CN110318795A - 一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***及监测方法，所述监测***包括：孔内成像监测***，用于监测锚固件锚固范围内的不同深度的围岩裂隙发育情况；孔内多点位移计监测***，用于监测钻孔内不同阶段不同深度的巷道围岩深浅部离层变形的发展状况；锚固件锚固力监测***，用于监测煤矿锚固件支护巷道围岩的锚固力变化；硐壁表面变形监测***，用于监测硐壁表面围岩的相对位移。本发明的联合监测方法，设计了合理测点布置原则，来获得围岩与锚喷支护变形特性；多源监测结果，解决了传统信息化监测易于形成信息孤岛、数据不连续的缺点，保证监测结果的完整性；多源监测结果相互印证，能够合理制定支护对策。

Description

一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***及监测方法

技术领域

本发明属于煤矿矿井建设领域，具体涉及一种巷道变形特性联合监测***及监测方法，更具体地涉及煤矿锚网喷支护巷道围岩变形监测的传感器布置、监测方法和数据联合分析的方法，适用于新奥法施工煤矿巷道过程中的信息化监测。

背景技术

煤矿锚网喷支护巷道的变形特性是施工过程中评估支护方案合理性和适时变更支护参数的重要依据，监测获得准确的围岩与支护共同作用变形特性是保障巷道掘砌安全的基础工作之一。

现有的煤矿巷道围岩变形特性监测方法包括：孔内多点位移计监测内部离层变形、巷道表面收敛变形监测、锚杆(索)受力监测、钻孔窥视监测及上述方法的组合应用等。

煤矿井下锚网喷支护巷道受矿山压力和剧烈的***施工扰动作用，现有监测手段在现场应用过程中往往存在传感器抗爆振性能差；表面测点和直读式仪表被施工反复喷浆破坏；大断面巷道掘支后，矸石堆积情况动态变化、光线暗、干扰因素多，引起测读数据困难等问题；导致了监测数据的不连续性。此外，两种以上的方法组合应用时，监测结果互为信息孤岛，难以相互佐证，且定性和定量监测未见相互结合分析。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***及监测方法。针对煤矿巷道围岩与锚网喷支护变形特性难以准确获得的特点，采用孔内成像监测、孔内多点位移计监测、锚固件锚固力监测和硐壁表面变形监测四种技术手段联合进行监测，采用定性、定量相结合的评价办法来获得围岩与锚网喷支护变形特性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，所述监测***包括：

孔内成像监测***，所述孔内成像监测***包括孔内成像监测装置，所述孔内成像监测装置设于监测断面上的钻孔内，用于监测锚固件锚固范围内的不同深度的围岩裂隙发育情况，获得不同深度的孔壁图像；

孔内多点位移计监测***，所述孔内多点位移计监测***包括多点位移计监测装置，所述多点位移计监测装置设于所述钻孔内，用于监测钻孔内不同阶段不同深度的巷道围岩深浅部离层变形的发展状况；

锚固件锚固力监测***，所述锚固件锚固力监测***设于巷道监测断面处锚固件的张端部，用于监测煤矿锚固件支护巷道围岩的锚固力变化；

硐壁表面变形监测***，所述硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与所述多点位移计监测装置的安装位置相匹配，用于监测硐壁表面围岩的相对位移。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述锚固件为锚索和锚杆，所述锚固件锚固力监测***包括多个锚固件测力计，所述锚固件测力计包括锚索测力计和锚杆测力计，所述锚索测力计和所述锚杆测力计分别对锚索和锚杆支护的巷道围岩测量锚固力。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述锚固件测力计为钢弦式传感器测力计，所述钢弦式传感器测力计采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述锚索测力计安装在监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部锚索所处的位置，所述锚索测力计中间的锚杆张端部安装有所述锚杆测力计。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述钻孔分布在巷道监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部，所述钻孔的深度不小于所述锚索的安装孔深度。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述多点位移计监测装置包括角位移传感器、磁芯滑轮、钢丝绳、钢套筒、导杆、主控制器和电源；

所述导杆深入所述钻孔内，并通过所述导杆上的锚点固定在内壁围岩上，所述钢丝绳绕过磁芯滑轮固定在所述导杆的锚点上，发条弹簧使得所述钢丝绳保持恒定的张力，围岩产生位移时所述钢丝绳进行相应伸缩；

所述角位移传感器、磁芯滑轮、钢丝绳均封装在所述钢套筒中，所述钢套筒设于所述钻孔口部，所述角位移传感器感应所述磁芯滑轮上的磁场变化，通过磁芯滑轮的转动输出信号数据至所述主控制器和电源，形成与所述钢丝绳移动量呈线性对应关系的数据，并通过导线引出。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述角位移传感器为磁电阻式角位移传感器；

优选地，所述磁电阻式角位移传感器为磁电阻双轴角度传感器。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述钢套筒的顶端设置有凸起，所述凸起为底端开口的筒状结构，所述凸起与所述钢套筒连通，所述凸起的底端与所述钢套筒的顶端密封连接，所述凸起置于所述钻孔内；

优选地，所述钢套筒的外侧设有多个锚固螺栓孔，膨胀螺栓通过所述锚固螺栓孔将所述钢套筒固定在围岩上。

在如上所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，优选，所述硐壁表面变形监测***的硐壁表面变形监测点距离多点位移计监测***的距离不超过锚杆间排距的二分之一。

一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

(1)锚固件测力计的安装步骤，

首先在监测断面内支护锚索和锚杆，然后在锚索和锚杆相应的张端部安装锚索测力计和锚杆测力计，并将锚索测力计和锚杆测力计均采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置，各测力计安装后及时对巷道围岩施工混凝土喷层，封闭围岩；

(2)孔内成像监测装置的安装步骤，

在巷道监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部分别钻孔，在孔内放置孔内成像监测装置，观测围岩裂隙发育情况；

(3)多点位移计监测装置的安装步骤，

孔内成像窥视完成后，在钻孔内埋设多点位移计监测装置，根据多点位移计监测装置的钢丝绳的伸长通过多点位移计监测装置的角位移传感器输出线性信号获得不同深度围岩的离层变形情况，反映围岩内距硐壁深浅部的离层变形；

(4)硐壁表面变形监测***的布置步骤，

硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与多点位移计监测装置的安装位置相匹配，采用全站仪和局部范围内自由设站测量各点之间的相对位移，用于监测硐壁表面围岩的相对位移；

(5)数据相关性处理步骤，

对多源监测结果进行交叉对比、相互佐证、综合分析，综合分析评价围岩与支护的变形特性，用于制定支护对策。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明采用孔内成像监测***、孔内多点位移计监测***、锚固件锚固力监测***和硐壁表面变形监测***四种技术手段联合进行监测，具体涉及煤矿锚网喷支护巷道变形监测的传感器布置、监测方法和数据联合分析。本发明的联合监测方法具备的优异效果主要有：

1、设计了合理测点布置原则，采用直接、间接相结合，定性、定量相结合的评价办法来获得围岩与锚喷支护变形特性；

2、获得多源监测结果，解决了传统信息化监测易于形成信息孤岛、数据不连续的缺点，保证监测结果的完整性；

3、对多源监测结果进行交叉对比、相互佐证、综合分析，能够得出围岩与支护的变形特性，准确度更高；

4、能够在煤矿巷道***扰动大、混凝土复喷次数多、断面台阶法施工空间变化快等不利条件下，保证测试传感器和测点的存活率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的煤矿锚网喷支护巷道监测断面的布置图；

图2为本发明实施例的孔内成像监测***结构示意图；

图3为本发明实施例的孔内多点位移计监测***结构示意图；

图4为本发明实施例的多点位移计装置俯视图；

图5为本发明实施例的磁电阻式角位移传感器的布置图。

图中：1、监测断面；2、围岩；3、钻孔；4、锚杆；5、锚索；6、锚杆测力计；7、锚索测力计；8、硐壁表面变形监测点；9、孔内窥视仪；10、视窗；11、高清摄像头；12、中空螺纹连接杆；13、深度计数器；14、主机；15、磁电阻式角位移传感器；16、磁芯滑轮；17、钢丝绳；18、钢丝绳线圈；19、发条弹簧；20、扭杆；21、导线；22、主控制器和电源；23、钢套筒；24、导杆；25、锚点；26、导线孔；27、接头；28、锚固螺栓孔；29、粘结层；30、磁铁。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供了一种煤矿锚网喷支护巷道围岩变形特性联合监测***及其监测方法，巷道围岩2采用锚网喷进行支护，本发明的巷道围岩2和锚喷支护结构的变形特性联合监测以围岩2内部裂隙发育情况、不同深度离层变形为主要分析对象，硐壁表面变形、锚索(杆)受力变化规律为辅助分析对象，在煤矿锚网喷支护巷道待测断面联合应用上述四种监测技术，交叉对比、相互佐证、综合分析得出围岩变形特性，进行支护合理性设计。

联合监测方法中的巷道监测断面1是指选定位置的两排锚杆4及其之间的区域，断面内支护包括锚杆4、锚索5，在掘进后及时施工。

本发明的锚网喷支护巷道围岩2变形特性联合监测***包括：

锚固件锚固力监测***，锚固件锚固力监测***设于巷道监测断面1处锚固件的张端部，用于监测煤矿锚固件支护巷道围岩2的锚固力变化；锚固件为锚索5和锚杆4，锚固件锚固力监测***包括多个锚固件测力计，锚固件测力计包括锚索测力计7和锚杆测力计6，锚索测力计7和锚杆测力计6分别对锚索5和锚杆4支护的巷道围岩2测量锚固力。

如图1所示，锚索测力计7安装在监测断面1的顶部、两拱肩和侧墙中部锚索5所处的位置，锚索测力计7中间的锚杆4张端部安装有锚杆测力计6，每个监测断面1安装五个锚索测力计7和六个锚杆测力计6，本发明实施例中的锚固件测力计为钢弦式传感器测力计，实时监测张拉力至满足设计要求，钢弦式传感器测力计采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置，此处***扰动小、且方便采集数据，可防止多次复喷浆遮挡仪表，测力计安装后现场及时施工混凝土喷层封闭围岩2。

在巷道混凝土喷层固结后，在监测断面1的顶部、两拱肩和侧墙中部进行钻孔3，钻孔3的深度不小于锚索5的安装孔深度，钻孔3位于锚索5间距和排距的中心位置；在钻孔3内安装孔内成像监测***，孔内成像监测***包括孔内成像监测装置，孔内成像监测装置用于监测锚固件锚固范围内的不同深度的围岩2裂隙发育情况，获得不同深度的孔壁图像。

如图2所示，孔内成像监测装置包括孔内窥视仪9，在钻孔3内采用孔内窥视仪9观测围岩2裂隙发育情况，孔内窥视仪9包括高清摄像头11、深度计数器13和主机14，高清摄像头11通过深度计数器13电连接主机14，高清摄像头11通过视窗10记录孔内围岩2内壁图像，深度计数器13通过采集中空螺纹连接杆12引起的滑轮转动角位移，记录高清摄像头11在钻孔3内的深度，将图像与深度数据由主机14耦合采集，形成钻孔3内不同深度的完整窥视图，可直观反映围岩2裂隙发育情况。

在本发明的具体实施例中，深度计数器13设置在钻孔3孔口处，深度计数器13内设置有两个滑轮，两个滑轮中间夹持有中空螺纹连接杆12，中空螺纹连接杆12内设有连接线，中空螺纹连接杆12的一端夹持在两个滑轮之间，另一端与高清摄像头11螺纹连接，通过手动推动中空螺纹连接杆12可使连接杆在孔内移动，中空螺纹连接杆12的移动引起滑轮的转动，每个滑轮连接有角度传感器，通过测量滑轮的角位移输出中空螺纹连接杆12的行程大小，将中空螺纹连接杆12行程大小等同于高清摄像头11在钻孔3内的行程，行程测量与图像一一对应；在滑轮与高清摄像头11之间的中空螺纹连接杆12需要保持相互拧紧而不产生虚位移，用中空螺纹连接杆12套设连接线通过滑轮传动，避免了连接线直接与滑轮接触导致的松垮造成重影，同时用双滑轮加上对应的角度传感器进行数据输出，精度更高，此外，操作使用时避免了在地面上固定连接线底座的工序，测试更为方便。

孔内窥视完成后，将孔内成像监测装置取出，然后在钻孔3内埋设孔内多点位移计监测***，孔内多点位移计监测***包括多点位移计监测装置，多点位移计监测装置设于钻孔3内，用于监测孔内不同阶段不同深度的巷道围岩2深浅部离层变形的发展状况。

如图3和5所示，多点位移计监测装置包括磁电阻式角位移传感器15、磁芯滑轮16、钢丝绳17、钢丝绳线圈18、发条弹簧19、钢套筒23、导杆24、主控制器和电源22。

磁电阻式角位移传感器15封装在钢套筒23中，钢套筒23设于钻孔3口部，磁电阻式角位移传感器15感应磁芯滑轮16上的磁场变化，监测磁芯滑轮16上中心的磁铁30的转动，通过磁芯滑轮16的转动输出信号数据至主控制器和电源22，形成与钢丝绳17移动量呈线性对应关系的数据；磁芯滑轮16的转动与钢丝绳17的线位移具有线性传递关系，钢丝绳17通过合理绕线形成钢丝绳线圈18，钢丝绳线圈18上安装安装有发条弹簧19，发条弹簧19保证钢丝绳17具有恒定的张力，且通过扭杆20实现线圈的回卷，磁电阻式角位移传感器15通过导线21引出与外部监测***连接从而实现监测。

在本发明的具体实施例中，磁电阻式角位移传感器15为磁电阻双轴角度传感器，其利用的是磁性多层膜材料的磁电阻效应对磁场进行感应，比常规电阻类传感元件具有更大的电阻变化率，更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，一般无需外部信号放大处理电路，适于电池供电。

磁芯滑轮16和其中心的磁铁30同轴，磁电阻式角位移传感器15与磁铁30不接触，磁电阻式角位移传感器15通过支柱进行支撑，导线21从支柱内穿出连接至主控制器和电源22；钢丝绳17优选为不锈蚀的钢丝绳17。

在安装多点位移计监测装置时，首先将导杆24深入钻孔3内，导杆24为螺纹连接杆，导杆24上不同深度处设有多个锚点25，多个锚点25按照孔深等间距布置，锚点25、角位移传感器及其磁芯滑轮16一一对应，本发明的具体实施例中锚点25设置有6个，当然在其他实施例中根据施工需求也可以设置成其他数量；其中导杆24在钻孔3内的最深处设有锚点25，导杆24上还设有多个导线孔26，用于贯穿钢丝绳17，在钢套筒23和导线孔26之间还设有接头27，钢丝绳17包括第一钢丝绳和第二钢丝绳，每个锚点25均连接一根第一钢丝绳的一端，第一钢丝绳的另一端和第二钢丝绳通过接头27连接，第二钢丝绳的另一端缠绕在钢丝绳线圈上；接头27的设置更加方便安装，可先安装锚点25及第一钢丝绳，然后再通过第二钢丝绳绕过磁芯滑轮16与传感器连接，操作方便。导杆24将其上的锚点25送至不同深度钻孔3嵌固在内壁围岩2上，锚点25连接的第一钢丝绳穿过导线孔26，防止孔内多跟钢丝绳17相互缠绕，确保检测结果更准确；绕过导线孔26的第一钢丝绳通过接头27后连接第二钢丝绳，并绕过磁芯滑轮16与钢丝绳线圈18连接；钢丝绳17通过发条弹簧19保持恒定的张力，且通过扭杆20实现线圈的回卷，围岩2产生位移，钢丝绳17进行相应伸缩。

在本发明的具体实施例中，锚点25能够与钻孔3的孔壁紧密嵌固，并可在导杆24上滑动；导杆24连接锚点25的端部是螺纹杆，用于固定锚点25。

在本发明的具体实施例中，导线孔26应保证钢丝绳17能够穿过并顺畅地滑动。

然后将钢套筒23塞入钻孔3口部，其中钢套筒23为圆型盒状封装结构，钢套筒23的顶端设置有横截面为环形的凸起，凸起置于钻孔3内，固定钢套筒23在钻孔3中心位置，第二钢丝绳穿过凸起的顶端通过接头27连接第一钢丝绳；钢套筒23上的凸起与导杆24螺纹连接，凸起深入孔内调整位置后，固定钢套筒23，最后通过发条弹簧19回转，收紧孔内的松弛余量，使得钢丝绳保持张力。钢套筒23内封装有磁芯滑轮16、磁电阻式角位移传感器15、钢丝绳线圈18，钢丝绳线圈18上设有发条弹簧19和扭杆20，磁电阻式角位移传感器15固定在钢套筒23内，磁电阻式角位移传感器15的导线21贯穿钢套筒23与外界主控制器和电源22连接，钢套筒23与围岩2之间采用环氧树脂胶粘形成粘结层29，钢套筒23与外部相通的空洞采用遇水膨胀胶垫圈保证其具有防水性。

最后，用膨胀螺栓将钢套筒23沿锚固螺栓孔28固定在围岩2上；安装好钢套筒23后，旋转扭杆20回卷钢丝绳17，保证其具有初始张力。

在本发明的具体实施例中，主控制器及电源优选集成定时器电路的处理器和电池供电方式，特别地电池供电线路应设计为一套并联安装电路，可保证长期监测时实现不断电换电池。

磁电阻式角位移传感器15、磁芯滑轮16、磁铁30、发条弹簧19和扭杆20均有多个；每个锚点25连接的钢丝绳17均是绕过磁芯滑轮16缠绕至钢丝绳线圈18上，同时每个磁铁30相应的磁电阻式角位移传感器15将接收的电磁信号通过导线21传输至主控制器和电源22处，进行信号转换和分析；在本发明的具体实施例中，磁电阻式角位移传感器15、磁芯滑轮16、磁铁30、发条弹簧19和扭杆20有六个，且呈环形阵列排布，封装在钢套筒23中，钢套筒23外侧周向布置有三个锚固螺栓孔28，用于将钢套筒23锚固在围岩2上。当然，在其他的实施例中，磁电阻式角位移传感器15、磁芯滑轮16、磁铁30、发条弹簧19、扭杆20和锚固螺栓孔28也可以是根据现场测试需要来确定的其他数量，如果围岩2结构面发育、岩体强度低，可安装6～7个锚点25，如围岩2强度高、完整性好，可少用几个锚点25。

在钻孔3孔口0.2m处还安设有硐壁表面变形监测***，硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与多点位移计监测装置的安装位置相匹配，用于监测硐壁表面围岩2的相对位移，距离多点位移计监测装置的距离不应超过锚杆4间排距的二分之一，硐壁表面变形监测点8采用2*2mm的反射片用热熔胶找平粘贴在硐壁围岩2表面。

在本发明的具体实施例中，硐壁表面变形监测装置的仪器选用全站仪，采用局部范围内自由设站测量各点之间的相对位移；通过10分钟以内对断面的重复测试确定煤矿井底昏暗条件下的综合比例误差约为1‰，以±0.5mm为精度要求，则应保证全站仪每次架设位置相差不超过5m。

本发明还提供了一种煤矿锚网喷支护巷道围岩变形特性联合监测方法，具体包括如下步骤：

(1)锚固件测力计的安装

首先在监测断面内进行锚网喷支护，然后在锚索和锚杆相应的张端部安装锚索测力计和锚杆测力计，并将锚索测力计和锚杆测力计均采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置，锚固件测力计安装后及时对巷道围岩施工混凝土喷层，封闭围岩；

(2)孔内成像监测装置的安装

在巷道围岩的混凝土喷层固结后，在巷道监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部分别钻孔，在孔内放置孔内成像监测装置，采用孔内窥视仪观测不同深度的围岩裂隙发育情况；

(3)孔内多点位移计监测装置的安装

孔内成像窥视完成后，在钻孔内埋设多点位移计监测装置，根据钢丝绳的收缩通过磁电阻式角位移传感器输出线性信号获得不同深度围岩的离层变形，反映围岩内距硐壁深浅部的离层变形，其定量结果可与孔内成像结果相互印证；一定支护时间内，若孔内多点位移计监测的结果显示围岩位移较大，则在钻孔旁边再次钻孔，观测围岩裂隙发育情况，重新确定支护方案，并在第二次钻孔内安装锚索，进行围岩支护；

(4)硐壁表面变形监测***的布置

硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与多点位移计监测装置的安装位置相匹配，采用全站仪和局部范围内自由设站测量各点之间的相对位移，用于监测硐壁表面围岩的相对位移；根据硐壁表面变形量应大于或等于多点位移监测装置测得的最大变形量规则来校核硐壁表面变形；

(5)数据相关性处理

不同阶段监测的围岩孔内成像的裂隙发育、围岩深浅部离层变形的发展、硐壁表面变形规律均体现在锚杆(索)锚固力的变化中；而锚杆(索)失锚后，则围岩变形速率将显著增大；通过对应关系综合分析评价围岩与支护的变形特性，用于制定支护对策。

数据分析主要考察锚索、锚杆受力和围岩变形的大小和变化速率。

根据实践测试结果可知，变化速率曲线一般可用幂函数来拟合，在坐标系下画图可直观得到锚杆(索)受力、围岩变形的发展趋势，分析作用机理，从而评价支护合理性及制定后续支护对策。

基于联合监测方法获得的多源监测结果，当其中某项监测方法受现场施工扰动而间断监测时，可利用多源监测结果的相关性进行合理线性插值。如硐壁表面位移监测结果中断，则孔内多点位移监测***仍有数据时，该两项数据会存在一定的线性相关性，可由多点位移计监测结果反演硐壁表面位移中断时刻的数据。

结果分析时，(1)孔内窥视成像结果能反映出锚索锚固范围内的裂隙发育深度，直观地获得围岩体的完整性。孔内监测结果可直观获得围岩不同深度范围内离层裂隙的条数及每条裂隙的宽度大小，其精度仅能体现裂隙的有无和缝宽的变化，不能体现围岩体本身的弹塑性变形发展。

(2)多点位移计测量结果反映围岩内距硐壁深浅部的离层变形，得到相邻两个锚点之间相对变形大小，该变形包括两点之间的裂隙发展宽度和两点间围岩体自身的弹塑性变形等，其定量结果可与孔内窥视成像结果相互印证。

(3)根据硐壁表面变形量应大于或等于多点位移计测得的最大变形量规则来校核硐壁表面变形；硐壁表面变形监测反映了围岩离层裂隙发展宽度和开挖影响范围内所有岩体的弹塑性等各种累计变形。

(4)锚杆(索)锚固力变化与其锚固范围内围岩变形速率同样存在密切相关性，其变化速率在一定程度上也存在比例关系。

(5)三种监测结果的变化速率在一定程度上存在比例关系，从而可以相互印证。当巷道硐壁表面变形测试数据中断时，可由孔内窥视成像和多点位移计监测的数据按变化速率比例关系插值。

(6)当某一种监测结果与其他三种监测结果的变化规律不一致时，则需要分析具体原因，验证该监测结果数据的可靠性，从而实现相互印证。上述对应关系综合分析评价围岩与支护的变形特性，用于制定支护对策。

综上所述，本发明提供的煤矿锚网喷支护巷道围岩变形特性联合监测***及监测方法具备如下优异效果：

(1)本发明的孔内多点位移计监测装置，采用磁电阻式角位移传感器来测量线位移，体积小，精度高达1mm以内。

(2)本发明中的锚固件锚固力监测***和孔内多点位移计监测***均设计了合理的防爆封装结构，通过导线引出至外部处理器进行监测，避免现场直读模糊，爬高监测困难，且能够保证在反复喷浆条件下不影响传感器使用。

(3)本发明中设计了螺纹连接杆的导线孔，防止了孔内多根钢丝绳缠绕，监测结果更准确。

(4)本发明中采用发条弹簧来保证钢丝绳有恒定的张力，且安装时，可通过旋转发条弹簧回卷钢丝绳，实现初始张拉，测量精度高。

(5)本发明中提供的煤矿巷道围岩与锚喷支护变形特性联合监测方法，设计了合理测点布置原则，采用直接、间接相结合，定性、定量相结合的评价办法来获得围岩与锚网喷支护变形特性。

(6)获得多源监测结果，解决了传统信息化监测易于形成信息孤岛、数据不连续的缺点，保证监测结果的完整性。

(7)对多源监测结果进行交叉对比、相互佐证、综合分析，能够得出围岩与支护的变形特性，准确度更高。

(8)能够在煤矿巷道***扰动大、混凝土复喷次数多、断面台阶法施工空间变化快等不利条件下，保证测试传感器和测点的存活率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述监测***包括：

孔内成像监测***，所述孔内成像监测***包括孔内成像监测装置，所述孔内成像监测装置设于监测断面上的钻孔内，用于监测锚固件锚固范围内的不同深度的围岩裂隙发育情况，获得不同深度的孔壁图像；

孔内多点位移计监测***，所述孔内多点位移计监测***包括多点位移计监测装置，所述多点位移计监测装置设于所述钻孔内，用于监测钻孔内不同阶段不同深度的巷道围岩深浅部离层变形的发展状况；

锚固件锚固力监测***，所述锚固件锚固力监测***设于巷道监测断面处锚固件的张端部，用于监测煤矿锚固件支护巷道围岩的锚固力变化；

硐壁表面变形监测***，所述硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与所述多点位移计监测装置的安装位置相匹配，用于监测硐壁表面围岩的相对位移。

2.如权利要求1所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述锚固件为锚索和锚杆，所述锚固件锚固力监测***包括多个锚固件测力计，所述锚固件测力计包括锚索测力计和锚杆测力计，所述锚索测力计和所述锚杆测力计分别对锚索和锚杆支护的巷道围岩测量锚固力。

3.如权利要求2所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述锚固件测力计为钢弦式传感器测力计，所述钢弦式传感器测力计采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置。

4.如权利要求2或3所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述锚索测力计安装在监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部锚索所处的位置，所述锚索测力计中间的锚杆张端部安装有所述锚杆测力计。

5.如权利要求2所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述钻孔分布在巷道监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部，所述钻孔的深度不小于所述锚索的安装孔深度。

6.如权利要求1所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述多点位移计监测装置包括角位移传感器、磁芯滑轮、钢丝绳、钢套筒、导杆、主控制器和电源；

所述导杆深入所述钻孔内，并通过所述导杆上的锚点固定在内壁围岩上，所述钢丝绳绕过磁芯滑轮固定在所述导杆的锚点上，发条弹簧使得所述钢丝绳保持恒定的张力，围岩产生位移时所述钢丝绳进行相应伸缩；

所述角位移传感器、磁芯滑轮、钢丝绳均封装在所述钢套筒中，所述钢套筒设于所述钻孔口部，所述角位移传感器感应所述磁芯滑轮上的磁场变化，通过磁芯滑轮的转动输出信号数据至所述主控制器和电源，形成与所述钢丝绳移动量呈线性对应关系的数据，并通过导线引出。

7.如权利要求6所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述角位移传感器为磁电阻式角位移传感器；

优选地，所述磁电阻式角位移传感器为磁电阻双轴角度传感器。

8.如权利要求6所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述钢套筒的顶端设置有凸起，所述凸起为底端开口的筒状结构，所述凸起与所述钢套筒连通，所述凸起的底端与所述钢套筒的顶端密封连接，所述凸起置于所述钻孔内；

优选地，所述钢套筒的外侧设有多个锚固螺栓孔，膨胀螺栓通过所述锚固螺栓孔将所述钢套筒固定在围岩上。

9.如权利要求1所述的煤矿巷道围岩变形特性联合监测***，其特征在于，所述硐壁表面变形监测***的硐壁表面变形监测点距离多点位移计监测***的距离不超过锚杆间排距的二分之一。

10.一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测方法，其特征在于，所述监测方法包括如下步骤：

(1)锚固件测力计的安装步骤，

首先在监测断面内支护锚索和锚杆，然后在锚索和锚杆相应的张端部安装锚索测力计和锚杆测力计，并将锚索测力计和锚杆测力计均采用防爆电缆线引出至掘进迎头10m以外的位置，各测力计安装后及时对巷道围岩施工混凝土喷层，封闭围岩；

(2)孔内成像监测装置的安装步骤，

在巷道监测断面的顶部、两拱肩和侧墙中部分别钻孔，在所述钻孔内放置孔内成像监测装置，观测围岩裂隙发育情况；

(3)多点位移计监测装置的安装步骤，

孔内成像窥视完成后，在钻孔内埋设多点位移计监测装置，根据所述多点位移计监测装置的钢丝绳的伸长通过所述多点位移计监测装置的角位移传感器输出线性信号获得不同深度围岩的离层变形情况；

(4)硐壁表面变形监测***的布置步骤，

硐壁表面变形监测***设置于硐壁表面，并与多点位移计监测装置的安装位置相匹配，采用全站仪和局部范围内自由设站测量各点之间的相对位移，用于监测硐壁表面围岩的相对位移；

(5)数据相关性处理步骤，

对多源监测结果进行交叉对比、相互佐证、综合分析，分析评价围岩与支护的变形特性，用于制定支护对策。