[发明专利]基于软岩钻孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程和煤巷工程中围岩松动圈测试技术领域，具体涉及一种基于软岩钻 孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统及方法。

背景技术

随着地下工程的发展和科学理论的进步，国外产生了许多有关围岩松动范围的理论成果， 这些成果主要是由经验公式和相关理论推导而来，具有一定的合理性和适用性。因此，可以 借鉴其关于围岩破碎范围的结论，进一步推导出计算围岩松动圈的理论方法，但是理论方法 受工程实际复杂因素的影响较大，具有很大的局限性。基于现场实测围岩松动圈没有做任何 原理方面的假设，测试结果更加准确可靠，现代隧道工程和煤巷工程多采用物理探测的方法 对围岩松动圈进行现场实测。

围岩松动圈及就是巷道开挖后，围岩在次生应力作用下所产生的松弛破碎带。近年来国 内外学者对松动圈探测方法的研究颇多，在围岩松动圈物理测试领域中也取得了一定的成果， 例如：声波法、多点位移计法、地震波法、地震雷达法以及钻孔摄像法等。但现有的各种松 动圈物理测试方法又存在诸多问题，例如：声波法基本成熟，但在测试过程中容易出现塌孔 现象，对岩性要求较高，不能应用于质地松软的岩层或煤层中；多点位移计法测量数据量大， 测试精度不高；地震波法与地震雷达法可实现无损检测，但成本较高；钻孔摄像法精度高， 但操作复杂、成本较高。

发明内容

为了解决声波法因在软岩钻孔测试过程中容易出现塌孔现象以及在巷道顶部测试过程中 因难以封堵水而不能进行有效水耦合的难题，本发明提出了一种基于软岩钻孔内岩水耦合作 用的围岩松动圈测试系统及方法，该测试系统在软岩钻孔测试过程中可避免塌孔现象的发生， 适用性和安全性更强。

本发明的任务之一在于提供一种基于软岩钻孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统。

一种基于软岩钻孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统，其包括封孔装置、注浆装置、注 水装置、测试装置和控制装置，

所述测试装置包括可伸缩杆体、显示器、超声波发射器、超声波接收器和用于支撑所述 可伸缩杆体的立柱，所述显示器设置在所述可伸缩杆体的中部，所述超声波发射器和超声波 接收器通过线路连接在所述显示器的输入端，经所述显示器的输出端连接在所述控制装置上， 所述可伸缩杆体的两端分别连接有一个探测杆，两端的探测杆高度相同且保持相互平行，每 个探测杆均是由若干个管体套置在一起形成的，所述超声波发射器和超声波接收器分别安装 在每个探测杆的头部；

所述封孔装置包括平行设置的两个封孔单元，其中，每个封孔单元均包括位于软岩钻孔 内的封堵胶囊，在每个探测杆的头部和中下部套置所述封堵胶囊，在封堵胶囊上设置有注浆 接口和注水接口，所述注浆接口与注水接口分别与注浆软管和注水软管连接，所述注浆软管 和注水软管位于所述探测杆的两侧，并且在所述探测杆的长度方向可上下移动，所述封堵胶 囊内设置有不连通的注水区和注浆区，通过所述注水装置和注浆装置向所述封堵胶囊内注水、 注浆以起胀所述注水区和注浆区，在软岩钻孔口处设置有用于固定所述注浆软管和注水软管 的挡板；所述封堵胶囊上设置有压力感应器，所述压力感应器与所述控制装置连接；

所述注浆软管的另一端通过管道与所述注浆装置连接，所述注水软管的另一端通过管道 与所述注水装置连接，在所述注浆软管、注水软管上设置有用于控制浆液流量和水流量的阀 门，所述阀门通过线路连接在所述控制装置上。

作为本发明的一个优选方案，注浆装置包括浆料罐，所述浆料罐的罐身为双层结构，所 述浆料罐的顶部设置有进料口和进水口，底部设置有出料口，所述进水口通过管道连接在所 述注水装置上，所述出料口通过管道与每个封孔单元的注浆软管连接。

作为本发明的另一个优选方案，所述超声波发射器和超声波接收器通过螺丝分别固定在 每个探测杆的头部。

优选的，所述探测杆与所述可伸缩杆体之间通过螺栓连接，在连接处附近设置有防护垫 圈。

优选的，所述挡板处用锚杆加固。

本发明的另一任务是提供上述测试系统的测试方法。

上述基于软岩钻孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统的测试方法，依次包括以下步骤：

a调试实验硬件，确定好相邻钻孔的距离，通过调节所述可伸缩杆体，并将其调至适当 的长度，以使探测杆可伸入软岩钻孔内；

b对软岩钻孔的孔底进行预处理，