一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法，属于巷道围岩控制技术领域。本发明专利技术的观测装置的部件包括锚固段套管、延伸段套管、测量段套管和测距仪。通过现场观测、数值模拟、理论计算或相似实验模拟中的一种或多种方法的结合确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置，所述零位移区域位置为在采掘活动中不发生岩层移动和应力变化的岩层位置；在确定的零位移区域位置安装位移参照物，用测距仪测量并记录巷道表面的测点到参照物的距离，进行巷道表面绝对收敛量的观测。本发明专利技术特别适用于对巷道表面绝对收敛量进行观测，从而为及时、准确掌握巷道矿压显现，进而采取相应措施进行巷道围岩控制，以及对煤矿安全高效开采具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法
本专利技术涉及一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法，属于巷道围岩控制

技术介绍
随着煤炭不断开采，煤矿采深逐年增加，随之出现巷道围岩变形越趋严重，如何能够准确测量出巷道顶板下沉量、底鼓量以及两帮的变形量，是了解巷道矿压显现最基础资料，也是进行巷道围岩控制研究的前提。目前常用的巷道表面收敛观测方法有“十字断面法”和“多点位移计法”等，但这些方法普遍存在一个问题，即测得的巷道顶板下沉量、底鼓量以及两帮的变形量为相对值，不能够真实反映出巷道的变形情况。
技术实现思路
技术问题：现有技术中存在只对巷道表面相对收敛量进行观测，不能准确的研究巷道收敛变形规律和真实掌握巷道的矿压显现特征。技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法。一、巷道表面绝对收敛量的观测装置本专利技术的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置的部件包括锚固段套管、延伸段套管、测量段套管和测距仪；所述锚固段套管安装于钻孔最底部，测量段套管安装于钻孔外，锚固段套管与测量段套管之间由多根延伸段套管通过螺纹连接；所述锚固段套管上开设有浆液渗流孔，测量段套管外接有测距仪；所述锚固段套管、延伸段套管和测量段套管的直径均相同，且内径大于施工钻孔所用钻杆的直径、外径小于成孔后的钻孔直径。其优点在于，套管能顺利下放，且注浆加固套管底端容易，加固后的套管底端作为参照物时稳定，多跟套管通过螺纹连接，可以不断加长，对岩层深度的适应性强。作为本专利技术的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置的进一步的改进，所述测距仪的部件包括长度测量筒、法兰盘和测量段套管表面固定的指示环，所述长度测量筒为有长度计量刻度的透明筒；所述长度测量筒的上端开口、底端固定有法兰盘，所述长度测量筒的法兰盘通过钢钉固定在钻孔口的岩层表面；所述长度测量筒的内径大于测量段套管的外径。其优点在于，套管固定在零位移区域位置，测量筒固定在巷道表面，这样测量更准确，减少人为因素的影响和观测装置自身的误差，测量段套管的长度没有严格限制，仍然可以通过螺纹加长。作为本专利技术的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置的进一步的改进，所述测距仪的部件包括激光发射器、光电元件、计时器、PLC电路控制器、存储器、显示器、按键手柄、USB端口和在所述测量段套管上固定的激光反射板，所述测距仪固定在岩层表面，使激光束垂直对准激光反射板；激光发射器向激光反射板发射光束，光电原件接收激光反射板反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的往返时间；通过PLC控制器设定激光发射的频率，并将激光束的往返时间转换为距离，并将每次测得的距离发送到存储器进行存储；人工通过按键手柄进行包括翻看存储的数据和设定激光发射的频率的操作，存储器中存储的数据可由USB端口以文档形式导出。其优点在于，实现了数据的实时采集和记录，利用激光进行观测更准确和方便，数据导出容易，便于分析。二、巷道表面绝对收敛量观测的方法通过现场观测、数值模拟或相似实验模拟中的一种或多种方法的结合确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置，所述零位移区域位置为在采掘活动中不发生岩层移动和应力变化的岩层位置；在确定的零位移区域位置安装位移参照物，用测距仪测量并记录巷道表面的测点到参照物的距离，进行巷道表面绝对收敛量的观测。本专利技术的技术方案还包括一种基于上述的巷道表面绝对收敛量的观测装置进行巷道表面绝对收敛量观测的方法，所述巷道表面绝对收敛量的观测方法包括如下步骤：1)确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置通过现场观测、数值模拟、理论计算、相似实验模拟中的一种或多种方法的结合确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置；2)安装巷道表面绝对收敛量的观测装置利用钻机施工钻孔至巷道深部岩层的零位移区域位置，并对施工的钻孔进行扩孔，使成孔后的钻孔直径为钻杆直径的1.2～2倍；完成扩孔后，将钻机与钻杆分离，将锚固段套管和延伸段套管连接，并沿着钻杆下放至零位移区域位置；将注浆管伸入锚固段套管内部，用注浆泵注入水泥砂浆，水泥砂浆通过浆液渗流孔渗流到套管与钻孔壁之间，实现锚固段套管与钻孔底端的锚固，注浆厚度不超过锚固段套管的长度；注浆完毕后，取出注浆管，将测量段套管与延伸段套管通过螺纹连接；将所述测距仪安装在测量段套管上，开始进行巷道表面绝对收敛量的观测，收集观测的数据，并对观测数据进行分析。其优点在于，利用简单的装置和方法，来解决传统巷道矿压观测中不能真实反映矿压显现特征的问题，且适用范围广，实用性很强。其中，确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法具体为：1)通过现场观测方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，先施工钻孔至巷道围岩深部，然后利用钻孔窥视仪观测记录巷道围岩深部的节理、裂隙的发育状况，钻孔壁的岩体完整，且没有离层段的岩层位置即为零位移区域位置。其优点为，钻孔记录仪也是自动记录钻孔内的裂隙发展情况，能清楚地看到钻孔内的节理和裂隙，零位移区域位置也很明显的找到。2)通过数值模拟方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，利用包括FLAC3D、ANSYS、3DEC在内的数值模拟软件，根据要进行巷道表面绝对收敛量观测的巷道围岩不同深度岩层的包括抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、内摩擦角、粘聚力、容重、裂隙度及岩层厚度在内的物理力学参数，建立在岩层中开挖巷道的模型，并施加应力和位移条件约束，经过软件自行求解后，即得到不同时间巷道围岩不同深度岩层的位移和应力状态分布云图，始终处于原岩应力状态或不发生位移的层位即为零位移区域位置。其优点在于，通过计算机软件来进行模拟，不需要现场观测，节约时间和资源，对零位移区域位置的确认有重要的参考价值。3)通过理论计算确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，零位移区域位置与巷道断面中心的距离H，H≥6R，R为巷道半径。由于巷道的断面尺寸远小于巷道长度，将巷道断面视为平面圆形巷道问题进行处理，距离巷道中心为6倍巷道半径以上的岩层的径向应力与切向应力近似为原岩应力，零位移区域位置位于距离巷道中心为6倍巷道半径以上的岩层中。a——洞室半径，m；r——自洞室中心算起的径向距离，m；θ——自水平轴算起的极坐标中的角度；σv——垂直方向压应力，MPa；σh——水平方向压应力，MPa；σr为距离巷道中心距离为r时，岩层的径向应力；σθ为距离巷道中心距离为r时，岩层的切向应力；τrθ为距离巷道中心距离为r时，岩层的剪应力。其优点在于，通过弹性力学中圆孔周围的应力情况的分析，结合经验，很便捷的确定了零位移区域位置的位置。4)通过相似实验模拟方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法具体为，根据要进行巷道表面绝对收敛量观测的巷道围岩不同深度岩层的包括抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、内摩擦角、粘聚力、容重、裂隙度及岩层厚度在内的物理力学参数，使用相似实验材料按照一定比例建立与在岩层中开挖巷道的相似模型，模拟巷道进行开挖实验，并观察模型的岩层移动特征，从而确定零位移区域位置。其优点在于，结合实际需要，提供了多种可供选择的确定零位移区域位置的方法，进一步增强了本专利技术的实用性和适用范围。首先确定巷道表面收敛观测段；然后在观测段布置测站，每个测站可以设置多个测点，但这些测点在同一断面上；接下来在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述观测装置的部件包括锚固段套管(1)、延伸段套管(2)、测量段套管(3)和测距仪(41；42)；所述锚固段套管安装于钻孔最底部，测量段套管安装于钻孔外，锚固段套管与测量段套管之间由多根延伸段套管通过螺纹连接；所述锚固段套管上开设有浆液渗流孔(11)，测量段套管外接有测距仪；所述锚固段套管、延伸段套管和测量段套管的直径均相同，且内径大于施工钻孔所用钻杆的直径、外径小于成孔后的钻孔直径。

【技术特征摘要】
1.一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述观测装置的部件包括锚固段套管(1)、延伸段套管(2)、测量段套管(3)和测距仪(41；42)；所述锚固段套管安装于钻孔最底部，测量段套管安装于钻孔外，锚固段套管与测量段套管之间由多根延伸段套管通过螺纹连接；所述锚固段套管上开设有浆液渗流孔(11)，测量段套管外接有测距仪；所述锚固段套管、延伸段套管和测量段套管的直径均相同，且内径大于施工钻孔所用钻杆的直径、外径小于成孔后的钻孔直径。2.根据权利要求1所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述测距仪(41)的部件包括长度测量筒(411)、法兰盘(412)和测量段套管表面固定的指示环(413)，所述长度测量筒为有长度计量刻度的透明筒；所述长度测量筒的上端开口、底端固定有法兰盘，所述长度测量筒的法兰盘通过钢钉固定在钻孔口的岩层表面；所述长度测量筒的内径大于测量段套管的外径。3.根据权利要求1所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述测距仪(42)的部件包括激光发射器(421)、光电元件、计时器、PLC电路控制器、存储器、显示器、按键手柄、USB端口和在所述测量段套管上固定的激光反射板(422)，所述测距仪固定在岩层表面，使激光束垂直对准激光反射板；激光发射器向激光反射板发射光束，光电原件接收激光反射板反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的往返时间；通过PLC控制器设定激光发射的频率，并将激光束的往返时间转换为距离，并将每次测得的距离发送到存储器进行存储；人工通过按键手柄进行包括翻看存储的数据和设定激光发射的频率的操作，存储器中存储的数据可由USB端口以文档形式导出。4.一种基于权利要求1～3中任一项所述的巷道表面绝对收敛量的观测装置进行巷道表面绝对收敛量观测的方法，其特征在于：所述巷道表面绝对收敛量的观测方法包括如下步骤：1)确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置通过现场观测、数值模拟、理论计算、相似实验模拟中的一种或多种方法的结合确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置；2)安装巷道表面绝对收敛量的观测装置利用钻机施工钻孔至巷道深部岩层的零位移区域位置，并对施工的钻孔进行扩孔，使成孔后的钻孔直径为钻杆直径的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘灿灿，郑西贵，艾德春，王文凯，安铁梁，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32