[发明专利]一种深孔张拉式多点位移监测预警系统及施工方法

说明书

技术领域

本发明属于岩层变形位移监测安全预警领域，提供了一种深孔张拉式多点位移监测预警系统及施工方法。

背景技术

矿山深部开采致使采空区使上覆岩层原始平衡应力遭到破坏，长时间在自重条件下形成断裂弯曲、垮落，岩层产生位移直至地表，造成地表沉降，使地表构（建）筑物损坏及一系列的安全问题。对于这些深部矿产资源的开采引起岩层位移及地表下沉及其所带来的问题，业内尤为关注，地表沉降及坍塌灾害预警关键是掌握岩层位移数据。因此，对于研究解决深部岩层移动诱使地表沉降及坍塌灾害预警问题，获得直观的岩层内部位移数据则显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了监测岩层及地表沉降位移数据，解决了深部开采上覆岩层移动、地表沉降及坍塌预警难题。

本发明提供的深孔张拉式多点位移监测预警系统最大监测深度可达600m，整个深孔多点位移监测预警系统包括以下部分：锚头1、钢丝张拉线2、承压弹簧3、位移数据采集仪集中盘4、位移数据采集仪5、无线信号发射装置6、无线信号接收装置7、模数转换器8、计算机9、报警装置10、工业modem11、手机12、GPS定位仪13、太阳能蓄电池14、太阳能电池板15、混凝土铸件16、通讯电缆17、输电电缆18；位移数据采集仪集中盘4上的位移数据采集仪5能实时采集深部岩层及地表沉降位移，采集的位移数据通过无线信号发射装置6无线传输到无线信号接收装置7，经过模数转换器8进行模数转换，数据经计算机9处理之后反馈到报警装置10进行预警，把预警结果通过工业modem11及时发送到手机12。

所述锚头1为由三个用弹簧张紧的经过热处理的锚爪组成。锚头1的个数最多可达20个，各个锚头1是根据钻孔深度均匀分布固定于钻孔内的，每个锚头1的重量为300g，通过锚头1自重锤安装到钻孔内指定的锚固点，向上拉钢丝张拉线2，使锚头1锚爪固定在孔壁上，把钢丝张拉线2固定到位移数据采集仪5上。

所述钢丝张拉线2直径为0.5mm，长度根据钻孔深度要求，最大可达600米，具备重量轻、高强度、变形小、可塑性低等特点，分布在钻孔内指定设计位置，每根钢丝张拉线2一端连接一个锚头1，另一端连接着位移数据采集仪5，钢丝张拉线2处于绷紧状态，保持一定的常张力。

所述位移数据采集仪5布置在位移数据采集仪集中盘4上，位移数据采集仪集中盘4是根据锚头1个数确定直径尺寸范围为500mm—700mm的钢制圆盘，厚度为5mm。位移数据采集仪集中盘4由位移数据采集仪5、GPS定位仪13等组成。位移数据采集仪5与无线信号发射装置6相连，每一个位移数据采集仪5均通过通讯电缆17与无线信号发射装置6相连。位移数据采集仪5采集岩层监测点位移增量数据，采集到的数据经无线信号发射装置6传输至计算机数据处理终端。数据经计算机处理、分析后，达到预警值时，通过无线电把数据以短信息的方式发送到手机12。GPS定位仪13能监测位移数据采集仪集中盘4因岩层移动而发生的位移变化。太阳能蓄电池14保证位移数据采集仪集中盘4、GPS定位仪13及无线信号发射装置6的能量需求。

所述计算机数据处理终端包括无线信号接收装置7、模数转换器8、计算机9，能对接收到的相关位移数据进行处理后直接反馈到预警系统。

所述预警系统为数据处理预警软件、报警装置10、工业modem11、手机12，预警系统接收到来自计算机数据处理终端的位移增量数据，该数据若超出所设定的预警值，则发生预警，并把预警信息发送到手机12。在报警装置10产生报警信息之后，工作人员能够及时对所监测位置岩层产生的过大的位移做出相应的处理措施。

本发明提供的一种深孔张拉式多点位移监测预警系统施工方法包括如下步骤：

（1）确定监测区域及地面硬化：确定所要监测岩层移动变形的区域，根据地形条件确定钻孔的位置，然后在指定的钻孔位置进行地面硬化以便于安装位移数据采集仪集中盘4、太阳能蓄电池14等；

（2）钻孔开挖：根据监测区域的深度确定钻孔的深度，从而确定锚头1数量；根据锚头1数量确定钻孔的直径和位移数据采集仪集中盘4的直径；钻孔的深度和直径确定后，用钻机在指定的位置打钻孔；打钻时钻孔深度最大值不超过600m，钻孔倾斜度不能超过1%；

（3）洗孔：打好钻孔后，因孔内留有岩硝和泥杂质，用清水进行洗孔，将孔内的杂质清洗干净，使下放锚头1时能顺利到达指定位置；