[发明专利]一种用于监测巷道围岩实时参数的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于监测巷道围岩实时参数的装置及方法，监测组件包括膨胀水泥圆柱、弹簧式金属管骨架、应变片和电缆，弹簧式金属管骨架和应变片均处于膨胀水泥圆柱内，弹簧式金属管骨架由金属管呈螺旋状回旋形成弹簧结构，多个应变片间隔相同距离且相邻应变片之间相互垂直地设置在弹簧式金属管骨架内，每个应变片均通过金属丝与弹簧式金属管骨架固定连接，电缆的一端伸入膨胀水泥圆柱且呈螺旋状处于弹簧式金属管骨架内，电缆的另一端从膨胀水泥圆柱的端部引出；激光测距仪固定于膨胀水泥圆柱引出电缆的端部。其能同时对同一位置围岩进行受力、变形、位移和离层情况实时监测，从而使工作人员能精确对围岩稳定性进行判断。

技术领域

本发明涉及一种用于监测巷道围岩的装置及方法，具体是一种用于监测巷道围岩实时参数的装置及方法。

背景技术

我国矿井绝大部分属于井工矿，随着机械化开采的普及，井下巷道数量增多和大截面发展趋势明显。随着道路、水利、土木工程的修建，隧道、巷道数量急剧增加。巷道、隧道的围岩所处复杂的工况环境，导致围岩内部受力、变形、破坏情况不断变化，围岩稳定情况也随之变化。然而，由于围岩内部的隐蔽性和现有配套监测手段的欠缺和局限，致使围岩变形、破坏和稳定性无法有效获知，导致巷道围岩事故频发。若能够随时获知围岩的受力、变形、位移、离层数据及其变化趋势，从而对围岩的支护、变形、收敛和稳定性情况作出科学的判断，并采取合理的应对措施，可以大大降低此类围岩事故的发生率，减少生命和财产损失。

目前，作为围岩稳定判据的几个物理量——受力、变形、位移和离层，其测量装置基本属于机械式，须人工操作、读数等，无法组成自动化监测的智能系统；监测物理量单一，不能同时实现几个物理量的获知，不能有效分析判断围岩的稳定性情况。以锚杆为测量载体，采用应变片测量锚杆应力应变进而求出围岩应力应变的方法，由于锚杆本身限制导致应变片设置数量极为有限，很难全长度、高密度测量；以锚杆为测量载体，采用光纤光栅测量的方法虽然能高密度的测量，但是其费用昂贵，且光纤较脆弱、易损坏断裂。另外以锚杆为测量载体的测量方法对围岩的离层破坏无法测量感知，而顶板离层仪可测量离层，但结构复杂、体积较大、且无法同时监测其他物理量；同时顶底板、两帮相对位移量的确定也是通过机械式人工测量，使得测量的效率低下，上述各种方法均不能实时精确地进行多参数监测。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于监测巷道围岩实时参数的装置及方法，操作简单，使用方便，能同时对同一位置围岩进行受力、变形、位移和离层的实时监测，从而使工作人员能精确对围岩稳定性进行判断。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于监测巷道围岩实时参数的装置，包括监测组件和激光测距仪，所述监测组件包括膨胀水泥圆柱、弹簧式金属管骨架、应变片和电缆，所述弹簧式金属管骨架和应变片均处于膨胀水泥圆柱内，弹簧式金属管骨架由金属管呈螺旋状回旋形成弹簧结构，所述应变片为多个，多个应变片间隔相同距离且相邻应变片之间相互垂直地设置在弹簧式金属管骨架内，每个应变片均通过金属丝与弹簧式金属管骨架固定连接，电缆的一端伸入膨胀水泥圆柱且呈螺旋状处于弹簧式金属管骨架内，处于弹簧式金属管骨架内的电缆各个电芯分别与各个应变片引线一一对应连接，电缆的另一端从膨胀水泥圆柱的端部引出；

所述激光测距仪固定于膨胀水泥圆柱引出电缆的端部。

进一步，所述应变片封装在不锈钢薄片内。

进一步，所述膨胀水泥圆柱采用的膨胀水泥尽可能与安装处的围岩性质相同。

一种用于监测巷道围岩实时参数装置的监测方法，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；

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，钻孔后用高压水冲洗钻孔；