[发明专利]一种井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统及方法

说明书

本发明涉及混凝土力学性能试验技术领域，公开了一种煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统及其测量方法，其包括埋设在巷道混凝土喷层内的应力计，以及与所述应力计可拆卸式连接的频率检测仪。本发明所提供的煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统及其测量方法通过将应力计事先固定于测点处，然后喷射混凝土将其完全埋入喷层内，最后采用频率检测仪对所述应力计所测的数据进行采集，直接得到喷层应力的大小，该装置结构简单，试验过程省时省力，试验结果准确易得。

技术领域

本发明涉及混凝土力学性能试验技术领域，特别是涉及一种煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统，以及一种煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量方法。

背景技术

锚杆喷射混凝土联合支护(简称锚喷支护)是目前地面与地下岩土工程中应用最为广泛的围岩支护技术之一。在煤矿领域，锚喷支护常用于井筒、井底车场及主要开拓、准备巷道的永久支护。在煤矿井下巷道施工现场，混凝土喷射到已经打设锚杆、锚索的围岩上，经过一段时间后凝固硬化成混凝土喷层，与围岩和锚杆锚索紧密粘结，共同起到抵抗矿山压力的作用。混凝土喷层在发挥支护作用期间，由于受到围岩挤压的影响，其内部会产生应力，沿着巷道轴向、垂直巷道轴向(即巷道径向)和沿着巷道切向等三个方向都会有所分布，形成轴向应力、径向应力和切向应力三种内应力。

目前，很多煤矿井下存在“重施工、轻监测”的问题，即锚喷支护施工完成后，不重视对喷层的受力状态进行监测，导致不能及时掌握巷道来压，没有采取预防措施，喷层就会逐渐与围岩或锚杆锚索产生剥离，甚至开裂，导致其无法发挥封闭水气、支承围岩的作用，最终可能引起顶板事故，造成人员伤亡和工程损失。因此，准确测量混凝土喷层内部应力的大小和方向，对了解喷层实际受力状态、指导巷道锚喷支护设计、保证巷道支护安全十分重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种实用、有效的煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量方法，以解决不能及时了解喷层实际受力状态，没有采取预防措施，而造成喷层开裂，引起顶板事故的问题，提高锚喷支护设计的科学性和巷道的安全程度。

本发明的另一个目的是提供一种实用、有效的煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统，以解决不能及时了解喷层实际受力状态，没有采取预防措施，而造成喷层开裂，引起顶板事故的问题，提高锚喷支护设计的科学性和巷道的安全程度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统，其包括埋设在巷道混凝土喷层内的应力计，以及与所述应力计可拆卸式连接的频率检测仪。

其中，所述应力计包括承压圆板、传感头，以及用于连接所述承压圆板和所述传感头的导管，所述应力计还包括与所述传感头连接的信号电缆。

其中，所述承压圆板的厚度H与半径R之比≤0.2。

其中，所述应力计的等效弹性模量Eg与巷道混凝土喷层的弹性模量Ec之比≥0.8。

本发明还公开了一种煤矿井下巷道混凝土喷层内应力的测量方法，其包括以下步骤：

(1)固定压力计：在喷射混凝土之前，先将应力计的承压圆板固定在待测点处的巷道金属网上；

(2)喷射混凝土埋没压力计：将事先搅拌好的混凝土浆液向巷道围岩表面喷射，并使得应力计的承压圆板完全埋入混凝土喷层内；

(3)测读喷层应力数据：通过频率检测仪测量井下巷道内的初始频率f₀，然后将其与应力计的信号电缆连接，通过频率检测仪采集应力计的实时频率f，由下式计算得出应力计埋设点的喷层应力：