[发明专利]围岩应力场裂隙场一体化监测系统及定量确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程围岩应力场裂隙场监测技术领域，特别是涉及一种围岩应力场裂隙场一体化监测系统。

背景技术

在地下工程结构开挖(或资源开发)过程中，地下空间结构开挖前围岩体处于原始应力平衡状态，开挖活动破坏了围岩体原始的应力平衡，必然引起一定范围内围岩体的变形、破坏，由于采动应力场随开挖不断发展演化，而应力场的演化又带来与之对应的采动裂隙场的演化，可以说采动及其应力场的变化为采动裂隙场形成和发展(演化)提供了必要条件，而围岩体裂隙场-应力场的演化可能出现顶板冒落与来压、顶底板移近、支架受载下缩、折损等矿压现象，进而诱发煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等动力灾害。

围岩体采动裂隙是由于受采动影响，围岩承受的应力重新分布，而原生裂隙是在应力作用不断发展扩张并相互贯通而形成的，这些裂隙场控制和影响着围岩体的稳定性。地应力大小是地下工程结构开掘、支护及顶板控制(含冲击矿压)、煤与瓦斯突出等灾害预防的基础参数，测试及评估围岩体应力是压力观测的主要内容，是解决受采动影响的地下工程结构围岩体控制、煤矿开采程序设计、地下巷道位置合理选择与维护、冲击地压和煤与瓦斯突出预测和防治、承压水上资源安全开采等重大技术问题的决策依据。

围岩体中的裂隙场和应力场的监测是一项非常复杂的工程，在地下工程中进行应力场和裂隙场测试的设备种类较少而且样式单一。

公告号为CN205506271U的中国专利文献公开了一种围岩应力场钻孔监测探杆，包括刚性杆、柔性杆、传感器、防水膜、导线、数据采集仪，刚性杆和柔性杆交替连接，杆体内部均为空腔，传感器和导线相连，传感器安装在刚性杆上，防水膜安装在整个杆体外侧，导线通过杆体内部空腔通向杆体末端连接数据采集仪。该技术方案可以实现对围岩的应力监测，但并不能同时监测围岩裂隙场，并且其对围岩的应力监测需在钻孔内注浆耦合，操作繁琐。

公告号为CN104632075B的中国专利文献公开了一种用于覆岩裂隙探测的钻测一体化系统及方法，系统包括探管、钻进装置和控制装置；探管杆体上部套有封孔胶囊，封孔胶囊两端分别通过位于探管上的上凸台和下凸台固定，封孔胶囊内部为电动三通球阀，下凸台下部的探管杆体上开有凹槽。该技术方案可以实现开挖钻孔与覆岩裂隙探测同时进行，实现对覆岩的裂隙探测，但并不能同时监测围岩应力场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种围岩应力场裂隙场一体化监测系统及定量确定方法，实现同时监测围岩应力场、围岩孔壁表面裂隙场并定量分析或者同时监测围岩应力场、围岩内部裂隙场并定量分析。

本发明提供一种围岩应力场裂隙场一体化监测系统，围岩应力场裂隙场一体化监测系统包括应力场监测组件和裂隙场监测组件，应力场监测组件装配连接裂隙场监测组件；应力场监测组件包括座体、高压油管和油泵，座体开设有压力室和与压力室连通的滑道，滑道上滑动连接有压头座，压头座上设置有压头，压力室经高压油管连接油泵，高压油管上设置有油压表；裂隙场监测组件为孔壁裂隙场监测组件和内部裂隙场监测组件二者中的一个；孔壁裂隙场监测组件包括裂隙监测仪、视频电缆和摄像监测主机，裂隙监测仪经视频电缆信号连接摄像监测主机；内部裂隙场组件包括支撑体、前水囊、后水囊、水泵和水管，支撑体的两端分别设置前水囊和后水囊，水泵经水管分别连接前水囊和后水囊，前水囊或后水囊连接有安全阀，安全阀的泄液口位于前水囊和后水囊之间，水管上设置有水压表和流量表。

进一步的，围岩应力场裂隙场一体化监测系统还包括连接杆，连接杆包括首杆和若干根加长杆，首杆的前端装配连接应力场监测组件和裂隙场监测组件，首杆的后端可拆卸连接有若干根加长杆。

进一步的，加长杆的一端设置有弹性销轴，加长杆的另一端设置有销孔，首杆的后端设置有销孔或弹性销轴。

进一步的，压头、销孔、弹性销轴在同一条直线上。

进一步的，围岩应力场裂隙场一体化监测系统还包括数据处理主机，数据处理主机分别经数据传输线与油压表、摄像监测主机、水压表和流量表信号连接。

进一步的，裂隙监测仪设置于座体的前端。

进一步的，裂隙监测仪的前端设置有十字准星。

本发明还提供一种围岩应力场裂隙场一体化定量确定方法，应用上述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，裂隙场监测组件为孔壁裂隙场监测组件，包括以下步骤：

步骤一、在需要监测的地点向地下工程结构围岩内部打钻孔，钻孔深度达到测试所需深度并清理钻孔内杂物；

步骤二、将座体、裂隙监测仪推入钻孔内的初始监测点并把初始监测点设为坐标原点，将压头对准指定方向；