一种围岩应力场钻孔监测探杆制造技术

本发明专利技术提供一种围岩应力场钻孔监测探杆，属于巷道围岩应力分布监测技术领域。该监测探杆包括刚性杆、柔性杆、传感器、防水膜、导线、数据采集仪，刚性杆和柔性杆交替连接，杆体内部均为空腔，传感器和导线相连，传感器安装在刚性杆上，防水膜安装在整个杆体外侧，导线通过杆体内部空腔通向杆体末端连接数据采集仪。本发明专利技术有益效果：设计经济，结构简单，全面体现围岩监测区各位置的动态应力变化，准确圈定围岩松动带，监测探杆的柔性区域可在一定范围伸缩形变，大幅降低因围岩变形而造成监测装置损坏的风险，减小应力测量误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及巷道围岩应力分布监测
，特别是指一种围岩应力场钻孔监测探杆。
技术介绍
随着大量地下巷道及隧道工程建设，工作环境安全性尤其是巷道围岩稳定性的要求不断提高。随着地下工程开挖或采矿工作的持续进行，围岩应力会重新分布并产生卸荷变形。按照新奥法施工的基本原则，在施工过程中需进行大量直观、可靠的量测并统计数据来准确评价围岩的稳定状态，或判断其动态发展趋势，评价施工项目的安全性以预防围岩坍塌，避免安全事故发生。围岩状态监测一般包括应力变化监测及位移变化监测。传统围岩监测多采用水准仪或其它仪器定期测量拱顶下沉或钢尺收敛仪监测围岩收敛等，但此类位移监测在实际应用中存在一定的缺陷，在围岩变形过程中岩体宏观形变相较于其内部应力变化有明显的时间滞后性，因此位移监测不能及时地反映围岩稳定性变化情况，对潜在灾害的预警能力较为有限。因此，应力监测方法在实际工程应用中有良好的发展前景。围岩内部应力监测包括锚杆轴力及钻孔油压传感器监测，锚杆轴力仅反映锚杆所受拉力，不能反映围岩应力及其变化过程，而应用较多的钻孔油压传感器可以监测围岩应力的变化过程，但存在2个主要缺点，一是因为单孔中只能安装一只传感器，无法反映监测孔中不同位置的应力动态变化过程，且在围岩大变形中易受损而影响后续工作，二是测得的应力是三向应力的平均值，无法同时测量不同方向上的应力值。为避免常规监测装置的不足，且能在一定条件下适应地下空间围岩中的复杂环境，并实时监测围岩应力的动态变化情况，有必要研发一种新型围岩应力场监测装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种围岩应力场钻孔监测探杆，以克服常规围岩监测中的不足，及时反映围岩不同位置的动态应力变化，保证施工安全。该监测探杆包括刚性杆、柔性杆、传感器、防水膜、导线和数据采集仪，刚性杆与柔性杆交替连接，刚性杆和柔性杆内部中空，形成杆体内部空腔，导线穿过杆体内部空腔与数据采集仪相连，传感器安装在刚性杆外侧，且传感器与刚性杆外表面平面接触，防水膜覆盖在刚性杆和柔性杆外侧，且与传感器充分接触。其中，刚性杆和柔性杆通过螺纹连接或嵌套连接，在保证其应有的工作强度和一体性的前提下，可根据实际工程要求选择合适的连接方式，单根刚性杆的长度小于单根柔性杆的长度。传感器安装在刚性杆外表面且呈平面接触，每个刚性杆上均布设双组四向传感器，四方向对应极坐标角度依次为0、90、180和270度，共线方向为一组，刚性杆上各组传感器中心连线与刚性杆杆体中心线正交。柔性杆材质为橡胶、塑胶或其它具备弹塑性材质。使用时，在钻孔内端(探杆端头)采用柔性杆，以防止装置安装过程中受损。本专利技术预警评价方法如下：预警标准根据岩性、地应力状态、开挖及支护等实际工程参数确定，根据实际围岩状况，以探杆传感器安设的不同深度作为自变量，对应的实测应力值作为因变量，确定安全线、预警临界线、危险预警线，并以此作为围岩应力状态的评价标准，对围岩稳定性进行评价与预警。由于具体监测岩体的各力学和工程参数不同，在此不做详细的数据范围限定，具体参数以实际工程而定。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，能够利用柔性杆不断适应围岩的形变以保持监测杆的自身可用性，同时在围岩变形过程中实时监测围岩应力场分布状况，及时反映围岩稳定性状况。且设计经济，结构简单，全面体现围岩监测区各位置的动态应力变化，准确圈定围岩松动带，监测探杆的柔性区域可在一定范围伸缩形变，大大降低因围岩变形而造成监测装置损坏的风险，减小应力测量误差。附图说明图1为本专利技术的围岩应力场钻孔监测探杆结构示意图；图2为图1的A-A′剖面图；图3为图1的B-B′剖面图；图4为围岩应力场监测探杆施工流程图；图5为采用该装置的预警评价方法示意图。其中：1-刚性杆；2-柔性杆；3-传感器；4-防水膜；5-导线；6-数据采集仪；7-钻孔；8-注浆结石体；9-杆体内部空腔。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种围岩应力场钻孔监测探杆。本监测装置的主要技术参数如下：根据现场工程需要，监测前需在围岩上选定合适位置钻孔，各孔孔深孔径相同，孔径较探杆直径大50～100mm，孔深较巷道半径大2.5～3倍，孔距为10～15m，探杆传感器组数以实际工程要求而定，传感器安装方向如图2所示，传感器3安装在刚性杆1外表面且呈平面接触，每个刚性杆1上布设双组四向传感器3，四方向对应极坐标角度依次为0、90、180和270度，共线方向为一组，刚性杆1上各组传感器3中心连线与刚性杆1杆体中心线正交。如图3所示的柔性杆2采用橡胶材质。将组装好的探杆按照(图1)方式装入钻孔中，为保证探杆和孔壁岩体间的有效应力传递，采用孔内注浆方式进行耦合。如图1、图2、图3和图4所示，该监测探杆包括：刚性杆1、柔性杆2、传感器3、防水膜4、导线5、数据采集仪6。刚性杆1和柔性杆2内部中空，形成杆体内部空腔9，导线5穿过杆体内部空腔9与数据采集仪6相连，传感器3安装在刚性杆1外部，防水膜4是最外部结构，覆于整个探杆外部或仅覆盖刚性杆。其中，刚性杆1和柔性杆2通过螺纹连接，单根刚性杆1的长度小于单根柔性杆2的长度。采用图4所示流程，在实际实施例中，选择围岩监测面，并选定围岩监测点和监测间距；进行定向钻孔并安装围岩应力场监测探杆，进行孔内注浆耦合；各钻孔监测点的应力状态随时间变化通过数据采集器进行可视化输出；确定围岩监测孔内动态应力分布图。根据实际围岩状况确定预警临界线，并以此作为围岩稳定性评价标准，对围岩稳定性进行评价与预警。具体施工流程如下：(1)确定监测钻孔7位置；(2)钻孔至设计深度；(3)孔内规定位置放置探杆；(4)钻孔7内注浆耦合，在探杆外部形成注浆结石体8；(5)连接导线5测试传感器3工作状况及仪器校准；(6)进行监测工作。本实例仅为本专利技术的一种具体实施形式，其中孔位选定、钻孔参数、探杆外形、传感器组数量、材料选择与布置形式依据具体地质条件、地应力状态、开挖及支护要求等条件而定，本专利技术不做具体限制。以上所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种围岩应力场钻孔监测探杆，其特征在于：包括刚性杆(1)、柔性杆(2)、传感器(3)、防水膜(4)、导线(5)和数据采集仪(6)，刚性杆(1)与柔性杆(2)交替连接，刚性杆(1)和柔性杆(2)内部中空，形成杆体内部空腔(9)，导线(5)穿过杆体内部空腔(9)与数据采集仪(6)相连，传感器(3)安装在刚性杆(1)外侧，且传感器(3)与刚性杆(1)外表面平面接触，防水膜(4)覆盖在刚性杆(1)和柔性杆(2)外侧。

【技术特征摘要】
1.一种围岩应力场钻孔监测探杆，其特征在于：包括刚性杆(1)、
柔性杆(2)、传感器(3)、防水膜(4)、导线(5)和数据采集仪(6)，
刚性杆(1)与柔性杆(2)交替连接，刚性杆(1)和柔性杆(2)内
部中空，形成杆体内部空腔(9)，导线(5)穿过杆体内部空腔(9)
与数据采集仪(6)相连，传感器(3)安装在刚性杆(1)外侧，且
传感器(3)与刚性杆(1)外表面平面接触，防水膜(4)覆盖在刚
性杆(1)和柔性杆(2)外侧。
2.根据权利要求1所述的围岩应力场钻孔监测探杆，其特征在
于：所述刚性杆(1)和柔性杆(2)通过螺纹连接或嵌套连接，单根
刚性杆(1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴顺川，马福民，蒋一波，韩伟，严琼，
申请(专利权)人：北京科技大学，中电建路桥集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11