深部巷道围岩分区破裂现场探测系统和探测方法

摘要

本发明公开了一种深部巷道围岩分区破裂现场探测系统，包括多点位移计、钻孔电视探头、彩色监视器，所述多点位移计设于巷道监测断面的位移计安装孔内，通过细钢丝绳分别引出钻孔外，以测量钻孔不同深度处围岩的变形，钻孔电视探头设于巷道监测断面的电视探头安装孔内，钻孔电视探头与彩色监视器连接；采用多点位移监测、矿井钻孔电视成像、电阻率测量等观测方法以及地质雷达探测技术互相补充，取长补短，能够得出可靠的数据结果，对于深部巷道支护选择合理的支护方式提供了依据，特别适用于用于深部地下工程中，评估围岩分区破裂范围和破坏程度及确定相关支护措施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种深部巷道围岩探测技术领域，尤其涉及一种深部巷道围岩分区破裂现场 探测系统和探测方法。

背景技术

地下工程在开挖时，如巷道、隧道、洞室和工作场都破坏原岩应力平衡状态，应力的重 新分布使围岩处于不同的破坏和受力状态，因此地下工程在开挖后要进行相应的支护，目前， 巷道支护方法有多种，如锚杆支护、锚喷支护、锚喷网支护、锚索支护、砌碹支护、金属拱 形支架支护、料石支护、钢筋混凝土支护以及各类支护之间的联合支护等，在深部煤矿开采 中，巷道支护除了上述方式之外还采用锚注支护，但是在上述锚杆、锚索支护中，大部分都 根据经验选取锚杆、锚索的长度，科学依据不够充分，如选取长度过长造成浪费，选取太短 又打不到支护效果，因此合理支护方式的基本依据是开挖后巷道围岩破坏范围和程度。深部 巷道围岩分区破裂测试成果主要有以下三方面的作用：确定破裂带和完整区的范围，为锚喷 支护中的锚杆支护提供可靠着力点，为确定锚索长度和锚固点提供依据，为注浆加固深部巷 道围岩提供参考。

实际进行深部巷道围岩分区破裂测试过程中，由于采用的多是单一观测方法或探测技术， 往往因为某种方法或技术的缺陷、不足和人为因素导致数据不准确或失效，从而使测试成果 打不到预期目的。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种深部巷道围岩分区破裂现场 探测系统和探测方法；本发明采用多点位移监测、矿井钻孔电视成像、电阻率测量等观测方 法以及地质雷达探测技术互相补充，取长补短，能够得出可靠的数据结果，对于深部巷道支 护选择合理的支护方式提供了依据。特别适用于用于深部地下工程中，评估围岩分区破裂范 围和破坏程度及确定相关支护措施。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种深部巷道围岩分区破裂现场探测系统，包括多点位移计、钻孔电视探头、彩色监视 器，所述多点位移计设于巷道监测断面的位移计安装孔内，通过细钢丝绳分别引出钻孔外， 以测量钻孔不同深度处围岩的变形，所述钻孔电视探头设于巷道监测断面的电视探头安装孔 内，钻孔电视探头与彩色监视器连接。

钻孔电视探头采用KDVJ-400矿井钻孔电视成像仪。

还包括Resitest-4000电阻率测试仪、主机、绝缘支架、滚轮，绝缘支架与滚轮连接， 电阻率测试仪与主机连接，绝缘支架上设有孔内探头，绝缘支架上设有电极，电极上设有导 电软触点，孔内探头设于探头安装孔内。

还包括地质雷达主机、天线，地质雷达主机通过绝缘木杆与天线连接，天线与巷道的围 岩表面接触。

所述地质雷达主机采用SIR-3000地质雷达，天线采用400MHz天线。

利用深部巷道围岩分区破裂现场探测系统的方法，包括以下步骤：

1）沿巷道走向布置若干监测断面，完成端面施工，完成巷道支护后、在每个监测断面布 置若干位移计钻孔，位移计钻孔内安装多点位移计；

2）在巷道内选择合适的断面钻探头安装孔，将电视探头插入探头安装孔；

3）把带滚轮的孔内探头放入探头安装孔内，通过安装在绝缘支架上的电极测定完整岩体 和破裂岩体电阻率的变化，电阻率情况实时显示在主机上，带滚轮的孔内探头在探头安装孔 内由滚轮带动滚动行进，行进过程中具有弹性的导电软触点与钻孔壁紧密贴合，每步前进0.2m 测量一次，记录电阻率值和深度，直至孔底，采用孔内电阻率值平均法确定破坏范围；

4）在巷道内布设监测断面，在监测断面的顶底板和两帮布置横向和纵向的测线，测量时 将400MHz天线按压在巷道的围岩表面，沿测量线拖动，测试结果显示在地质雷达主机上。

1.1每个监测断面设有五个位移计安装孔，所述位移计安装孔的深度为10m、钻孔直径为 32mm，所述位移计安装孔分别设于两顶肩、两帮和顶板处，其中位移计安装孔Ⅰ和位移计安 装孔Ⅱ水平，位移计安装孔Ⅲ和位移计安装孔Ⅳ与水平面成45°夹角，位移计安装孔Ⅴ垂直。

每个位移计安装孔内设有十个测点，每个测点设有一个孔内固定器，从巷道表面开始， 每隔1m布置一个测点，确定围岩不同深度位移变化规律。

2.1探头安装孔的钻孔直径32mm、钻孔深度10m，电视探头安装孔设有五个，电视探头 安装孔分别设于顶板、左右两拱肩和左右两帮，其中探头安装孔Ⅰ和探头安装孔Ⅱ水平，探 头安装孔Ⅲ和探头安装孔Ⅳ与水平面成45°夹角，探头安装孔Ⅴ垂直。

2.2）成孔后进行洗孔。用清水循环冲洗探头安装孔，直至水清为止，在水源不便时，可 以添加药物来净化孔内污水。

2.3）将钻孔电视探头慢慢插入探头安装孔内，由围岩表面至孔底，进行孔内破裂形态全 景录像并记录深度、破裂情况及对应时间，钻孔电视探头实时画面可通过位于巷道内的彩色 监视器显示，并根据钻孔窥视解译标准确定破坏范围。

3.1）在把带滚轮的孔内探头放入探头安装孔内之前，首先向共用钻孔内吹气，排出孔内 瓦斯，以防瓦斯爆炸。

4.1监测断面布置在距掘进迎头后方20m处，每个断面根据巷道迎头掘进间隔2-5天时 间监测一轮。

本发明的有益效果：

1.本发明采用多点位移监测、矿井钻孔电视成像、电阻率测量等观测方法以及地质雷达 探测技术互相补充，取长补短，能够得出可靠的数据结果，对于深部巷道支护选择合理的支 护方式提供了依据。本发明主要用于深部地下工程中，评估围岩分区破裂范围和破坏程度及 确定相关支护措施。

2.本发明的测试结果可靠性高，为设计锚杆、锚索的支护深度、注浆加固范围提供充分 地科学依据，使支护参数更加经济合理，在最经济的条件下达到最佳的支护效果。

3.克服单一观测方法或探测技术因为某种方法或技术的缺陷、不足和人为因素导致数据 不准确或失效的缺陷。

附图说明

图1是本发明多点位移计测站布置示意图；

图2是本发明多点位移计测试布置图；

图3是本发明矿井钻孔电视成像和电阻率测量钻孔布置图；

图4是本发明电阻率仪局部构件示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明地质雷达监测路线图；

其中，1.位移计安装孔Ⅰ，2.位移计安装孔Ⅱ，3.位移计安装孔Ⅲ，4.位移计安装孔Ⅳ， 5.位移计安装孔Ⅴ，6.多点位移计，7.位移计安装孔，8.探头安装孔，9.孔内探头，10. 主机，11.电视探头，12.彩色监视器，13.电极，14.绝缘支架，15.滚轮，16.导电软触点， 17.天线，18.木杆，19.地质雷达主机，21.巷道，22.断面一，23断面二，24.掘进迎头， 25.测点，31.探头安装孔Ⅰ，32.探头安装孔Ⅱ，33.探头安装孔Ⅲ，34.探头安装孔Ⅳ，35. 探头安装孔Ⅴ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种深部巷道围岩分区破裂现场探测系统，包括多点位移计6、钻孔电视探头11、彩色 监视器12，多点位移计6的多个测点25按1m等间距依次设于巷道21监测断面的位移计安 装孔7内，通过细钢丝绳分别引出钻孔外，以测量钻孔不同深度处围岩的变形。钻孔电视探 头11设于巷道21监测断面的电视探头安装孔8内，钻孔电视探头11与彩色监视器12连接。

钻孔电视探头11采用KDVJ-400矿井钻孔电视成像仪。

还包括Resitest-4000电阻率测试仪、主机10、绝缘支架14、滚轮15，绝缘支架14与 滚轮15连接，电阻率测试仪与主机10连接，绝缘支架14上设有孔内探头9，绝缘支架14 上设有电极13，电极13上设有导电软触点16，孔内探头9设于探头安装孔8内。

还包括地质雷达主机19、天线17，地质雷达主机19通过绝缘木杆18与天线17连接， 天线17与巷道21的围岩表面接触。

所述地质雷达主机19采用SIR-3000地质雷达，天线17采用400MHz天线。

利用深部巷道围岩分区破裂现场探测系统的方法，包括以下步骤：

1）沿巷道21走向布置若干监测断面、完成端面施工，在完成巷道支护后打孔安装多点 位移计6；如图所示，沿巷道21走向布置两个监测断面，先施工断面一22，断面一22至掘 进迎头24的距离为5m，断面二23至断面一22的距离为30m；

在每个监测断面布置若干多点位移计钻孔7，每个监测断面设有五个位移计安装孔7，所 述位移计安装孔7的深度为10m、钻孔直径为32mm，所述位移计安装孔7分别设于两顶肩、 两帮和顶板处，其中位移计安装孔Ⅰ1和位移计安装孔Ⅱ2水平，位移计安装孔Ⅲ3和位移计 安装孔Ⅳ4与水平面成45°夹角，位移计安装孔Ⅴ5垂直。

每个位移计安装孔7内设有十个测点25，每个测点25设有一个孔内固定器，从巷道表面 开始，每隔1m布置一个测点25，确定围岩不同深度位移变化规律。

如图3所示，矿井钻孔电视成像采用KDVJ-400矿井钻孔电视成像仪，其探测步骤为：

在巷道21内选择合适的断面钻探头安装孔8，将电视探头11插入探头安装孔8；探头安 装孔8的钻孔直径32mm、钻孔深度10m，电视探头安装孔8设有五个，电视探头安装孔8分 别设于顶板、左右两拱肩和左右两帮，其中探头安装孔Ⅰ31和探头安装孔Ⅱ32水平，探头安 装孔Ⅲ33和探头安装孔Ⅳ34与水平面成45°夹角，探头安装孔Ⅴ35垂直。成孔后进行洗孔， 用清水循环冲洗探头安装孔8，直至水清为止，在水源不便时，可以添加药物来净化孔内污 水。

将电视探头11慢慢插入探头安装孔8内，由围岩表面至孔底，进行孔内破裂形态全景录 像并记录深度、破裂情况及对应时间，钻孔电视探头11实时画面可通过位于巷道2内的彩色 监视器12显示，并根据钻孔窥视解译标准确定破坏范围。

如图3、图4所示，电阻率测量采用Resitest-4000电阻率测试仪和自制的带滚轮的孔 内探头9，其探测步骤为：

把带滚轮的孔内探头9放入探头安装孔8内，通过安装在绝缘支架14上的电极13测定 完整岩体和破裂岩体电阻率的变化，电阻率情况实时显示在主机10上，自制的带滚轮的孔内 探头9在探头安装孔8内由滚轮15带动滚动行进，行进过程中具有弹性的导电软触点16与 钻孔壁紧密贴合，每步前进0.2m测量一次，记录电阻率值和深度，直至孔底，采用孔内电阻 率值平均法确定破坏范围。在把带滚轮的孔内探头放入探头安装孔内之前，首先向探头安装 孔8内吹气，排出孔内瓦斯，以防瓦斯爆炸。

如图5所示，地质雷达探测采用SIR-3000地质雷达探测设备及相应用绝缘的木杆18固 定支撑的400MHz天线17，其探测步骤为：

在巷道21内布设监测断面，在监测断面的顶底板和两帮布置横向和纵向的测线，测量时 将400MHz天线17按压在巷道21的围岩表面，沿测量线拖动，测试结果显示在地质雷达主机 19上。监测断面布置在距掘进迎头24后方20m处，每个断面根据巷道迎头掘进间隔2-5天 时间监测一轮；

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。