[发明专利]一种全巷全过程全断面表面变形监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及巷道表面变形监测领域，尤其是一种全巷全过程全断面表面变形监测装置及方法。

背景技术

中国是世界上采煤最多的国家，为了开采煤炭资源，就需要在地下掘出大量的巷道，因此对于巷道的维护与监测显得尤为重要。巷道掘进期间，围岩在应力的作用下会产生一定的变形破坏，但在回采期间巷道的变形破坏更大，如果对巷道表面变形不进行监测控制，顶板有时会发生碎石的脱落，甚至整块岩石的跨冒，严重威胁着井下工作人员的生命安全。

传统巷道变形的监测主要是人工布点测量，该方法不仅测量误差大、布置断面多，而且监测断面测量的点较少，不能准确监测该断面变形状况，从而更不能反映巷道围岩变形和破坏规律。

发明内容

技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，检测效果好的全巷全过程全断面表面变形监测装置及方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的全巷全过程全断面表面变形监测装置，它包括设在巷道中待测点处的锚索尾端外螺纹套管上的连接套管，连接套管下方垂直设有短锚杆，连接套管的一侧通过细线连接有吊锤，锚杆尾部通过上下两个支撑架固定螺母固定支撑架，支撑架上设有旋转激光测量装置。

所述连接套管由上下设置的套管粗段和套管细段两部分构成，套管粗段内由上向下开有与锚索尾端外螺纹套管相匹配的锚索孔，套管细段内由下向上开有与短锚杆连接的锚杆孔，套管粗段侧面分别设有圆柱细杆a和圆柱细杆b，圆柱细杆a和圆柱细杆b结构相同，上下直线布置，圆柱细杆a和圆柱细杆b通过细线连接有吊锤。

所述的连接套管长度200～300mm，所述套管粗段长度为150mm～200mm，内部锚索孔长度比粗端长度短20mm～30mm，锚索孔通过螺纹与外螺纹套管匹配连接；所述的套管细段长度为50mm～100mm，锚杆孔与套管细段长度相同，锚杆孔通过螺纹与短锚杆匹配连接；圆柱细杆a和圆柱细杆b长度为10mm～30mm，直径为10mm，圆柱细杆b距粗端下平台20mm～30mm，圆柱细杆a和圆柱细杆b之间的间距为70mm～90mm。

所述的短锚杆(9)为全螺纹锚杆，长度为1.2m～1.5m。

所述支撑架两侧对称位置分别开有用以安装短锚杆的锚杆孔和用以安装旋转激光测量装置的支柱孔，锚杆孔和支柱孔之间的支撑架上表面上设有吊锤嵌入槽。

所述旋转激光测量装置包括旋转支柱，旋转支柱上设有单向转动手柄a，旋转支柱底部设有紧固螺母，手柄a与紧固螺母之间的旋转支柱设在支撑架的支柱孔中，通过紧固螺母和设在紧固螺母上的销钉固定，旋转支柱顶部设有基座，基座内部设有转轴，转轴一端设有激光测距仪，转轴另一端设有单向转动手柄b。

所述支撑架的支柱孔上方设有与支柱孔同轴的截齿齿轮，所述截齿齿轮包括刻度盘a和多个截齿a，截齿齿轮的截齿a形状为直角形，相邻的两个截齿a最低点之间对应的角度为10～15°；所述基座安装手柄b端设有指向手柄b的同轴的截齿齿轮，所述截齿齿轮包括刻度盘b和设在刻度盘b上的直角形截齿b，相邻的两个截齿最低点之间对应的角度为5～10°。

一种全巷全过程全断面表面变形监测方法，其步骤如下：

a.在巷道起点附近选择一个相对平整的断面，布置第1个测站；

b.用钻机在第1个测站所在的断面顶板中部位置施工一个钻孔，所述钻孔穿过巷道顶板的直接顶到达基本顶，在钻孔中放入锚固剂，用锚索顶推锚固剂至钻孔孔底，将托盘套入锚索尾部外螺纹套管并通过螺母固定，再启动锚杆钻机带动锚索对锚固剂进行搅拌，待锚固剂凝固之后用钻机对螺母进行预紧；

c.将连接套管的粗端旋入锚索尾部的外螺纹套管内紧固，将短锚杆旋入连接套管的细端内紧固，将吊锤利用细线固定在圆柱细杆b上，让支撑架的锚杆孔从短锚杆下端旋入使得吊锤正好卡入支撑架的吊锤嵌入槽内，用固定螺母把支撑架固定，再让旋转激光测量装置的旋转支柱穿入支撑架的支柱孔中，用螺母旋紧后插入销钉紧固；

d.先转动旋转激光测量装置手柄a至刻度盘a标示0°的位置，再转动连接激光测距仪的手柄b至刻度盘b标示0°的位置，至此第1测站布置完毕；开始建立空间坐标系：以激光测距仪的中心位置定为空间坐标系的原点，从原点垂直指向煤帮作为X轴，从原点垂直指向顶板作为Y轴，从原点垂直指向掘进工作面作为Z轴；

e.保持旋转激光测量装置的手柄a不动，转动连接激光测距仪的手柄b，每转过一个截齿b(21)就利用激光测距仪测量一次，直到测量完整个断面，记录每一次测量的距离与角度数据；