一种煤矿巷道围岩深部多点位移计

摘要

本发明公开了一种煤矿巷道围岩深部多点位移计，包括设置在钻孔内不同深度的若干个测点固定块，测点固定块内部设置测线通孔，测点固定块的中部的外周为锚固部，锚固部周向嵌入设置若干个锚固钉，测线一端固定于测线通孔的中部位置，钻孔的孔口处安装读数仪，读数仪其中的一个臂固定在钻孔的孔口，另一个臂设置有透明的保护外壳，保护外壳上设置有刻度板和恒阻器，恒阻器通过紧固件将测线压在保护外壳上，测线上设置有卡标。本发明可快速直观读取数据，快速直观的获取围岩深部变形信息；测点由树脂锚固，牢固可靠，不松动，测试数据准确可靠，成本低廉；对安装孔要求低，普通锚索钻机造孔即可，造孔迅速成本低；无电路，更适用于煤矿井下环境。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿巷道围岩稳定监测领域，尤其涉及一种煤矿巷道围岩深部多点位移计。

背景技术

围岩深部位移监测是煤矿巷道稳定分析的重要内容，用以判断围岩深部稳定情况及塑性区发展演化状态，并据此判断锚索、注浆等二次支护工序的施作时机。准确、快速、直观的掌握围岩深部稳定状态，对于巷道支护极为重要。

目前应用的煤矿多点位移计产品存在测点易松动引起数据失真、数据读取费时费力等缺点，还存在成本高昂、造孔困难(安装孔径一般需达到70mm以上，需重型钻机造孔)等问题。深部位移计测点易松动而造成数据失真的一个重要原因是：目前的深部多点位移计测点的固定多采用水泥灌浆或纯机械附着式，水泥浆有很明显的脆性特征，当钻孔缩孔或围岩破坏时容易引起测点松动，造成数据失真误判。固定测点最好的材料是树脂锚固剂，它具有高强高韧的特点，但深部钻孔空间狭小，定位锚固操作难度很大。此外，目前的煤矿巷道围岩深部多点位移计缺乏直观快速的数据读取技术手段，位移数据转换需做大量数据处理，难以快速及时判断围岩松动圈演化状况，容易错过锚索、注浆等二次支护的最佳时机。如果能研发一种直观易读的深部多点位移计设计方法，技术人员和普通工人均可迅速掌握深部围岩稳定状况，必能为二次支护时机的判断和施作提供极大便利。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种煤矿巷道围岩深部多点位移计。可准确、快速、直观的监测巷道围岩深部位移。

一种煤矿巷道围岩深部多点位移计，包括设置在钻孔内不同深度的若干个测点固定块，测点固定块内部设置测线通孔，测点固定块的中部的外周为锚固部，锚固部周向嵌入设置若干个锚固钉，锚固钉由树脂锚固剂锚定在钻孔的孔壁上，测点固定块上一端周向设置环形的凹槽，环形的凹槽处缠绕封隔限位棉纱，测线一端固定于测线通孔的中部位置，相邻的测点固定块之间通过测线保护套管连接，测线保护套管上间隔缠绕限位棉纱，钻孔的孔口处安装读数仪，读数仪整体为L型，读数仪其中的一个臂为中间开设有测线引导孔的筒状并通过孔口树脂锚固剂固定在钻孔的孔口，另一个臂设置有透明的保护外壳，保护外壳上设置有刻度板和恒阻器，刻度板的两侧设置有测线限位卡，恒阻器的两侧设置有测线限位卡，测线另一端依次穿出靠近钻孔孔口一侧的各个测点固定块的测线通孔并沿直线依次穿过刻度板的两侧的测线限位卡和恒阻器的两侧的测线限位卡，恒阻器通过紧固件将测线压在保护外壳上，测线上位于刻度板的部分设置有卡标。

如上所述的测线引导孔的个数大于等于测线的个数，不同的测线穿过不同的测线引导孔，测线引导线内涂抹有润滑黄油。

本发明相对于现有技术，具有以下优点：

1)可快速直观读取数据，快速直观的获取围岩深部变形信息；

2)测点由树脂锚固，牢固可靠，不松动，测试数据准确可靠，成本低廉；

3)对安装孔要求低，普通锚索钻机造孔即可，造孔迅速成本低；

4)无电路，更适用于煤矿井下环境。

附图说明

图1(a)是本发明的整体结构图；

图1(b)是图1(a)中A1-A1剖面示意图；

图1(c)是图1(a)中A2-A2剖面示意图；

图2是读数仪的主视图；

图3是巷道围岩深部位移测点布置示意图；

图4是读数仪监测效果图；图中，从上至下的实心三角表示的是第一测点、第二测点、第三测点、第四测点、第五测点所对应位移指示标的原始位置，从上至下的空心三角表示的是第一测点、第二测点、第三测点、第四测点、第五测点所对应位移指示标的测量时的当前位置；

图5是围岩绝对位移效果图。

其中：1-测点固定块、2-锚固钉、3-凹槽、4-封隔限位棉纱、5-测线通孔、6a-第一测线、6b-第二测线、7-钻孔、8-树脂锚固剂、9-测线保护套管、10-限位棉纱、11-读数仪、12-孔口树脂锚固剂、13-测线引导孔、14-测线限位卡、15-刻度板、16-恒阻器、17-读数仪固定孔、18-位移指示标、19-保护外壳、20-孔口、21-第一测点、22-第二测点、23-第三测点、24-第四测点、25-第五测点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1

一种煤矿巷道围岩深部多点位移计，包括设置在钻孔7内不同深度的若干个测点固定块1，测点固定块1内部设置测线通孔5，测点固定块1的中部的外周为锚固部，锚固部周向嵌入设置若干个锚固钉2，锚固钉2由树脂锚固剂8锚定在钻孔7的孔壁上，测点固定块1上一端周向设置环形的凹槽3，环形的凹槽3处缠绕封隔限位棉纱4，测线6一端固定于测线通孔5的中部位置，相邻的测点固定块1之间通过测线保护套管9连接，测线保护套管9上间隔缠绕限位棉纱10，钻孔7的孔口处安装读数仪11，读数仪11整体为L型，读数仪11其中的一个臂为中间开设有测线引导孔13的筒状并通过孔口树脂锚固剂12固定在钻孔的孔口，另一个臂设置有透明的保护外壳19，保护外壳19上设置有刻度板15和恒阻器16，刻度板15的两侧设置有测线限位卡14，恒阻器16的两侧设置有测线限位卡14，测线6另一端依次穿出靠近钻孔7孔口一侧的各个测点固定块1的测线通孔5并沿直线依次穿过刻度板15的两侧的测线限位卡14和恒阻器16的两侧的测线限位卡14，恒阻器16通过紧固件将测线6压在保护外壳19上，测线6上位于刻度板15的部分设置有卡标18。

测线引导孔13的个数大于等于测线6的个数，不同的测线6穿过不同的测线引导孔13，测线引导线13内涂抹有润滑黄油。

优选的，测点固定块1由硬质塑料制作，内部设置测线通孔5，测点固定块1的中部的外周为锚固部，锚固部周向嵌入设置8～12个锚固钉2，锚固钉2由树脂锚固剂8锚定在钻孔7的孔壁上，测点固定块1上一端的周向设置环形的凹槽3，凹槽3深度2～4mm，环形的凹槽3处缠绕封隔限位棉纱4，封隔限位棉纱4缠绕后的直径略大于钻孔7的直径，可根据测试要求沿钻孔的孔长设置3～5个测点固定块1，每个测点固定块1上固定一个测线6并依次编号，测线6固定于测线通孔5的内壁中部位置。测点固定块1之间通过测线保护套管9连接，防止后期钻孔缩孔变形触动测线6，测线保护套管9端部伸入两端的测点固定块1的端部固定，测线保护套管9上每隔1～1.5m缠绕限位棉纱10，限位棉纱10缠绕后的直径略大于钻孔7的直径，测线6由低伸缩性、防锈蚀的柔性细钢丝绞线制成，测线6依次穿出靠近钻孔7孔口一侧的其他的测点固定块1的测线通孔5引出钻孔7的外部，钻孔7的孔口处安装读数仪11，读数仪11整体为L型，其中的一个臂为中间开设有测线引导孔13的筒状，通过孔口树脂锚固剂12固定在孔口，作为一种优选方案，测线引导孔13的个数与测线6相同，不同的测线6穿过不同的测线引导孔13，测线引导线13内涂抹有润滑黄油；另一个臂为透明的保护外壳19，保护外壳19上设置有刻度板15和恒阻器16，刻度板15的两侧设置有测线限位卡14，恒阻器16的两侧设置有测线限位卡14，测线一端沿直线依次穿过刻度板15的两侧的测线限位卡14和恒阻器16的两侧的测线限位卡14，恒阻器16通过紧固件将测线压在保护外壳19上。由读数仪固定孔17安装锚钉来固定，测线6上位于刻度板15的部分设置红色可调位置的卡标18，用以指示测线6的位移，各测线6的卡标18初始位置均调至刻度板15的零刻线。

封隔限位棉纱4有一定的可压缩性，作用是安装时可紧贴钻孔7，保持测点固定块1位于钻孔7的中心，且在安装推送树脂锚固剂8时便于锚固剂封隔成型；限位棉纱10的作用是使测线保护套管9在安装时保持位于钻孔7的中心。恒阻器16的作用是通过提供一定的摩阻力保持测线6呈紧绷拉直状态，但不会阻止测线6发生滑动位移。

实施例2

在某煤矿巷道帮部钻水平的钻孔，钻孔深25m，布置5个测点，包括第1测点、第2测点、第3测点、第4测点、第5测点，深度分别为25m、18m、13m、8m、3m。巷道围岩深部位移测点布置如图3所示，读数仪测试过程中的数据如图4所示。其他与实施例1一致。

如图4所示，可直观的读出第1测点和第2测点间的相对位移约为2mm，第4测点和第5测点的相对位移达到22mm，如果数据过大，且连续几天内增长速度很快，说明该范围内的围岩塑性破坏速率较快，松动圈已扩展至此区域，甚至存在离层的可能，需及时进行二次支护加固，采用注浆和锚索等支护措施，注浆深度应覆盖此范围，并补打锚索。

围岩深部绝对位移的获取，需基于长期记录的观测数据为依据。可认为孔内最深的第1测点静止，绝对位移为零，将其作为基点，其他各测点相对第1测点的位移即为绝对位移。绝对位移由直接测量的各测点相对孔口的位移反算得到(绝对位移以指向巷道内方向为正)。不同位置处围岩绝对位移的计算方法如下：

孔口的绝对位移：δ₀＝δ₁'

测点i的绝对位移：δ_i＝δ₁'-δ_i'；

其中，δ_i'为第i测点实测位移值(即各测点相对孔口的位移，i＝1～5)。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。