[发明专利]基于防冲锚索的围岩梯度变形监测装置及冲击预警方法

说明书

本发明涉及矿山安全技术领域，提供一种基于防冲锚索的围岩梯度变形监测装置及冲击预警方法。该装置包括吸能防冲锚索、弹簧、环饼式压力传感器、数据采集装置、数据处理系统，具体包括依次共轴套装在钢绞线锚索末端的外套筒、承载限位基座、内套筒、弹簧、环饼式压力传感器、挤胀摩擦头、主动增卸压液压装置、锚索锁具。该方法设计三个锚索长度不同的围岩梯度变形监测装置为一个监测组，设计监测组的空间布置参数后施工，根据环饼式压力传感器监测的压力计算巷道围岩变形量和冲击危险性判别指标来实时判断巷道冲击危险性等级。本发明能够实现带阻让位测量围岩形变，提高围岩梯度变形监测的精度和巷道冲击地压预警的实时性、准确性。

技术领域

本发明涉及矿山安全技术领域，特别是涉及一种基于防冲锚索的围岩梯度变形监测装置及冲击预警方法。

背景技术

煤炭是我国工业的基础，煤炭安全生产、高效利用无疑至关重要。然而，随着我国煤炭开采逐渐向深部发展，煤矿巷道冲击地压灾害成为了煤矿安全生产的重大威胁。冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。也就是说，冲击地压的本质是围岩弹性变形能量的突然释放，而弹性变形能是采矿活动导致巷道围岩应力积聚的结果，因此有效监测与分析围岩应力在时间上和空间上的分布及其变化对冲击地压的预警、防治工作显得尤为重要。

目前，巷道围岩的应力监测大多采用传统的深浅孔应力计。专利CN102914393 B公开了一种主动承压式可定位钻孔应力计及其使用方法，该专利具有主动承压功能，能及时判定动应力的变化规律，全程动态定量监测危险区域的应力变化情况。专利CN103454020 B提供一种基于光纤光栅钻孔应力计的围岩应力在线监测系统及方法，该方法能够实时在线监测应力值及其变化。CN108507708 A公布了一种煤岩钻孔应力测量装置及其测量方法，其利用悬臂梁结构，可测出煤岩应力变化值，计算出平面最大最小主应力并通过磁传感器判别出主应力方向。以上应力计的设计均从工程实际给出了创新突破。

冲击地压巷道开挖后，在采动应力与原岩应力的作用下，巷道围岩在径向方向上形成弹性区、塑性区和破碎区的梯度围岩结构。目前，现有的应力监测装置与方法均监测2～3倍巷道跨度范围内的塑性区和破碎区内围岩垂直于应力计轴向的相对应力。而现场冲击地压监测工程表明，在围岩强度低、损伤劣化的煤层巷道中，2～3倍巷道跨度深的应力计根本无法有效监测出煤体的真实应力变化，甚至随着巷帮移近变形，应力计出现大量应力监测值降低的异常情况。其原因在于：(1)深部煤体巷道围岩更加破碎，围岩松动破碎圈更加发育且常常大于2～3倍巷道跨度，传统应力计本身的缺陷导致其只能安装在钻孔中，而钻孔深度往往达不到深部煤体，导致安装于巷道围岩松动圈中的传统应力计多处于煤岩软化、残余应力环境中，无法有效监测到导致有害弹性变形能积聚的煤岩应力及其变化；(2)传统应力计本身的缺陷导致其只能测量钻孔径向变形，目前还无法有效监测采动应力或是水平构造应力导致的巷道围岩沿钻孔径向压缩的方向的相对应力。而专利CN109209457A提供了一种吸能防冲锚索及其使用方法，但未给出利用其监测巷道围岩变形及进行冲击地压预警的相关方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于防冲锚索的围岩梯度变形监测装置及冲击预警方法，能够利用锚索实现带阻让位测量围岩形变，提高围岩梯度变形监测的精度和巷道冲击地压预警的实时性、准确性，并降低监测和预警成本。

本发明的技术方案为：

一种基于防冲锚索的围岩梯度变形监测装置，其特征在于：包括吸能防冲锚索、弹簧、环饼式压力传感器、数据传输线、数据采集装置、数据处理系统；所述吸能防冲锚索包括钢绞线锚索、吸能防冲装置、主动增卸压液压装置、锚索锁具、承压托盘，所述吸能防冲装置包括外套筒、承载限位基座、内套筒、挤胀摩擦头；所述外套筒、承载限位基座、内套筒、弹簧、环饼式压力传感器、挤胀摩擦头、主动增卸压液压装置、锚索锁具依次共轴套装在钢绞线锚索的末端；