[发明专利]一种用于监测巷道围岩实时参数的装置及方法

权利要求书

1.一种用于监测巷道围岩实时参数装置，其特征在于，包括监测组件（1）和激光测距仪（2），所述监测组件（1）包括膨胀水泥圆柱（1-4）、弹簧式金属管骨架（1-1）、应变片（1-2）和电缆（1-3），所述弹簧式金属管骨架（1-1）和应变片（1-2）均处于膨胀水泥圆柱（1-4）内，弹簧式金属管骨架（1-1）由金属管（1-1-1）呈螺旋状回旋形成弹簧结构，所述应变片（1-2）为多个，多个应变片（1-2）间隔相同距离且相邻应变片（1-2）之间相互垂直地设置在弹簧式金属管骨架（1-1）内，每个应变片（1-2）均通过金属丝（1-1-2）与弹簧式金属管骨架（1-1）固定连接，电缆（1-3）的一端伸入膨胀水泥圆柱（1-4）且呈螺旋状处于弹簧式金属管骨架（1-1）内，处于弹簧式金属管骨架（1-1）内的电缆（1-3）各个电芯分别与各个应变片（1-2）引线一一对应连接，电缆（1-3）的另一端从膨胀水泥圆柱（1-4）的端部引出；

所述激光测距仪（2）固定于膨胀水泥圆柱（1-4）引出电缆（1-3）的端部。

2. 根据权利要求1 所述用于监测巷道围岩实时参数装置，其特征在于，所述应变片（1-2）封装在不锈钢薄片内。

3. 根据权利要求1 所述用于监测巷道围岩实时参数装置，其特征在于，所述膨胀水泥圆柱（1-4）采用的膨胀水泥尽可能与安装处的围岩性质相同。

4. 一种根据权利要求1 所述用于监测巷道围岩实时参数装置的监测方法，其特征在于，具体的监测步骤为：

A、根据工程的实际情况，选择巷道围岩危险截面和点位进行监测，并且每个截面选择顶板中点、两帮中点、两帮和底板交接处分别布设监测组件（1）；

B、在所需布设监测巷道围岩实时参数装置的围岩上延伸度方向钻孔，孔径略大于监测组件（1），钻孔后用高压水冲洗钻孔；

C、将监测组件（1）浸入水中5~10分钟后插入冲洗过的钻孔内，并使膨胀水泥圆柱（1-4）的电缆引出端在外侧，等待10~20分钟后水泥膨胀与围岩形成一体；

D、将电缆（1-3）经过外置放大输出回路放大信号后由通讯网络传递给井上上位机，井上上位机接收到监测巷道围岩实时参数装置测得所处位置的围岩应变值，然后井上上位机在围岩弹性范围内根据围岩的应力应变关系求出围岩应力值；

E、在各个监测组件（1）布设位置中选取处于每个截面的顶板中点及两帮中同一侧位置的监测组件（1），在其电缆引出端安装激光测距仪（2），激光测距仪（2）用于监测顶底板及两帮的距离，并通过通信网络上传到井上上位机；

F、井上上位机将各个监测组件（1）得出的应力值及应变值和各个激光测距仪测出的顶底板及两帮的距离值，以时间为横坐标、各个参数值为纵坐标绘制成多个坐标图，并对各个坐标图所对应的监测位置进行编号后进行显示；

G、井上上位机将各个监测组件（1）实时的应力值及应变值与所设阈值进行比较，若实时测量值大于设定阈值，则井上上位机启动报警提示，同时将该实时测量值所对应的监测位置编号进行显示；

H、井上上位机将各个激光测距仪（2）实时监测到的顶底板距离及两帮的距离进行存储，然后根据设定的时间段确定该段时间内围岩顶底板的位移量及位移速度和围岩两帮的位移量及位移速度，若在设定的时间段内围岩顶底板或围岩两帮的位移量或速度超过设定阈值，则井上上位机启动报警提示，同时将该位移量或速度所对应的监测位置编号进行显示；

I、当井上上位机监测得到任一监测位置的应力值及应变值快速降低接近零，或两个监测位置的应力值及应变值发生突变时，则确定上述监测位置处发生离层，井上上位机启动报警提示，同时井上上位机记录应力及应变值发生突变的时间段，然后该监测位置处激光测距仪（2）测得的该时间段内围岩的位移量，即为围岩的离层量并将其进行显示。

5.根据权利要求4所述用于监测巷道围岩实时参数装置的监测方法，其特征在于，采用的监测巷道围岩实时参数装置的采集频率依据围岩稳定类型、巷道生命周期阶段、外部环境影响确定。