CN109488380A - 一种地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。其特征在于：包括管波监测***，管波监测***包括置于应力释放孔（3）中的管波监测装置（5），应力释放孔（3）开设在围岩（1）中，在应力释放孔（3）中注有耦合剂（4）；管波监测装置（5）包括接收换能器（7）和发射换能器（11）以及同时与接收换能器（7）和发射换能器（11）相连的管波探测仪。在本地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法中，利用了应力释放孔，实现了动力灾害解危和监测相结合，无需对围岩进行二次开孔，具有操作与后期分析简单、自动化程度高、准确性较高的优点。
Description
技术领域
一种地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。
背景技术
地下工程围岩存在片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，不仅造成支护失效，影响工程进度，甚至产生地震，对工作人员和设备构成了直接威胁。随着地下空间开发和开采深度的不断增加，地应力越来越高，岩爆等动力灾害的频度和强度均明显增加，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决，已是深部工程安全施工和工程防灾减灾急待解决的关键难题，成为我国未来深部地下工程的一大技术瓶颈问题，因此，需深入开展地下工程围岩尤其岩爆围岩的局部解危及综合监测预警技术研究。
施工应力释放孔和注水是常用的局部解危技术，目前国内缺乏针对局部解危实施效果的监测和深入研究。目前针对地下工程围岩尤其岩爆围岩孕育演化前兆的监测预警技术主要集中在微震（声发射）监测上，但该方法在工程现场属于有损监测，在实现监测的同时也会对围岩造成破坏，同时监测过程以及分析原理也较为复杂，所以灾害仍时有发生。因此提出一种结合局部解危技术开展综合监测预警研究的方法，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用应力释放孔实现了动力灾害解危和监测相结合，无需对围岩进行二次开孔，具有操作与后期分析简单、自动化程度高、准确性较高等优点的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：采用的管波监测***包括置于应力释放孔中的管波监测装置，应力释放孔开设在围岩中，在应力释放孔中注有耦合剂；管波监测装置包括接收换能器和发射换能器以及同时与接收换能器和发射换能器相连的管波探测仪，管波探测仪位于应力释放孔外部；
包括如下步骤：
步骤a，在围岩进行钻孔作业形成若干应力释放孔，并对应力释放孔进行清孔；
步骤b，将管波监测装置放入应力释放孔内，并使管波监测装置中的接收换能器延伸到预定的监测位置；
步骤c，向应力释放孔内注满耦合剂，并对应力释放孔的开口处进行封堵；
步骤d，将接收换能器和发射换能器与管波探测仪连接，开启管波探测仪，针对当前应力释放孔进行实时持续监测或进行移动监测，并记录数据与分析；
步骤e，确定应力释放孔的解危效果及解危区域；
步骤f，根据解危效果和解危区域判断是否达到预期的解危强度，如果达到预定的解危强度，执行步骤g，如果未达到预定的解危强度，则进一步对围岩进行动力灾害局部解危；
步骤g，取出管波监测装置，并放入其他应力释放孔中进行解危监测，对整个围岩的解危情况进行监测。
优选的，所述的管波监测装置还包括管体，所述的接收换能器和发射换能器间隔固定于管体内。
优选的，在管体上开设有导流孔，导流孔穿透管体的管壁使所述耦合剂进入接收换能器和发射换能器之间。
优选的，所述的接收换能器固定在管体一端的端口处。
优选的，所述管体开口端位于应力释放孔外部，且位于应力释放孔外的长度大于15cm。
优选的，管体为一体式或多段连接式，并在管体的外壁上设置有刻度。
优选的，所述应力释放孔的直径大于50mm，孔深大于1m。
优选的，所述的管波监测***还包括用于对应力释放孔开口处进行封堵的封堵件。
优选的，所述的耦合剂为水。
优选的，所述接收换能器和发射换能器在管体内的间隔距离为0.6m。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、在本地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法中，利用应力释放孔实现了动力灾害解危和监测相结合，无需对围岩进行二次开孔，具有操作与后期分析简单、自动化程度高、准确性较高的优点。
2、本发明操作与后期分析简单：利用动力灾害局部解危技术的应力释放孔作为管波监测孔，利用注水解危技术的清水作为管波监测的耦合剂，监测孔周围1米范围内的围岩管波变化情况，监测孔可任意调整，整个监测过程不影响工程的正常进行；管波后期分析简单，根据管波的变化规律与特征确定解危效果，根据监测结果采取进一步的措施，以实现真正的地下工程围岩动力灾害局部解危。
3、本发明自动化程度高：利用应力释放孔和注水解危，无需另外开挖围岩，实现了对围岩的无损监测，由管波探测仪实时采集和显示监测波形及分析，自动化程度进一步增强，节省了人力、物力。
4、本发明对围岩无损伤：利用应力释放孔和注水解危作为管波监测孔和耦合剂，节约了施工和材料成本。
5、本发明准确性较高：监测的管波容易识别，可根据管波能量变化及界面反射情况，可判断围岩内部的状态，明确围岩完整性，准确性较高，监测过程相对简单。
6、本发明应用范围广：地下工程动力灾害局部解危效应管波监测可应用于围岩的顶板冒落、岩爆动力灾害、突水等预测预报上，并且适用于围岩任何区域，应用范围更广。
7、本发明方法实现了解危与监测的结合：该方法利用动力灾害局部解危技术的应力释放孔作为管波监测孔，利用注水解危技术的清水作为管波监测的耦合剂，根据注水情况可间接反映围岩内部解危效果，利用管波法对围岩进行监测可明确围岩内部的解危区域并反馈解危效果，根据解危效果采取进一步的措施以保证安全。
8、管体可任意连接，管长不够可通过连接使得管体达到所需长度，同时管体取放方便，可随时进行其他应力释放孔的监测，方便快捷，可实现围岩的大范围监测，掌握整个围岩的情况。
附图说明
图1为地下工程动力灾害局部解危效应管波监测***结构示意图。
图2为地下工程动力灾害局部解危效应管波监测***管波监测装置安装示意图。
图3为地下工程动力灾害局部解危效应管波监测***管波监测装置结构示意图。
图4为地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法流程图。
其中：1、围岩 2、巷道 3、应力释放孔 4、耦合剂 5、管波监测装置 6、封堵件7、接收换能器 8、管体 9、导流孔 10、输出线 11、发射换能器 12、输入线。
具体实施方式
图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。
一种地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，包括地下工程动力灾害局部解危效应管波监测***，如图1所示，巷道2开设在围岩1中，在巷道2的岩壁上开设有若干应力释放孔3，在应力释放孔3中设置有管波监测装置5（图1中未画出）。
如图2所示，管波监测装置5放入应力释放孔3内之后，在应力释放孔3内部充满有耦合剂4，耦合剂4可通过水实现。在应力释放孔3的开口处设置有封堵件6，防止耦合剂4自应力释放孔3中流出，并同时通过封堵件6对管波监测装置5在应力释放孔3中的位置进行固定。管波监测装置5在应力释放孔3放置之后，其端部自应力释放孔3的端口处引出。
如图3所示，管波监测装置5包括管体8，管体8可为一体式，也可由多段螺纹连接实现，管体8优选采用塑料管。在管体8一端的端口处固定有接收换能器7，管体8固定有接收换能器7的一端首先放入应力释放孔3中。在管体8中还放置有发射换能器11，发射换能器与接收换能器7间隔设置，其间距为0.6m。在应力释放孔3的外部设置有管波探测仪，管波探测仪与接收换能器7之间由输出线10连接，管波探测仪与发射换能器11之间由输入线12连接。输入线12和输出线10分别自应力释放孔3的开口输出，并与外部的管波探测仪相连。在管体8的外壁上设置有刻度，方便对管体8深入应力释放孔3的深度进行掌握。
在管体8的管壁上开设有导流孔9，导流孔9可采用穿透管壁的任意形状的通孔实现，通过设置导流孔9，将管波监测装置5放入应力释放孔3内之后，应力释放孔3内的耦合剂4可进入管体8中，起到发射换能器11与接收换能器7之间及与围岩1之间的耦合效果。
如图4所示，地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，包括如下步骤：
步骤1001，在围岩1上开设应力释放孔3；
在高应力和具有动力灾害倾向性的围岩区域，利用钻机施工应力释放孔3并进行清孔操作。应力释放孔3的直径大于50mm，孔深大于1m。
步骤1002，将管波监测装置5放入应力释放孔3内；
将管波监测装置5放入应力释放孔3内，并根据管体8表面的刻度，将使管波监测装置5端头处的接收换能器7延伸到预定的监测位置，在将管波监测装置5放置完成之后，保证管体8位于应力释放孔3外的长度大于15cm。
步骤1003，向应力释放孔3内注入耦合剂4；
向应力释放孔3内注满清水（耦合剂4），并通过封堵件6对应力释放孔3的开口处进行封堵，以保证监测过程中始终保持应力释放孔3内充满水。封堵件6可通过封孔橡胶或气囊封孔实现。
步骤1004，开始进行解危效果监测；
将连接在发射换能器11上的输入线12以及连接在接收换能器7上的输出线10分别与应力释放孔3外部的管波探测仪连接，应力释放孔3内水位和水压变化不大后，开启管波探测仪，监测并记录数据与分析，针对该应力释放孔3进行实时持续监测。也可以对该应力释放孔3进行移动监测，在进行移动监测时，利用管体8外壁上的刻度，逐渐移动管体8在应力释放孔3内的位置，进行逐点监测，在进行逐点监测时，每次移动的距离为0.1m，在进行逐点测试的过程中，应力释放孔3内应始终注满有耦合剂4。
步骤1005，进行解危效果及解危区域的确定；
如果注水（耦合剂4）过程中，水的流失严重，能说明围岩1内部存在明显破裂演化，间接说明达到解危效果，但无法确定具体已实现解危的区域。在进行解危区域的确定时，对注水稳定后的应力释放孔3进行监测，对于完整围岩区域其管波无能量衰减，界面反射在段内明显甚至有多次反射；而对于损伤破裂演化围岩区域根据演化进程其从段内界面反射从多到不明显甚至反射消失，管波速度变低和有能量衰减等，据此可分析得到监测深度范围内应力释放孔3周围1米范围内的围岩1破裂演化情况，明确围岩1内部的解危区域。
步骤1006，判断是否达到预期的解危强度；
根据解危效果和解危区域判断是否达到预期的解危强度，如果达到预定的解危强度，执行步骤1007，如果未达到预定的解危强度，执行步骤1008。
步骤1007，进行其他应力释放孔3的监测；
取出管波监测装置5，并放入其他应力释放孔3中进行解危监测，实现围岩1的大范围监测，掌握整个围岩1的情况。
步骤1008，进一步实施解危措施；
根据本领域常规手段进一步强化应力释放孔3和注水解危或及时采取支护措施，以实现地下工程围岩动力灾害局部解危。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：采用的管波监测***包括置于应力释放孔（3）中的管波监测装置（5），应力释放孔（3）开设在围岩（1）中，在应力释放孔（3）中注有耦合剂（4）；管波监测装置（5）包括接收换能器（7）和发射换能器（11）以及同时与接收换能器（7）和发射换能器（11）相连的管波探测仪，管波探测仪位于应力释放孔（3）外部；
包括如下步骤：
步骤a，在围岩（1）进行钻孔作业形成若干应力释放孔（3），并对应力释放孔（3）进行清孔；
步骤b，将管波监测装置（5）放入应力释放孔（3）内，并使管波监测装置（5）中的接收换能器（7）延伸到预定的监测位置；
步骤c，向应力释放孔（3）内注满耦合剂（4），并对应力释放孔（3）的开口处进行封堵；
步骤d，将接收换能器（7）和发射换能器（11）与管波探测仪连接，开启管波探测仪，针对当前应力释放孔（3）进行实时持续监测或进行移动监测，并记录数据与分析；
步骤e，确定应力释放孔（3）的解危效果及解危区域；
步骤f，根据解危效果和解危区域判断是否达到预期的解危强度，如果达到预定的解危强度，执行步骤g，如果未达到预定的解危强度，则进一步对围岩（1）进行动力灾害局部解危；
步骤g，取出管波监测装置（5），并放入其他应力释放孔（3）中进行解危监测，对整个围岩（1）的解危情况进行监测。
2.根据权利要求1所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述的管波监测装置（5）还包括管体（8），所述的接收换能器（7）和发射换能器（11）间隔固定于管体（8）内。
3.根据权利要求2所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：在管体（8）上开设有导流孔（9），导流孔（9）穿透管体（8）的管壁使所述耦合剂（4）进入接收换能器（7）和发射换能器（11）之间。
4.根据权利要求2所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述的接收换能器（7）固定在管体（8）一端的端口处。
5.根据权利要求2所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述管体（8）开口端位于应力释放孔（3）外部，且位于应力释放孔（3）外的长度大于15cm。
6.根据权利要求2~5任一项所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：管体（8）为一体式或多段连接式，并在管体（8）的外壁上设置有刻度。
7.根据权利要求1所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述应力释放孔（3）的直径大于50mm，孔深大于1m。
8.根据权利要求1所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述的管波监测***还包括用于对应力释放孔（3）开口处进行封堵的封堵件（6）。
9.根据权利要求1或3所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述的耦合剂（4）为水。
10.根据权利要求2所述的地下工程动力灾害局部解危效应的管波监测方法，其特征在于：所述接收换能器（7）和发射换能器（11）在管体（8）内的间隔距离为0.6m。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20201013 Termination date: 20211129 |
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