[发明专利]一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法

权利要求书

1.一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述观测装置的部件包括锚固段套管(1)、延伸段套管(2)、测量段套管(3)和测距仪(41；42)；所述锚固段套管安装于钻孔最底部，测量段套管安装于钻孔外，锚固段套管与测量段套管之间由多根延伸段套管通过螺纹连接；所述锚固段套管上开设有浆液渗流孔(11)，测量段套管外接有测距仪；所述锚固段套管、延伸段套管和测量段套管的直径均相同，且内径大于施工钻孔所用钻杆的直径、外径小于成孔后的钻孔直径。

2.根据权利要求1所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述测距仪(41)的部件包括长度测量筒(411)、法兰盘(412)和测量段套管表面固定的指示环(413)，所述长度测量筒为有长度计量刻度的透明筒；所述长度测量筒的上端开口、底端固定有法兰盘，所述长度测量筒的法兰盘通过钢钉固定在钻孔口的岩层表面；所述长度测量筒的内径大于测量段套管的外径。

3.根据权利要求1所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测装置，其特征在于：所述测距仪(42)的部件包括激光发射器(421)、光电元件、计时器、PLC电路控制器、存储器、显示器、按键手柄、USB端口和在所述测量段套管上固定的激光反射板(422)，所述测距仪固定在岩层表面，使激光束垂直对准激光反射板；激光发射器向激光反射板发射光束，光电原件接收激光反射板反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的往返时间；通过PLC控制器设定激光发射的频率，并将激光束的往返时间转换为距离，并将每次测得的距离发送到存储器进行存储；人工通过按键手柄进行包括翻看存储的数据和设定激光发射的频率的操作，存储器中存储的数据可由USB端口以文档形式导出。

4.一种基于权利要求1～3中任一项所述的巷道表面绝对收敛量的观测装置进行巷道表面绝对收敛量观测的方法，其特征在于：所述巷道表面绝对收敛量的观测方法包括如下步骤：

1)确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置

通过现场观测、数值模拟、理论计算、相似实验模拟中的一种或多种方法的结合确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置；

2)安装巷道表面绝对收敛量的观测装置

利用钻机施工钻孔至巷道深部岩层的零位移区域位置，并对施工的钻孔进行扩孔，使成孔后的钻孔直径为钻杆直径的1.2～2倍；

完成扩孔后，将钻机与钻杆分离，将锚固段套管和延伸段套管连接，并沿着钻杆下放至零位移区域位置；

将注浆管伸入锚固段套管内部，用注浆泵注入水泥砂浆，水泥砂浆通过浆液渗流孔渗流到套管与钻孔壁之间，实现锚固段套管与钻孔底端的锚固，注浆厚度不超过锚固段套管的长度；注浆完毕后，取出注浆管，将测量段套管与延伸段套管通过螺纹连接；

将所述测距仪安装在测量段套管上，开始进行巷道表面绝对收敛量的观测，收集观测的数据，并对观测数据进行分析。

5.根据权利要求4所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测方法，其特征在于：通过现场观测方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，先施工钻孔至巷道围岩深部，然后利用钻孔窥视仪观测记录巷道围岩深部的节理、裂隙的发育状况，钻孔壁的岩体完整，且没有离层段的岩层位置即为零位移区域位置。

6.根据权利要求4所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测方法，其特征在于：通过数值模拟方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，利用包括FLAC^3D、ANSYS、3DEC在内的数值模拟软件，根据要进行巷道表面绝对收敛量观测的巷道围岩不同深度岩层的包括抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、内摩擦角、粘聚力、容重、裂隙度及岩层厚度在内的物理力学参数，建立在岩层中开挖巷道的模型，并施加应力和位移条件约束，经过软件自行求解后，即得到不同时间巷道围岩不同深度岩层的位移和应力状态分布云图，始终处于原岩应力状态或不发生位移的层位即为零位移区域位置。

7.根据权利要求4所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测方法，其特征在于：通过理论计算确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法为，零位移区域位置与巷道断面中心的距离H，H≥6R，R为巷道半径。

8.根据权利要求4所述的一种巷道表面绝对收敛量的观测方法，其特征在于：通过相似实验模拟方法确定出巷道围岩深部岩层的零位移区域位置的方法具体为，根据要进行巷道表面绝对收敛量观测的巷道围岩不同深度岩层的包括抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、内摩擦角、粘聚力、容重、裂隙度及岩层厚度在内的物理力学参数，使用相似实验材料按照一定比例建立与在岩层中开挖巷道的相似模型，模拟巷道进行开挖实验，并观察模型的岩层移动特征，从而确定零位移区域位置。