岩渣或煤渣排出，便可取出钻杆和钻头；

2）、按照监测不同深度处的离层设计要求，选取离层仪的数量，并采用锚索或者丝杆将多点离层仪安装至钻孔指定深度，安装过程应由里向外依次安装，并将带有挂钩18-N一端的N钢丝绳22-N悬露于孔壁外，为了便于后期安装锁紧器，其钢丝绳22-N外露端长度应不少于40公分长；

3）、安装锁紧器于另一钻孔25内之前，需先装配锁紧器，将锁紧环2、锥形环3、垫片4和依次套入外螺纹锥体1中，最后在外螺纹锥体1的外螺纹上旋转并锁紧螺母5，但需保持锁紧环2处于松弛状态即可；

4）、把钢丝绳22-N和挂钩18-N穿过锁紧器，并将锁紧器送入另一钻孔25中，使得锁紧环2刚好卡入钻孔孔壁，然后再次旋转锁紧螺母5，使得外螺纹锥体1和锥形环3在外力作用下相互靠拢，从而挤压锁紧环2迫使发生纵向膨胀变形而牢牢锁紧于另一钻孔25内；

5）、将测量支架的前端套管8套入外螺纹锥体1中，并使外螺纹锥体1上的定位销7卡入外螺纹锥体1卡槽中，然后采用锁紧丝体6穿透外螺纹锥体1和前端套管8，使测量支架固定于锁紧器中；

6）、将位移计事先固定在测量支架的托板17上，然后按住卡簧弹子13使可移动式支架12穿***测量支架9带有圆孔10的空心管中，并按住实际测量范围调整测量支架总长度，并将测量尺14一端挂住带铅垂19的拉绳23，另一端通过前置挂件24挂住所需观测的N离层仪的挂钩18-N，量测离层初始读数时，应将测量尺14拉至最大量程，便于后期观测；

7）、通过读取读数器15上面的表盘或显示器，便可直接得到多点离层仪所在不同深度处初始值及后期变化值，并将数据及时记录和处理，以此判断一钻孔20中不同深度处的离层量。

实施例1

本实施例是在某煤矿回采巷道中实施，为了监测工作面回采对其回采巷道底板采动破坏引起岩体内部离层的影响，现场采用煤科院钻机所生产的MK-3坑道钻机垂直向底板下钻进深度达16m、观测孔直径为50mm。按照技术实施方案所述的方法和步骤进行仪器各组件的安装，在底板观测孔内将21点底板离层仪布置于底板观测孔的不同深度处。以下为该工作面回采期间，回风巷道底板观测的观测情况如下：从工作面回风巷道底板离层仪相邻各测点的相对离层量（16～8m测点）可以看出，离层较大值应发生在11～12m之间，各测点之间最大离层量可达到42.58mm，相隔测次间各测点最大相对离层量达到6.24mm；从工作面回风巷道底板离层仪相邻各测点的相对离层量（8～孔口测点）可以看出，除了1m至底板之间由于巷道松动范围影响区域引起底板底鼓引起的较大数据外，8m测点～孔口测点离层较大值发生在3～2.5m之间，此段离层量可达到为12.37mm。这些观测数据充分说明，在观测孔内，底板离层量变化较为明显，在孔深8m左右处随着回采工作面的不断推进裂隙逐渐开始发育，并且发育裂隙向0～8m和8～12m两端扩展，对应底板深度3.0～2.5m和11.0～11.5m，裂隙发育程度与该处岩性有关，在观测孔深前3～2.5m位置的裂隙为巷道松动圈影响范围，在孔深12m以下原始裂隙不发育，不因采动影响而发生产生明显裂隙。通过本次观测充分表明，随着工作面的不断回采，其底板深部最大离层位置应发生在11.0～11.5m之间，该结果为矿井底板采动破坏深度取值提供了可靠数据，并对矿井今后防治底板水害及其治理起到参考和借鉴作用。

Claims (9)

1.一种巷道围岩体多点离层量的监测与测量装置，该装置由多点离层仪、锁紧器、测量支架、位移计和铅垂组成，其特征在于围岩体（26）中钻有一钻孔（20）和另一钻孔（25），一钻孔（20）内安装有多点离层仪，所述多点离层仪由一卡子（21-1）、二卡子（21-2）、N卡子（21-N）、一钢丝绳（22-1）、二钢丝绳（22-2）、N钢丝绳（22-N）和离层仪挂钩（18-1）、离层仪挂钩（18-2）、离层仪挂钩（18-N）组成，其中所述一卡子（21-1）、二卡子（21-2）、N卡子（21-N）两侧通过弹性钢丝卡入在一钻孔（20）的内壁上；所述一卡子（21-1）、二卡子（21-2）、N卡子（21-N）一端依次分别与一钢丝绳（22-1）、二钢丝绳（22-2）、N钢丝绳（22-N）一端连接，所述一钢丝绳（22-1）、二钢丝绳（22-2）、N钢丝绳（22-N）另一端依次分别与一离层仪挂钩（18-1）、二离层仪挂钩（18-2）、N离层仪挂钩（18-N）一端连接；所述另一钻孔（25）内安置有锁紧器，所述锁紧器内置有测量支架前端套管（8），所述前端套管（8）通过锁紧丝体（6）与外螺纹锥体（1）紧密连接，所述外螺纹锥体（1）分别与锁紧环（2）、锥形环（3）、垫片（4）、锁紧螺母（5）、定位销（7）连接，所述前端套管（8）与测量支架（9）固定连接，所述测量支架（9）上固定有位移计，所述位移计由测量尺（14）和读数器（15）组成，所述测量支架（9）与可移动式支架（12）通过螺栓（11）与托板（17）连接，所述托板（17）与读数器（15）连接，所述读数器（15）与测量尺（14）连接，所述测量尺（14）一端通过钢丝绳（22- N）和前置挂件（24）挂住一离层仪挂钩（18-N），所述位移计另一端通过拉绳（23）绕过滑轮（16）挂住铅垂（19），最终由位移计上的读数器（15）直接读出读数，所述测量支架（9）上开有多个圆孔（10），可移动式支架（12）上安装有卡簧弹子（13），将可移动式支架（12）***测量支架（9）中，通过卡簧弹子（13）卡入不同位置的圆孔（10）中，测量末端固定有滑轮（16）。

2.根据权利要求1所述的巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述锁紧器由外螺纹锥体（1）、锁紧环（2）、锥形环（3）、垫片（4）和锁紧螺母（5）组成，其特征还在于所述外螺纹锥体（1）上套有锁紧环（2），锁紧环（2）外套有锥形环（3），锥形环（3）外套有垫片（4），垫片（4）外套有锁紧螺母（5），通过旋转锁紧螺母（5）使外螺纹锥体（1）和锥形环（3）相互移近，引起锁紧环（2）收到挤压变形后发生径向膨胀，锁紧环（2）便牢牢锁紧在钻孔（25）内。

3.根据权利要求1和2所述巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述锁紧环（2）外缘设为锯齿状或光面，其材料为带开槽的金属材料或橡胶材料或水泥基锚固材料或有机锚固材料。

4.根据权利要求1所述巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述前端套管（8）与测量支架（9）为焊接或螺栓锚固连接。

5.根据权利要求1所述巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述位移计为数显游标卡尺或机械式游标卡尺或电子式位移计任意一种。

6.根据权利要求1所述巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述的外螺纹锥体（1）应与前端套管（8）紧密配合。

7.根据权利要求1所述巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述多点离层仪为两个或两个以上的离层仪。

8.根据权利要求1所述的巷道围岩体多点离层量监测与测量装置，其特征在于所述前端套管（8）上镶嵌有定位销（7），定位销（7）应卡入带外螺纹锥体（1）末端的卡槽内。

9.一种权利要求1所述测量装置的安装与测量方法：按下述步骤进行：

1）、选取所需监测岩体内部离层的断面，在围岩体（26）中采用锚杆钻机与钻孔（25）直径匹配的钻头垂直于围岩体（26）壁面向岩体内钻进长于锁紧器5~10公分，然后将钻头换成与一钻孔（20）直径相匹配的钻头，沿着钻孔（25）中心继续向岩体深部钻进至待需观测离层指定深度后，停止继续向深处钻进，并采用钻头前的压风或者水对钻孔内部进行清孔处理，直至钻孔内再无岩渣或煤渣排出，便可取出钻杆和钻头；

2）、按照监测不同深度处的离层设计要求，选取离层仪的数量，并采用锚索或者丝杆将多点离层仪安装至钻孔指定深度，安装过程应由里向外依次安装，并将带有挂钩（18-N）一端的N钢丝绳（22-N）悬露于孔壁外，为了便于后期安装锁紧器，其钢丝绳（22-N）外露端长度应不少于40公分长；

3）、安装锁紧器于另一钻孔（25）内之前，需先装配锁紧器，将锁紧环（2）、锥形环（3）、垫片（4）和依次套入外螺纹锥体（1）中，最后在外螺纹锥体（1）的外螺纹上旋转并锁紧螺母（5），但需保持锁紧环（2）处于松弛状态即可；

4）、把钢丝绳（22）和挂钩（18）穿过锁紧器，并将锁紧器送入另一钻孔（25）中，使得锁紧环（2）刚好卡入钻孔孔壁，然后再次旋转锁紧螺母（5），使得外螺纹锥体（1）和锥形环（3）在外力作用下相互靠拢，从而挤压锁紧环（2）迫使发生纵向膨胀变形而牢牢锁紧于钻孔（25）内；

5）、将测量支架的前端套管（8）套入外螺纹锥体（1）中，并使外螺纹锥体（1）上的定位销（7）卡入外螺纹锥体（1）卡槽中，然后采用锁紧丝体（6）穿透外螺纹锥体（1）和前端套管（8），使测量支架固定于锁紧器中；

6）、将位移计事先固定在测量支架的托板（17）上，然后按住卡簧弹子（13）使可移动式支架（12）穿***测量支架（9）带有圆孔（10）的空心管中，并按住实际测量范围调整测量支架总长度，并将测量尺（14）一端挂住带铅垂（19）的拉绳（23），另一端通过前置挂件（24）挂住所需观测的N离层仪的挂钩（18-N），量测离层初始读数时，应将测量尺（14）拉至最大量程，便于后期观测；

7）、通过读取读数器（15）上面的表盘或显示器，便可直接得到多点离层仪所在不同深度处初始值及后期变化值，并将数据及时记录和处理，以此判断一钻孔（20）中不同深度处的离层量。

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