一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统及方法，属于隧洞施工技术领域，包括若干锚杆、挂网、毛细水管、拉力传感器、控制器和报警模块，锚杆用于打设在岩壁上；挂网挂设在锚杆上，并用于被喷射混凝土覆盖后贴覆在岩壁上；毛细水管穿设在挂网上，且被喷射混凝土覆盖后贴覆在岩壁上，毛细水管上设有透水孔，以向岩壁上补水；拉力传感器设在挂网上，以检测挂网上的拉力；控制器与拉力传感器电连接，以接收拉力传感器传递来的电信号；报警模块与控制器电连接，用于当拉力传感器检测到的拉力超过预设阈值后在控制器的控制下发出报警信号。本发明专利技术通过提高对岩壁的浸润效果和通过拉力监测报警，能够对岩壁的表层岩爆进行预防和预报。防和预报。防和预报。

【技术实现步骤摘要】
一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统及方法


[0001]本专利技术属于隧洞施工监测
，更具体地说，是涉及一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统及方法。

技术介绍

[0002]岩爆，也称冲击地压，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。轻微的岩爆仅有剥落岩片，无弹射现象，严重的可测到4.6级的震级，烈度达7～8度，使地面建筑遭受破坏，并伴有很大的声响。岩爆可瞬间突然发生，也可以持续几天到几个月。发生岩爆的条件是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性，在这种条件下，一旦地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量释放就会导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出。
[0003]岩爆一般是深井矿山面临的主要安全隐患之一，但是随着我国公路铁路网络的不断完善，施工过程中遇到的高地温和高地应力等不良地质条件越来越多，因此也逐渐称为了交通网络施工中难以规避的问题。
[0004]目前预防矿井岩爆的措施比较多，但是能够用到道路隧洞施工的措施有限，除了合理设计隧洞结构和合理设计施工方案以外，可以通过喷水浸润的方式降低岩壁表面岩爆的可能性，但是目前在隧洞施工时，通常是通过人工或台车进行洒水，不仅耗费人力，而且由于岩壁外通常都具有喷射混凝土层，水很容易落下，难以浸润到岩壁内，因此难以起到应有的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统及方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供了一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统，包括打设在岩壁上若干锚杆；所述锚杆上挂设有挂网；所述挂网上设有检测挂网拉力的拉力传感器；所述挂网上穿设有毛细水管；所述拉力传感器与控制器连接；所述控制器与报警模块连接；控制器与拉力传感器电连接，以接收拉力传感器传递来的电信号；所述报警模块与控制器电连接，用于当拉力传感器检测到的拉力超过预设阈值后在控制器的控制下发出报警信号。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述拉力传感器的两端分别固定安装在挂网上的同一根挂网线上(挂网由挂网线组成)，且拉力传感器两端之间的挂网线部分处于松弛状态；所述拉力传感器设有若干个，且每个所述拉力传感器上均通过数据导线或无线信号传输模块与所述控制器连接，以传递数据信号；所述的松弛状态指的是挂网线处于非拉伸状态，当挂网线处于非拉伸状态时，拉力传感器的测量数据不变化；当拉力传感器测量数据开始变化即挂网线出现变形时，此时挂网为受力状态，即岩爆有开始变化的趋势，支护系统开始预警启动。
[0008]在一种可能的实现方式中，岩壁上设有应变传感器，且与控制器电连接，以检测岩壁的变形状态；所述控制器为单片机或计算机；所述报警模块为声光警报器、短信收发模块或显示屏中的一种或多种。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述毛细水管通过喷射混凝土贴覆于所述岩壁上；所述毛细水管为弹性软管；所述毛细水管上设有透水孔，所述透水孔为开设在所述毛细水管上的透水缝隙；透水缝隙在毛细水管的内部压力大于外部压力时被撑开而向外透水，而在毛细水管的内部压力小于等于外部压力时处于闭合状态。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述挂网边缘侧设有主水管，主水管与所述毛细水管的一端连接，主水管与毛细水管的一端连接进行供水。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述具有岩爆预防和预报功能的支护系统还包括管接头、护帽和接管座；所述主水管的一端设有管接头；所述管接头的端部套设有护帽；所述管接头通过接管座安装在岩壁上；护帽套设在管接头的端部，以避免喷射混凝土进入管接头内，接管座用于抵在或连接在岩壁上，并与管接头连接，以保持管接头的朝向。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述接管座包括与所述管接头垂直固定连接的支撑平板；所述支撑平板通过卡接、粘接、吸附或水泥钉固定的形式固定在所述岩壁上，以保持管接头垂直隧洞内壁方向；护帽上设有磁性体，以便于完成喷射混凝土后能够快速找到管接头。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述具有岩爆预防和预报功能的支护系统还包括挂网固定件，所述挂网固定件分别与所述挂网和所述毛细水管连接，并与岩壁连接。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述挂网固定件设有桥接部和连接部；所述桥接部上设有能容纳所述挂网和所述毛细水管的凹槽；所述连接部与所述桥接部连接，且通过双重粘接结构与岩壁粘接；所述双重粘接结构包括基板、粘接层、胶液囊和手压板；所述基板与所述连接部连接，并设有注胶孔；所述粘接层设在所述基板朝向岩壁的一侧，用于与岩壁初步粘接；所述胶液囊设在所述基板的另一侧，且与所述注胶孔连通，以容纳胶液；所述手压板设在所述胶液囊背面，手压板用于在按压手压板时将胶液囊中的胶液挤出，使胶液填充到基板与岩壁之间，形成更为牢固的粘接结构。
[0015]本专利技术还提供了一种具有岩爆预防和预报功能的岩壁支护方法，采用上述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，包括以下步骤：
[0016]A、隧洞开挖后，将锚杆按规划打设在岩壁内，作为固定挂网的基础；再将预先穿设毛细水管并安装拉力传感器后的挂网挂设在锚杆上。
[0017]B、将拉力传感器、控制器与报警模块连接后进行测试，并对拉力传感器进行调整，直至所有拉力传感器均符合要求(即拉力传感器的读数正确且无断路等无法工作情况)，并对毛细水管先进行通水试验，观察并记录毛细水管的出水状态和出水压力，同时将毛细水管弯折打结部位伸展开，使毛细水管能够顺利通水。
[0018]C、开始喷射混凝土施工，利用喷射混凝土将挂网粘接在岩壁上，待喷射混凝土施工完毕后，再次对拉力传感器的完好性进行检测，并通过控制器检测拉力传感器的读数后设定阈值范围；当控制器检测到拉力传感器的数据超过该设定阈值范围后，控制器控制报警模块发出报警信号；所述的阈值范围可以根据挂网的材质及岩壁的力学性能确定，实现岩爆预报。
[0019]D、先通过负压泵向毛细水管中施加负压，使毛细水管与喷射混凝土之间产生松动，再向毛细水管中通水，对岩壁进行浸润，实现岩爆预防。
[0020]本专利技术提供的具有岩爆预防和预报功能的支护系统的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术通过若干锚杆、挂网、毛细水管、拉力传感器、控制器和报警模块的配合能够对岩壁的表层岩爆进行预防和预报；具体地，通过喷射混凝土层将带有毛细水管的挂网固定在岩壁上，由于喷射混凝土层本身疏松多孔，能够起到较好的保水效果；毛细水管中喷出的水能够更多、更持久地存留在岩壁表面，长期连续地对岩壁进行浸润，起到较好的浸润效果，降低岩爆发生的可能；同时，在表层岩爆发生前和发生初期，由于喷射混凝土的覆盖和挂网的牵拉，岩壁通常只会产生局部变形，而局部变形会导致挂网上局部拉力增大，而通过设在挂网上的拉力传感器以及与之配合的控制器和报警模块，就能够监测到挂网上的拉力变化，进而发出报警信号，提醒相关人员进行人员疏散和险情排除。
[0021]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于，包括打设在岩壁上的若干锚杆(10)；所述锚杆(10)上挂设有挂网(20)；所述挂网(20)上设有检测挂网(20)拉力的拉力传感器(40)；所述挂网(20)上穿设有毛细水管(31)；所述拉力传感器(40)均与控制器(50)连接；所述控制器(50)与报警模块(60)连接。2.如权利要求1所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述拉力传感器(40)的两端分别固定安装在挂网(20)上的同一根挂网线上，且拉力传感器(40)两端之间的挂网线处于松弛状态；所述拉力传感器(40)设有若干个，且每个所述拉力传感器(40)上均通过数据导线或无线信号传输模块与所述控制器(50)连接；岩壁上设有应变传感器，且与控制器(50)电连接。3.如权利要求1所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述控制器(50)为单片机或计算机；所述报警模块(60)为声光警报器、短信收发模块或显示屏中的一种或多种。4.如权利要求1所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述毛细水管(31)通过喷射混凝土贴覆于所述岩壁上；所述毛细水管(31)为弹性软管；所述毛细水管(31)上设有透水孔，所述透水孔为开设在所述毛细水管(31)上的透水缝隙。5.如权利要求1或4所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述挂网(20)边缘侧设有主水管(32)，主水管(32)与所述毛细水管(31)的一端连接。6.如权利要求5所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述具有岩爆预防和预报功能的支护系统还包括管接头(33)、护帽(34)和接管座(35)；所述主水管(32)的一端设有管接头(33)；所述管接头(33)的端部套设有护帽(34)；所述管接头(33)通过接管座(35)安装在岩壁上。7.如权利要求6所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述接管座(35)包括与所述管接头(33)垂直固定连接的支撑平板(37)；所述支撑平板(37)固定在所述岩壁上；所述护帽(34)上设有磁性体。8.如权利要求1或4所述的具有岩爆预防和预报功能的支护系统，其特征在于：所述具有岩爆预防和预报功能的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，刘利，李杨，朱瑞扩，韩宝华，贺常松，刘锦良，朱正国，朱永全，钱政权，高新强，尚颋，蒋大良，张艳来，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学中国铁建股份有限公司，
类型：发明
国别省市：