專利名稱：外口自由式收斂?jī)x及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外ロ自由式收斂?jī)x及其測(cè)量方法，尤其適用于測(cè)量巷道表面位移和圍巖內(nèi)部特定區(qū)域相對(duì)變形，也適用于測(cè)量圍巖內(nèi)部特定區(qū)域相對(duì)變形情況，如錨固區(qū)的膨脹變形等。
背景技術(shù)：
煤礦巷道作為井下重要的運(yùn)行通道和工作空間， 其穩(wěn)定狀況直接影響到礦井的正常生產(chǎn)和工人的生命安全。目前，我國(guó)煤礦采準(zhǔn)巷道基本為錨桿支護(hù)，與傳統(tǒng)的棚式支護(hù)相比，錨桿支護(hù)屬于隱蔽性工程，內(nèi)部破壞不易顯現(xiàn)，冒頂事故具有突發(fā)性，所以必須進(jìn)行日常巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)，以判斷巷道支護(hù)質(zhì)量和優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，保證巷道維護(hù)的完好程度和工作空間的安全性，更好為礦井高效安全生產(chǎn)服務(wù)。巷道表面位移是煤礦巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)的核心內(nèi)容，其測(cè)量方法一般包括“十字”斷面、“*字”斷面、“井字”斷面等，測(cè)量工具主要有鋼卷尺、測(cè)桿、測(cè)槍、收斂?jī)x、塔尺、激光測(cè)距儀等，但是現(xiàn)有的測(cè)量工具及方法都在巷道內(nèi)作業(yè)，對(duì)巷道正常通行和工作影響較大；測(cè)站保護(hù)困難，可靠性低；測(cè)量費(fèi)時(shí)耗力，工作量較大；過程受人為因素影響較大，可重復(fù)性差，精度難以保證；有大型設(shè)備區(qū)域或風(fēng)速大的巷道難以測(cè)量；測(cè)量所得數(shù)據(jù)為頂?shù)装?、兩幫相?duì)變形量，無(wú)法測(cè)量測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)變形量；巷道擴(kuò)刷后測(cè)站被破壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)刷前后的連續(xù)觀測(cè)。因此，利用周邊淺部圍巖固定測(cè)點(diǎn)開展觀測(cè)，已經(jīng)不適用于大變形、松軟圍巖和深部巷道等工程環(huán)境和條件。但是目前尚缺少ー套對(duì)施工影響小、測(cè)讀方便、可重復(fù)性強(qiáng)、精度高的圍巖變形觀測(cè)裝備和方法。現(xiàn)存觀測(cè)方法在測(cè)讀精度上存在的問題影響了現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)資料的采集，限制了對(duì)圍巖變形規(guī)律的把握，阻礙了巷道支護(hù)技術(shù)的進(jìn)ー步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中的不足，提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方法簡(jiǎn)便、施工影響小、測(cè)讀方便、可重復(fù)性強(qiáng)、精度高的外ロ自由式收斂?jī)x及其測(cè)量方法。技術(shù)方案本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x，包括經(jīng)樹脂錨固劑錨固在鉆孔內(nèi)的深部錨固基桿、與深部錨固基桿相連的多節(jié)中部連接桿，所述的鉆孔孔ロ處設(shè)有固定中部連接桿的楔形導(dǎo)向指示盤，中部連接桿的外露端連有至少ー根外ロ自由桿；所述的深部錨固基桿、多節(jié)中部連接桿姆節(jié)長(zhǎng)度為1000mnT3000mm,外ロ自由桿姆節(jié)長(zhǎng)度為IOOmm ;所述的深部錨固基桿、多節(jié)中部連接桿及外ロ自由桿的后部均設(shè)有續(xù)接螺紋孔；中部連接桿、外ロ自由桿的前部均設(shè)有與接螺紋孔相匹配的螺紋聯(lián)接頭。所述的外ロ自由桿表面標(biāo)有刻度；所述的楔形導(dǎo)向指示盤長(zhǎng)度為100mnT200mm，楔形導(dǎo)向指示盤的楔形最大半徑比鉆孔的孔徑大5 8mm,楔形角為5 10°。本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x的測(cè)量方法
a.在待觀測(cè)巷道內(nèi)垂直于圍巖表面分別向頂板和兩幫的中部各施工ー個(gè)深度不小于IOm的鉆孔，通過鉆孔窺視確定巷道周圍巖體裂隙發(fā)育深度和相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度，相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度為8 10m ；
b.緊跟掘進(jìn)工作面在巷道頂板和兩幫各施工一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)度不小于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度的鉆孔作為ー個(gè)測(cè)站；
c.將長(zhǎng)度不小于IOOOmm的樹脂錨固劑放入鉆孔內(nèi)，然后將深部錨固基桿、多節(jié)中部連接桿依次連接緊固后送入鉆孔內(nèi)，外ロ自由桿連接在孔ロ處，深部錨固基桿與多節(jié)中部連接桿的連接長(zhǎng)度之和比鉆孔深度小10mnT50mm，各個(gè)連接桿連接完畢后進(jìn)行攪拌錨固；
d.將楔形導(dǎo)向指示盤穿過外ロ自由桿，楔入鉆孔的孔ロ內(nèi)，與巖面緊貼，此時(shí)楔形導(dǎo)向指示盤外緣所指示的外ロ自由桿表面刻度的讀數(shù)記錄為初始值；
當(dāng)巷道圍巖在變形擴(kuò)容過程中，不斷將楔形指示盤向外ロ自由桿的末端推移，使外ロ自由桿向孔內(nèi)位移，根據(jù)觀測(cè)的需要定時(shí)記錄外ロ自由桿表面刻度的讀數(shù)，每記錄兩次的讀數(shù)之差即為圍巖的變形速度；
當(dāng)外ロ自由桿向孔內(nèi)位移至外露段距離為l(T20mm時(shí)，續(xù)接下一根外ロ自由桿，保證外ロ自由桿一直有外露在鉆孔外的長(zhǎng)度；
e.連續(xù)Γ5天巷道圍巖的變形速度低于lmm/d吋，觀測(cè)結(jié)束，外ロ自由桿的表面刻度的讀數(shù)為最終讀數(shù)，最終讀數(shù)與初始讀數(shù)的差值即為觀測(cè)期間的巷道表面的收斂量；
f.間隔10nT20m距離，重復(fù)步驟ITe，布置下ー個(gè)測(cè)站。根據(jù)測(cè)量需要，布置多個(gè)測(cè)站，即可得到多個(gè)位置的圍巖變形特征。有益效果本發(fā)明能有效解決目前存在的測(cè)站保護(hù)難、易受人為因素影響、精度低、影響生產(chǎn)等問題，提高巷道表面位移測(cè)量效率和精度。可以很好地解決煤礦巷道圍巖表面位移觀測(cè)和圍巖內(nèi)部特定區(qū)域相對(duì)變形測(cè)量中遇到的困難。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方法簡(jiǎn)便、施工影響小、測(cè)讀方便、可重復(fù)性強(qiáng)、精度高。具體優(yōu)點(diǎn)如下
1、將測(cè)量空間從巷道轉(zhuǎn)到圍巖體內(nèi)，僅露出少量的外ロ自由桿，不影響巷道內(nèi)的正常通行和工作；
2、采用收斂量直接從外ロ自由桿表面刻度讀取，讀數(shù)方便，操作簡(jiǎn)單可重復(fù)，精確度
聞;
3、可以實(shí)現(xiàn)立足于單幫、頂板、底板的絕對(duì)變形監(jiān)測(cè)；
4、通過減少中部連接桿數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)巷道擴(kuò)刷前后的連續(xù)變形觀測(cè)。


圖I為本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I的A區(qū)放大 圖3為本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x深部錨固基桿示意 圖4為本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x中部連接桿示意 圖5為本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x外ロ自由桿示意圖。 圖中1 一深部錨固基桿，2 —中部連接桿,3 —外ロ自由桿,4 ー樹脂錨固劑,5 —鉆孔，6 —楔形導(dǎo)向指示盤，7.刻度，8— .螺紋孔，9. 一螺紋聯(lián)接頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)ー步的說明
如圖I所示，本發(fā)明的外ロ自由式收斂?jī)x主要由深部錨固基桿I、中部連接桿2和外ロ自由桿3組成。深部錨固基桿I為I根，長(zhǎng)度1000mnT3000mm，前部用樹脂錨固劑4與鉆孔5錨固在一起，后部與多節(jié)中部連接桿2螺紋連接；多節(jié)中部連接桿2為2、根首尾相接，具體數(shù)目根據(jù)孔深確定，姆節(jié)長(zhǎng)度均為1000mnT3000mm ;外ロ自由桿3至少為ー根,長(zhǎng)度為100mm，前部與中部連接桿2螺紋連接。深部錨固基桿I后部有與中部連接桿2聯(lián)接頭9匹配的螺紋孔8，如圖3所示；中部連接桿2前部有聯(lián)接頭9，后部有螺紋孔8，可以相互匹配連接，如圖4所示；外ロ自由桿3前部有聯(lián)接頭9，可以與中部連接桿2匹配連接，后部有螺紋孔8，與下一根外ロ自由桿3聯(lián)接頭9連接，外ロ自由桿3表面標(biāo)有刻度7，如圖5所示。鉆孔5的孔ロ處設(shè)有固定中部連接桿2的楔形導(dǎo)向指示盤6，楔形導(dǎo)向指示盤6長(zhǎng)度為100mnT200mm,楔形導(dǎo)向指示盤6的楔形最大半徑比鉆孔5的孔徑大5、mm,楔形角為5 10。。 本發(fā)明利用上述外ロ自由式收斂?jī)x的測(cè)量方法
a.首先在待觀測(cè)巷道內(nèi)垂直于圍巖表面分別向頂板和兩幫的中部各施工ー個(gè)深度不小于IOm的鉆孔，通過鉆孔窺視確定巷道周圍巖體裂隙發(fā)育深度和相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度，相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域的深度一般為^lOm ；
b.緊跟掘進(jìn)工作面在巷道頂板和兩幫各施工一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)度不小于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度的鉆孔作為ー個(gè)測(cè)站，鉆孔的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要確定；
c.將樹脂錨固劑4放入鉆孔內(nèi)，樹脂錨固劑4的長(zhǎng)度不小于1000mm，然后將深部錨固基桿I、多節(jié)中部連接桿2依次連接緊固后送入鉆孔5內(nèi)，外ロ自由桿3連接在孔ロ處，深部錨固基桿I與多節(jié)中部連接桿2的連接長(zhǎng)度之和比鉆孔深度小10mnT50mm,各個(gè)連接桿連接完畢后，轉(zhuǎn)動(dòng)連接桿使深部錨固基桿I與樹脂錨固劑4錨固在一起；
d.將楔形導(dǎo)向指示盤穿6過外ロ自由桿3，楔入鉆孔5的孔ロ內(nèi)，與巖面緊貼，此時(shí)楔形導(dǎo)向指示盤6外緣所指示的外ロ自由桿3表面刻度的讀數(shù)記錄為初始值；
當(dāng)巷道圍巖在變形擴(kuò)容過程中，不斷將楔形指示盤向外ロ自由桿3的末端推移，使外ロ自由桿3向孔內(nèi)位移，根據(jù)觀測(cè)的需要定時(shí)記錄外ロ自由桿3表面刻度的讀數(shù)，每記錄兩次的讀數(shù)之差即為圍巖的變形速度；
當(dāng)外ロ自由桿向孔內(nèi)位移至外露段距離為l(T20mm吋，續(xù)接下一根外ロ自由桿，保證外ロ自由桿一直有外露在鉆孔外的長(zhǎng)度；
e.連續(xù):Γ5天，當(dāng)巷道圍巖的變形速度低于lmm/d時(shí)，結(jié)束觀測(cè)，此時(shí)外ロ自由桿3的表面刻度的讀數(shù)為最終讀數(shù)，最終讀數(shù)與初始讀數(shù)的差值即為觀測(cè)期間的巷道表面的收斂量;
f.間隔10nT20m距離，重復(fù)步驟ITe，布置下ー個(gè)測(cè)站。根據(jù)測(cè)量需要，布置多個(gè)測(cè)站，即可得到多個(gè)位置的圍巖變形特征。根據(jù)觀測(cè)頻度的不同，可以得到圍巖的變形速度，例如每天記錄一次數(shù)據(jù)，則可以得到每天的變形速度；每小時(shí)記錄一次則可以得到每小時(shí)的變形速度，從而得到精確的圍巖變形規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種外口自由式收斂?jī)x，包括經(jīng)樹脂錨固劑(4)錨固在鉆孔(5)內(nèi)的深部錨固基桿(I)、與深部錨固基桿(I)相連的多節(jié)中部連接桿(2 )，其特征在于所述的鉆孔(5 )孔口處設(shè)有固定中部連接桿(2)的楔形導(dǎo)向指示盤(6)，中部連接桿(2)的外端連有至少一根外口自由桿(3);所述的深部錨固基桿(I)、多節(jié)中部連接桿(2)每節(jié)長(zhǎng)度為1000mnT3000mm，外口自由桿(3)每節(jié)長(zhǎng)度為IOOmm;所述的深部錨固基桿(I)、多節(jié)中部連接桿(2)及外口自由桿(3)的后部均設(shè)有續(xù)接螺紋孔(8);中部連接桿(2)、外口自由桿(3)的前部均設(shè)有與接螺紋孔(8)相匹配的螺紋聯(lián)接頭(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外口自由式收斂?jī)x，其特征在于所述的外口自由桿(3)表面標(biāo)有刻度(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外口自由式收斂?jī)x，其特征在于所述的楔形導(dǎo)向指示盤(6)長(zhǎng)度為100mnT200mm,楔形導(dǎo)向指示盤(6)的楔形最大半徑比鉆孔(5)的孔徑大5 8mm,楔形角為5 10°。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述外口自由式收斂?jī)x的測(cè)量方法，其特征在于 a.在待觀測(cè)巷道內(nèi)垂直于圍巖表面分別向頂板和兩幫的中部各施工一個(gè)深度不小于IOm的鉆孔，通過鉆孔窺視確定巷道周圍巖體裂隙發(fā)育深度和相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度，相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度為8 10m ； b.緊跟掘進(jìn)工作面在巷道頂板和兩幫各施工一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)度不小于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域深度的鉆孔作為一個(gè)測(cè)站； c.將長(zhǎng)度不小于IOOOmm的樹脂錨固劑(4)放入鉆孔(5)內(nèi)，然后將深部錨固基桿(I)、多節(jié)中部連接桿(2 )依次連接緊固后送入鉆孔(5 )內(nèi)，外口自由桿(3 )連接在孔口處，深部錨固基桿(I)與多節(jié)中部連接桿(2)的連接長(zhǎng)度之和比鉆孔深度小10mnT50mm,各個(gè)連接桿連接完畢后進(jìn)行攪拌錨固； d.將楔形導(dǎo)向指示盤(6)穿過外口自由桿(3)，楔入鉆孔(5)的孔口內(nèi)，與巖面緊貼，此時(shí)楔形導(dǎo)向指示盤(6)外緣所指示的外口自由桿(3)表面刻度(7)的讀數(shù)記錄為初始值； 當(dāng)巷道圍巖在變形擴(kuò)容過程中，不斷將楔形指示盤(6)向外口自由桿(3)的末端推移，使外口自由桿(3)向孔內(nèi)位移，根據(jù)觀測(cè)的需要定時(shí)記錄外口自由桿(3)表面刻度(7)的讀數(shù)，每記錄兩次的讀數(shù)之差即為圍巖的變形速度； 當(dāng)外口自由桿(3)向孔內(nèi)位移至外露段距離為l(T20mm時(shí)，續(xù)接下一根外口自由桿(3),保證外口自由桿(3) —直有外露在鉆孔(5)外的長(zhǎng)度； e.連續(xù)3飛天巷道圍巖的變形速度低于lmm/d時(shí)，觀測(cè)結(jié)束，外口自由桿(3)的表面刻度(7)的讀數(shù)為最終讀數(shù)，最終讀數(shù)與初始讀數(shù)的差值即為觀測(cè)期間的巷道表面的收斂量; f.間隔10nT20m距離，重復(fù)步驟ITe，布置下一個(gè)測(cè)站；根據(jù)測(cè)量需要，布置多個(gè)測(cè)站，即可得到多個(gè)位置的圍巖變形特征。
全文摘要
一種外口自由式收斂?jī)x及其測(cè)量方法，收斂?jī)x主要由深部錨固基桿、多節(jié)中部連接桿和外口自由桿組成。深部錨固基桿與多節(jié)中部連接桿螺紋連接；多節(jié)中部連接桿首尾相接，數(shù)量根據(jù)孔深確定，孔口處的最后一節(jié)中部連接桿連接有外口自由桿。將各桿體順序連接緊固后錨入鉆孔，孔口用楔形導(dǎo)向指示盤楔緊，保證外口自由桿有一定外露長(zhǎng)度，讀取楔形導(dǎo)向指示盤外緣所指的外口自由桿表面刻度讀數(shù)記為初始值，之后定時(shí)讀取外口自由桿表面刻度讀數(shù)，觀測(cè)結(jié)束時(shí)的外口自由桿表面刻度讀數(shù)減去初始讀數(shù)即為觀測(cè)期間的巷道表面收斂量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，準(zhǔn)確性高，測(cè)量連續(xù)可重復(fù)，對(duì)生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B5/30GK102679840SQ20121018931
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者姚亞虎, 張農(nóng), 李寶玉, 錢德雨, 韓昌良 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)