[发明专利]对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法

说明书

本发明提供一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法，所述钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计、钢弦式压力计、电缆、测量仪和计算机；若干个钢弦式混凝土应变计均设置在所述井壁的内表面上，若干个所述钢弦式压力计均设置在所述井壁的内部；若干个所述钢弦式混凝土应变计和若干个所述钢弦式压力计均通过所述电缆与所述测量仪连接，所述测量仪与所述计算机连接；所述测量仪接收由所述钢弦式混凝土应变计和所述钢弦式压力计采集的频率信号，所述测量仪将所述频率信号转换为数字信号，并将所述数字信号传递给所述计算机。本发明能够对井壁承受的注浆压力、井壁变形和井壁温度进行监测，确保了观测系统长期的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及矿山建设领域，具体涉及一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法。

背景技术

20世纪80年代以来，在大屯、徐州、淮北、兖州、永夏等矿区已有大量矿井发生了厚表土层中井壁破裂灾害，它们有的发生在井筒施工中，有的发生在矿井投产后，轻者停工停产，重者透水淹井，严重的制约了我国深立井建设的进一步发展。对井壁破裂机理的研究，形成了竖直附加力假说、采动影响假说、新构造运动假说等。大量理论分析，数值模拟和现场实测研究的成果支持了竖直附加力假说：特殊地层含水层因开采，以及冻结管拔除后的融沉而引起上覆土体下沉。土体在沉降过程中与井壁相互作用，施加于井壁外表面一个附加力系。该附加力系增长到一定值时，混凝土井壁因不能承受而遭破坏。井壁破裂是厚表土层与井壁结构相互作用的结果，因此井壁破裂治理方法主要有井壁加固和地层加固两类。对处理井壁的方法已有大量的研究，主要包括：槽钢井圈喷混凝土加固法，加套井壁法，开槽卸压法。对地层进行处理的方法主要有：壁后注浆和地面注浆加固。对地层注浆目的是封堵井筒周边含水地层的水利通道，阻滞含水地层疏水，可以减缓、减少井筒周边地层的沉降，降低立井井壁所受到的竖向附加力。

虽然目前关于立井表土地层的加固注浆已有大量的研究和工程实践，但是随着煤炭资源开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内部分矿井相继进人了深部煤炭开采状态，越来越多的立井井筒需要穿越深厚的冲积层。特别是，随着井筒穿越的冲积层越厚，其壁后土层的固结程度越大，可注性能越来越差。显然，进行深立井地层进行加固注浆，必须适当的提高注浆压力，但是，若单纯通过增大注浆压力，极容易产生劈裂注浆，过大的注浆压力会直接作用于井筒，而造成井筒的破坏。为监测井筒注浆治理期间井壁的受力状态，分析注浆浆液的压力扩散范围，确保矿井在综合治理期间的安全生产，必须对整个注浆过程进行实时监测，而整个监测系统充分的发挥其预警作用必须首先针对井壁目前受力状况确定井壁变形的预警值。因此，开展既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁监测系统与变形预警值确定方法的研究迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，本发明的技术方案解决了既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁的监测问题，并且给出了由井壁目前受力状况而确定的井壁变形预警值的确定方法，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深立井地层加固注浆监测系统和变形预警值确定方法的空白，是井筒破裂综合治理方案的重要组成部分，确保了矿井在综合治理期间的安全生产，极大地提高了深立井地层加固注浆的安全性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对所述井壁进行监测，进而对变形进行预警，其特征在于，所述钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计、钢弦式压力计、电缆、测量仪和计算机；

若干个所述钢弦式混凝土应变计均设置在所述井壁的内表面上，若干个所述钢弦式压力计均设置在所述井壁的内部；

若干个所述钢弦式混凝土应变计和若干个所述钢弦式压力计均通过所述电缆与所述测量仪连接，所述测量仪与所述计算机连接；