一種分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性的裝置。可較為準(zhǔn)確分析深部軟弱圍巖碎脹程度并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行及時(shí)判別。該裝置主要包括固定在錨固端及原巖處的位移計(jì)，固定在巷道中數(shù)據(jù)分析儀。數(shù)據(jù)分析儀主要包括數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)據(jù)處理器以及數(shù)據(jù)顯示器；數(shù)據(jù)記錄器可以記錄1000次位移計(jì)測(cè)得的錨固體內(nèi)外碎脹位移；數(shù)據(jù)處理器對(duì)錨固體內(nèi)外碎脹位移隨時(shí)間演化進(jìn)行分析處理并依式回歸得出反映圍巖碎脹位移速度減緩程度系數(shù)k2；數(shù)據(jù)顯示器顯示錨固體內(nèi)外圍巖碎脹位移及速度隨時(shí)間演化曲線，圍巖碎脹位移速度減緩程度系數(shù)k2值并與設(shè)定的容許臨界值k2＝0.02比較，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)對(duì)錨固體內(nèi)外碎脹穩(wěn)定性進(jìn)行判別，為合理錨桿索支護(hù)參數(shù)選擇提供依據(jù)。
【專利說明】
一種分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性的裝 置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性裝置，具體 涉及一種可獲得深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外圍巖碎脹程度的量化指標(biāo)，并通過與其容許臨界 值比較來動(dòng)態(tài)判斷錨固體內(nèi)外軟弱圍巖穩(wěn)定性的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前煤礦巷道廣泛采用錨桿索支護(hù)形式，錨桿索支護(hù)參數(shù)普遍根據(jù)松動(dòng)圈范圍依 據(jù)松動(dòng)圈理論經(jīng)驗(yàn)確定，這對(duì)于淺部煤炭開采有較好適用性。已有的理論研究與工程實(shí)踐 都表明：隨煤炭開采加深，巖石性質(zhì)軟化，巷道圍巖破碎程度明顯增大，但松動(dòng)圈厚度增加 并不明顯，依據(jù)松動(dòng)圈理論選擇錨桿索支護(hù)參數(shù)明顯存在缺陷，根據(jù)圍巖破碎碎脹程度來 選擇合理錨桿索支護(hù)參數(shù)已成為共識(shí)，深部開采軟弱圍巖容許產(chǎn)生碎脹，合理錨桿索支護(hù) 應(yīng)控制圍巖碎脹不超過容許臨界值以保持圍巖變形穩(wěn)定。為此，必須選擇合理指標(biāo)來反映 圍巖碎脹程度并確定其容許臨界值來分析目前錨桿索支護(hù)條件下圍巖穩(wěn)定性。如果錨固體 不能組成有效承壓拱以及錨索不能充分調(diào)動(dòng)深部圍巖承載力，錨固體外也可能由于碎脹過 度而失穩(wěn)。本發(fā)明專利采用工程中常用的位移計(jì)通過測(cè)定錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移隨時(shí)間的演 化，選擇反映碎脹位移速度減緩快慢系數(shù)作為指標(biāo)來判斷圍巖碎脹程度并確定其容許臨界 值來判斷錨固區(qū)內(nèi)外圍巖碎脹穩(wěn)定性，為合理選擇錨桿索支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為量化判別深部開采軟弱圍巖碎脹穩(wěn)定性進(jìn)而選擇合理錨桿索支護(hù)參數(shù)保持圍 巖穩(wěn)定，本發(fā)明專利通過位移計(jì)實(shí)測(cè)錨固區(qū)內(nèi)外圍巖碎脹位移隨時(shí)間演化，根據(jù)碎脹位移 隨時(shí)間演化特征分析碎脹位移速度隨時(shí)間演化，選擇碎脹位移速度減緩快慢系數(shù)來判斷圍 巖碎脹程度并量化確定容許臨界值。
[0004] 本發(fā)明專利為實(shí)現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案：一種分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外 碎脹程度及穩(wěn)定性的裝置，包括位移計(jì)、數(shù)據(jù)分析儀。
[0005] 所述位移計(jì)分別位于錨桿錨固端位置用于測(cè)量錨固區(qū)內(nèi)碎脹位移以及位于近原 巖位置用于測(cè)量錨固區(qū)外碎脹位移。
[0006] 所述數(shù)據(jù)分析儀包括用于記錄碎脹位移的數(shù)據(jù)記錄器，用于分析碎脹位移數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)處理器以及用于顯示碎脹位移數(shù)據(jù)處理結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示器。
[0007] 所述的位移計(jì)及數(shù)據(jù)分析儀通過信號(hào)線連接。
[0008] 根據(jù)以上技術(shù)方案：位移計(jì)通過信號(hào)線與數(shù)據(jù)分析儀的數(shù)據(jù)記錄器連接；數(shù)據(jù)分 析儀中的數(shù)據(jù)處理器通過對(duì)數(shù)據(jù)記錄器記錄不同時(shí)刻的碎脹位移分析，得出錨固區(qū)內(nèi)外不 同時(shí)刻碎脹位移速度、碎脹位移減緩快慢系數(shù)；數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)顯示器顯示碎脹位移及 碎脹位移速度隨時(shí)間演化曲線、不同時(shí)刻碎脹位移減緩快慢系數(shù)、設(shè)定碎脹位移減緩快慢 系數(shù)的容許臨界值，動(dòng)態(tài)比較碎脹位移減緩快慢系數(shù)的實(shí)測(cè)值與容許臨界值，及時(shí)對(duì)錨固 區(qū)內(nèi)外碎脹穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)警。
[0009] 本發(fā)明專利的有益效果
[0010] 在深部開采軟弱巷道圍巖顯著碎脹條件下，通過位移計(jì)實(shí)測(cè)巷道圍巖錨固區(qū)內(nèi)外 隨時(shí)間演化的碎脹位移，數(shù)據(jù)分析儀自動(dòng)記錄并分析不同時(shí)刻錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移，得出 圍巖碎脹位移速度隨時(shí)間演化以及不同時(shí)刻圍巖位移減緩快慢系數(shù)，與其容許臨界值動(dòng)態(tài) 比較來對(duì)錨固區(qū)內(nèi)外碎脹穩(wěn)定性進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，為及時(shí)改變錨桿索支護(hù)參數(shù)保持巷道圍巖 穩(wěn)定性提供依據(jù)，避免了由于對(duì)深部軟弱圍巖碎脹穩(wěn)定性判別失誤或不及時(shí)帶來的巷道前 掘后修現(xiàn)象及安全隱患，做到安全、高效、快速施工。
【附圖說明】
[0011] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
[0012] 圖1為分析深部軟弱圍巖錨固區(qū)內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性裝置布置示意圖；
[0013] 圖2為分析深部軟弱圍巖錨固區(qū)內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性裝置示意圖；
[0014] 圖3為數(shù)據(jù)分析儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖中：1、位移計(jì)，2、數(shù)據(jù)分析儀，2. 1數(shù)據(jù)記錄器，2. 2數(shù)據(jù)處理器，2. 3數(shù)據(jù)顯示 器，3、信號(hào)線，4、關(guān)鍵部位鉆孔
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明裝置包括：位于錨桿錨固端近于原巖部位的位移計(jì)、布置于巷道內(nèi)數(shù)據(jù)分 析儀以及連接位移計(jì)與數(shù)據(jù)分析儀的信號(hào)線。
[0017] 圖1為分析深部軟弱圍巖錨固區(qū)內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性裝置布置示意圖：以直墻 半圓拱形巷道為例，分析巷道易于失穩(wěn)關(guān)鍵部位，在該部位鉆孔并布置裝置。
[0018] 圖2為該裝置組成示意圖：巷道易于失穩(wěn)關(guān)鍵部位鉆孔內(nèi)錨桿錨固端位置及近于 原巖位置孔底布置位移計(jì)，位移計(jì)通過信號(hào)線與巷道內(nèi)數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)記錄器連接，數(shù) 據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)記錄器將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)分析儀中的數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)顯示 器將錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移以及碎脹位移速度隨時(shí)間演化處理結(jié)果以曲線動(dòng)態(tài)顯示，每天顯 示圍巖位移減緩快慢系數(shù)1次并與設(shè)定的容許臨界值實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)比較并及時(shí)報(bào)警。
[0019] 圖3為數(shù)據(jù)分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖：2. 1為記錄不同時(shí)刻錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移的數(shù) 據(jù)記錄器，可以記錄1000次錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移值；2. 2為根據(jù)數(shù)據(jù)記錄器記錄結(jié)果分析 錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移速度隨時(shí)間演化及不同時(shí)刻錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移速度減緩快慢系數(shù) 的數(shù)據(jù)處理器，以碎脹位移隨時(shí)間演化曲線的切線斜率作為不同時(shí)刻碎脹位移速度V，分析 時(shí)間段內(nèi)碎脹位移速度v隨時(shí)間t演化依據(jù)v = *ie~回歸，得出分析時(shí)間段內(nèi)圍巖碎脹位移 速度減緩快慢的系數(shù)k2并依此反映圍巖碎脹程度；2. 3為顯示錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移及碎脹 位移速度隨時(shí)間演化及每天1次的錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移速度減緩快慢系數(shù)匕值的數(shù)據(jù)顯 示器，本發(fā)明確定其容許臨界值為匕=0. 02, k2> 0. 02時(shí)圍巖碎脹處于容許臨界范圍即處 于穩(wěn)定狀態(tài)，k2< 0. 02時(shí)圍巖碎脹超過容許臨界范圍即有失穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)時(shí)比較k 2值與 其容許臨界值k2= 0. 02大小，對(duì)錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移的穩(wěn)定性進(jìn)行"動(dòng)態(tài)"監(jiān)測(cè)并及時(shí)預(yù) 警。
[0020] 以安徽國(guó)投新集口孜東礦11-2煤行人上山為例。
[0021] (1)原巷道支護(hù)及圍巖穩(wěn)定狀況
[0022] 口孜東礦11-2煤埋深約900. 0m，中央（11-2)采區(qū)行人上山位于11-2中，沿煤層 頂板掘進(jìn)，巷道斷面及支護(hù)形式如圖1。由于巷道位于松散破碎11-2煤層中，巷道兩幫變形 最易產(chǎn)生失穩(wěn)，尤其以兩幫中部最為顯著。幫部錨桿、錨索間排距為800. 0X800.0 mm，錨桿 及錨索長(zhǎng)度分別為2. 5m及4. lm，錨桿及錨索直徑分別為Φ 22. Omm及Φ 21. 8mm。以直墻半 圓拱形巷道兩幫中部為巷道圍巖易于失穩(wěn)的關(guān)鍵部位，以巷道兩幫中部煤巖表面位移達(dá)到 150.0 mm作為穩(wěn)定性判據(jù)。根據(jù)此判據(jù)，由于此時(shí)圍巖已進(jìn)入過度碎脹加速失穩(wěn)階段，再加 強(qiáng)支護(hù)已很難保持圍巖穩(wěn)定，并且根據(jù)圍巖表面位移對(duì)失穩(wěn)進(jìn)行判別并不能區(qū)分是錨固區(qū) 內(nèi)碎脹失穩(wěn)還是錨固區(qū)外碎脹失穩(wěn)，不便于錨桿索支護(hù)參數(shù)的合理調(diào)整。
[0023] (2)采用本發(fā)明專利對(duì)圍巖穩(wěn)定及錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)合理性判別
[0024] 如圖1，巷道兩幫為煤體，兩幫中部布置直徑Φ40.0 mm孔深10.0 m的鉆孔；距巷道 表面距離2. 5m位置即錨桿錨固端布置位移計(jì)，距巷道表面距離10.0 m位置即近于原巖位置 布置位移計(jì)；數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)處理器根據(jù)數(shù)據(jù)記錄器記錄的錨固區(qū)內(nèi)外圍巖碎脹位移， 分析得出錨固區(qū)內(nèi)外碎脹位移速度隨時(shí)間演化，進(jìn)而得出了不同時(shí)間段內(nèi)錨固區(qū)內(nèi)外碎脹 位移速度減緩快慢系數(shù)k 2值；數(shù)據(jù)分析儀中的數(shù)據(jù)顯示器實(shí)時(shí)顯示錨固區(qū)內(nèi)外1^2值大小， 當(dāng)巷道掘進(jìn)45天左右時(shí)，錨固區(qū)外k 2= 0.01，與容許臨界值k2= 0.02比較，錨固區(qū)外圍 巖碎脹將處于失穩(wěn)狀態(tài)，由于預(yù)警及時(shí)，未待錨固區(qū)外碎脹失穩(wěn)就加長(zhǎng)了錨索支護(hù)長(zhǎng)度和 密度，后續(xù)錨固區(qū)內(nèi)外圍巖碎脹始終滿足匕> 0.03,確保了幫部煤巖穩(wěn)定，避免了多次返修 現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可分析深部軟弱圍巖錨固體內(nèi)外碎脹程度及穩(wěn)定性的裝置。主要包括位移計(jì)、 數(shù)據(jù)分析儀。其特征在于：所述位移傳感器分別位于錨桿錨固端以及圍巖近于原巖位置，位 移計(jì)通過信號(hào)線與布置在巷道內(nèi)數(shù)據(jù)分析儀連接，數(shù)據(jù)分析儀包括用于記錄錨固體內(nèi)外碎 脹位移的數(shù)據(jù)記錄器，分析不同時(shí)刻圍巖碎脹位移速度、不同時(shí)刻圍巖碎脹位移速度減緩 快慢系數(shù)匕，值的數(shù)據(jù)處理器以及用于顯示錨固體內(nèi)外碎脹位移隨時(shí)間變化曲線、錨固體 內(nèi)外碎脹位移速度隨時(shí)間變化曲線、1天1次碎脹位移速度減緩快慢系數(shù)k 2值及碎脹穩(wěn)定 性預(yù)警數(shù)據(jù)的顯示器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于：數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)記錄器可以連續(xù) 記錄1000個(gè)數(shù)據(jù)，每天記錄錨固體內(nèi)外碎脹位移1次，可以記錄近3年錨固體內(nèi)外碎脹位 移；數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)記錄器中的不同時(shí)刻錨固體內(nèi)外碎脹位移進(jìn)行分析，得出不同時(shí)刻 碎脹位移速度并按式ν = 回歸得出反映圍巖碎脹位移速度減緩程度的系數(shù)k2，并用該 值大小對(duì)圍巖碎脹程度量化判別；圍巖碎脹程度達(dá)到容許臨界值時(shí)k 2= 0. 02。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試裝置，其特征在于：數(shù)據(jù)分析儀中數(shù)據(jù)顯示器根據(jù) 數(shù)據(jù)處理器的處理結(jié)果，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)比較反映圍巖碎脹位移速度減緩程度的系數(shù)匕及其容許 臨界值k 2= 0. 02,對(duì)錨固體內(nèi)外碎脹位移的穩(wěn)定性進(jìn)行"動(dòng)態(tài)"監(jiān)測(cè)并及時(shí)預(yù)警。
【文檔編號(hào)】E21D21/00GK105952487SQ201510601299
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日
【發(fā)明人】吳德義, 徐盼
【申請(qǐng)人】安徽建筑大學(xué)