巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置及安裝和測量方法，該裝邏由離層儀、鎖緊器、測量支架、位移計和鉛垂組成，在圍巖體中鉆有一鉆孔和另一鉆孔，一鉆孔內(nèi)安裝有多點離層儀，另一鉆孔內(nèi)安置有鎖緊器，鎖緊器內(nèi)置有測量支架的前端套管，前端套管和鎖緊器之間通過鎖緊絲體緊密連接，測量支架上固定有位移計，位移計一端通過前置掛件掛住離層儀掛鉤，位移計另一端通過拉繩繞過滑輪掛住鉛垂，最終由位移計上的讀數(shù)器直接讀出讀數(shù)，便可得相鄰兩個離層儀之間的離層量變化量。本實用新型為隧道及礦山井巷工程支護設(shè)計及安全生產(chǎn)提供了高精度的觀測數(shù)據(jù)，主要用于隧道及礦山開拓巷道或回采巷道的圍巖頂板、底板和幫部巖體內(nèi)部引起離層量的監(jiān)測。
【專利說明】巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種頂?shù)装寮皫筒慷帱c離層高精度測量裝置，屬于隧道及礦山圍巖體內(nèi)部離層量測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，針對隧道及礦山圍巖體內(nèi)部離層量的監(jiān)測，最常用的是兩類儀器，一種是電子式監(jiān)測儀器，另一種是機械式監(jiān)測儀器。前者電子式監(jiān)測儀器是將離層變化引起的位移信號轉(zhuǎn)化為電子信號，實現(xiàn)對圍巖內(nèi)部離層量的監(jiān)測，但存在其結(jié)構(gòu)復雜、加工成本及后期維護成本高、返修率高、易受潮和水的侵蝕而引起設(shè)備失靈等缺陷，不易大面積推廣使用；后者機械式監(jiān)測儀器，雖然結(jié)構(gòu)較簡單，但存在測量精度往往較低、量程有限、易銹蝕失靈等缺陷?？偨Y(jié)兩種儀器的共同不足之處在于:離層監(jiān)測點數(shù)量較少，一般為2?4個，不能完全反映圍巖體內(nèi)部具體的離層位置，特別是當數(shù)量超過6個以上的測點時往往無計可施；離層監(jiān)測主要在頂板使用，對于兩幫部及底板離層的監(jiān)測不易安裝操作；測量行程有限，對于圍巖體變形量較大的斷面，經(jīng)常因其超過自身測量行程而失效；安裝過程需要專業(yè)工程技術(shù)人員方可正確安裝，否則將可能影響儀器的正常使用，對于未經(jīng)專門培訓的廣大施工人員，不易正確安裝操作；靈敏度低，往往僅能精確到0.f 1mm，特別是對于測繩一側(cè)受到彈簧拉緊作用，長期暴露在潮濕的空氣中，往往引起彈簧失效或銹蝕而使監(jiān)測儀器失靈，導致無法真實有效地讀取數(shù)據(jù)，給隧道及礦山井巷工程造成極大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、多點離層監(jiān)測、行程不限、安裝和使用方便、造價低廉、離層量測量精度高的巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置。
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的:巷道圍巖體多點離層量的監(jiān)測與測量裝置，該裝置由多點離層儀、鎖緊器、測量支架、位移計和鉛垂組成，本發(fā)明的特殊之處在于圍巖體中鉆有一鉆孔和另一鉆孔，一鉆孔內(nèi)安裝有多點離層儀，所述多點離層儀由一卡子、二卡子、N卡子、一鋼絲繩、二鋼絲繩、N鋼絲繩和一離層儀掛鉤、二離層儀掛鉤、N離層儀掛鉤組成，其中所述一卡子、二卡子、N卡子兩側(cè)通過彈性鋼絲卡入在一鉆孔的內(nèi)壁上；所述一卡子、二卡子、N卡子一端依次分別與一鋼絲繩、二鋼絲繩、N鋼絲繩一端連接，所述一鋼絲繩、二鋼絲繩、N鋼絲繩另一端依次分別與一離層儀掛鉤、二離層儀掛鉤、N離層儀掛鉤一端連接；所述另一鉆孔內(nèi)安置有鎖緊器，所述鎖緊器內(nèi)置有測量支架前端套管，所述前端套管通過鎖緊絲體與外螺紋錐體緊密連接，所述外螺紋錐體分別與鎖緊環(huán)、錐形環(huán)、墊片、鎖緊螺母、定位銷連接，所述前端套管與測量支架固定連接，所述測量支架上固定有位移計，所述位移計由測量尺和讀數(shù)器組成，所述測量支架與可移動式支架通過螺栓與托板連接，所述托板與讀數(shù)器連接，所述讀數(shù)器與測量尺連接，所述測量尺一端通過N鋼絲繩和前置掛件掛住N離層儀掛鉤，所述位移計另一端通過拉繩繞過滑輪掛住鉛垂，最終由位移計上的讀數(shù)器直接讀出讀數(shù)，所述測量支架上開有多個圓孔，可移動式支架上安裝有卡簧彈子，將可移動式支架插入測量支架中，通過卡簧彈子卡入不同位置的圓孔中，測量支架末端固定有滑輪。
[0005]所述鎖緊器由外螺紋錐體、鎖緊環(huán)、錐形環(huán)、墊片和鎖緊螺母組成，所述外螺紋錐體上套有鎖緊環(huán)，鎖緊環(huán)外套有錐形環(huán)，錐形環(huán)外套有墊片，墊片外套有鎖緊螺母，通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母使外螺紋錐體和錐形環(huán)相互移近，引起鎖緊環(huán)收到擠壓變形后發(fā)生徑向膨脹，鎖緊環(huán)便牢牢鎖緊在鉆孔內(nèi)。
[0006]所述鎖緊環(huán)外緣設(shè)為鋸齒狀或光面，其材料為帶開槽的金屬材料或橡膠材料或水泥基錨固材料或有機錨固材料。
[0007]所述前端套管與測量支架為焊接或螺栓錨固連接。
[0008]所述位移計為數(shù)顯游標卡尺或機械式游標卡尺或電子式位移計任意一種。
[0009]所述的外螺紋錐體應與前端套管緊密配合。
[0010]所述多點離層儀為兩個或兩個以上的離層儀。
[0011]所述前端套管上鑲嵌有定位銷，定位銷應卡入帶外螺紋錐體末端的卡槽內(nèi)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有的電子式監(jiān)測儀器和機械式監(jiān)測儀器相比，具有械結(jié)構(gòu)簡單、適用多點離層監(jiān)測、行程不限、安裝和使用方便、離層量測量精度高、造價低廉，不僅能對頂板進行離層觀測，還可對其幫部甚至底板進行高精度、準確的離層觀測等優(yōu)點，可廣泛用于隧道、礦山開拓巷道和回采巷道的圍巖內(nèi)部離層變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明組裝的各部件縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1的鎖緊器剖面`結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為圖1的鎖緊環(huán)的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為圖1的外螺紋錐體剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為圖4的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6為圖4的C-C剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7為圖1的前端套管與測量支架和可移動式支架剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖8為圖7的D-D剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中零部件名稱說明:外螺紋錐體(1)、鎖緊環(huán)(2)、錐形環(huán)(3)、墊片(4)、鎖緊螺母(5)、定位銷(7)、前端套管(8)、測量支架(9)、圓孔(10)、螺栓11、可移動式支架(12)、卡簧彈子13、測量尺(14)、讀數(shù)器(15)、滑輪16、托板(17)、離層儀掛鉤(18)、鉛垂(19)、一鉆孔(20)、卡子(21)、鋼絲繩(22)、拉繩(23)、前置掛件(24)、另一鉆孔(25)
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進一步說明:
[0023]參照圖1-圖8所示，一種巷道圍巖體多點離層量的監(jiān)測與測量裝置，該裝置由多點離層儀、鎖緊器、測量支架、位移計和鉛垂組成，圍巖體26中鉆有一鉆孔20和另一鉆孔25，一鉆孔20內(nèi)安裝有多點離層儀，所述多點離層儀由一卡子21-1、二卡子21-2、N卡子21-N、一鋼絲繩22-1、二鋼絲繩22-2、N鋼絲繩22-N和一離層儀掛鉤18_1、二離層儀掛鉤18-2,N離層儀掛鉤18-N組成，其中所述一^^子21-1、二卡子21_2、N卡子21-N兩側(cè)通過彈性鋼絲卡入在一鉆孔20的內(nèi)壁上；所述一^^子21-1、二卡子21-2、N卡子21-N—端依次分別與一鋼絲繩22-1、二鋼絲繩22-2、N鋼絲繩22-N—端連接，所述一鋼絲繩22_1、二鋼絲繩22-2、N鋼絲繩22-N另一端依次分別與一離層儀掛鉤18_1、二離層儀掛鉤18_2、N離層儀掛鉤18-N —端連接；所述另一鉆孔25內(nèi)安置有鎖緊器，所述鎖緊器內(nèi)置有測量支架前端套管8，所述前端套管8通過鎖緊絲體6與外螺紋錐體I緊密連接，所述外螺紋錐體I分別與鎖緊環(huán)2、錐形環(huán)3、墊片4、鎖緊螺母5、定位銷7連接，所述前端套管8與測量支架9固定連接，所述測量支架9上固定有位移計，所述位移計由測量尺14和讀數(shù)器15組成，所述測量支架9與可移動式支架12通過螺栓11與托板17連接，所述托板17與讀數(shù)器15連接，所述讀數(shù)器15與測量尺14連接，測量尺14 一端通過N鋼絲繩22- N和前置掛件24掛住N離層儀掛鉤18-N，所述位移計另一端通過拉繩23繞過滑輪16掛住鉛垂19，最終由位移計上的讀數(shù)器15直接讀出讀數(shù)，所述測量支架9上開有多個圓孔10，可移動式支架12上安裝有卡簧彈子13，將可移動式支架12插入測量支架9中，通過卡簧彈子13卡入不同位置的圓孔10中，測量支架9末端固定有滑輪16。[0024]所述鎖緊器由外螺紋錐體1、鎖緊環(huán)2、錐形環(huán)3、墊片4和鎖緊螺母5組成，所述外螺紋錐體I上套有鎖緊環(huán)2，鎖緊環(huán)2外套有錐形環(huán)3，錐形環(huán)3外套有墊片4，墊片4外套有鎖緊螺母5，通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母5使外螺紋錐體I和錐形環(huán)3相互移近，引起鎖緊環(huán)2收到擠壓變形后發(fā)生徑向膨脹，鎖緊環(huán)2便牢牢鎖緊在鉆孔25內(nèi)。
[0025]所述鎖緊環(huán)2外緣設(shè)為鋸齒狀或光面，其材料為帶開槽的金屬材料或橡膠材料或水泥基錨固材料或有機錨固材料。
[0026]所述前端套管8與測量支架9為焊接或螺栓錨固連接。
[0027]所述位移計為數(shù)顯游標卡尺或機械式游標卡尺或電子式位移計任意一種。
[0028]所述的外螺紋錐體I應與前端套管8緊密配合。
[0029]所述多點離層儀為兩個或兩個以上的離層儀。
[0030]所述前端套管8上鑲嵌有定位銷7，定位銷7應卡入帶外螺紋錐體I末端的卡槽內(nèi)。
[0031]9、一種測量裝置的安裝與測量方法:按下述步驟進行:
[0032]I)、選取所需監(jiān)測巖體內(nèi)部離層的斷面，在圍巖體26中采用錨桿鉆機與鉆孔(25)直徑匹配的鉆頭垂直于圍巖體26壁面向巖體內(nèi)鉆進長于鎖緊器5~10公分,然后將鉆頭換成與一鉆孔20直徑相匹配的鉆頭，沿著另一鉆孔25中心繼續(xù)向巖體深部鉆進至待需觀測離層指定深度后，停止繼續(xù)向深處鉆進，并采用鉆頭前的壓風或者水對鉆孔內(nèi)部進行清孔處理，直至鉆孔內(nèi)再無巖渣或煤渣排出，便可取出鉆桿和鉆頭；
[0033]2)、按照監(jiān)測不同深度處的離層設(shè)計要求，選取離層儀的數(shù)量，并采用錨索或者絲桿將多點離層儀安裝至鉆孔指定深度，安裝過程應由里向外依次安裝，并將帶有掛鉤18-N一端的N鋼絲繩22-N懸露于孔壁外，為了便于后期安裝鎖緊器，其鋼絲繩22-N外露端長度應不少于40公分長；
[0034]3)、安裝鎖緊器于另一鉆孔25內(nèi)之前，需先裝配鎖緊器，將鎖緊環(huán)2、錐形環(huán)3、墊片4和依次套入外螺紋錐體I中，最后在外螺紋錐體I的外螺紋上旋轉(zhuǎn)并鎖緊螺母5，但需保持鎖緊環(huán)2處于松弛狀態(tài)即可；
[0035]4)、把鋼絲繩22-N和掛鉤18_N穿過鎖緊器，并將鎖緊器送入另一鉆孔25中，使得鎖緊環(huán)2剛好卡入鉆孔孔壁，然后再次旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母5，使得外螺紋錐體I和錐形環(huán)3在外力作用下相互靠攏，從而擠壓鎖緊環(huán)2迫使發(fā)生縱向膨脹變形而牢牢鎖緊于另一鉆孔25內(nèi)；
[0036]5)、將測量支架的前端套管8套入外螺紋錐體I中，并使外螺紋錐體I上的定位銷7卡入外螺紋錐體I卡槽中，然后采用鎖緊絲體6穿透外螺紋錐體I和前端套管8，使測量支架固定于鎖緊器中；
[0037]6)、將位移計事先固定在測量支架的托板17上，然后按住卡簧彈子13使可移動式支架12穿插入測量支架9帶有圓孔10的空心管中，并按住實際測量范圍調(diào)整測量支架總長度，并將測量尺14 一端掛住帶鉛垂19的拉繩23，另一端通過前置掛件24掛住所需觀測的N離層儀的掛鉤18-N，量測離層初始讀數(shù)時，應將測量尺14拉至最大量程，便于后期觀測；
[0038]7)、通過讀取讀數(shù)器15上面的表盤或顯示器，便可直接得到多點離層儀所在不同深度處初始值及后期變化值，并將數(shù)據(jù)及時記錄和處理，以此判斷一鉆孔20中不同深度處的離層量。
[0039]實施例1
[0040]本實施例是在某煤礦回采巷道中實施，為了監(jiān)測工作面回采對其回采巷道底板采動破壞引起巖體內(nèi)部離層的影響，現(xiàn)場采用煤科院鉆機所生產(chǎn)的MK-3坑道鉆機垂直向底板下鉆進深度達16m、觀測孔直徑為50_。按照技術(shù)實施方案所述的方法和步驟進行儀器各組件的安裝，在底板觀測孔內(nèi)將21點底板離層儀布置于底板觀測孔的不同深度處。以下為該工作面回采期間，回風巷道底板觀測的觀測情況如下:從工作面回風巷道底板離層儀相鄰各測點的相對離層量(16?Sm測點)可以看出，離層較大值應發(fā)生在11?12m之間，各測點之間最大離層量可達到42.58mm,相隔測次間各測點最大相對離層量達到6.24mm ;從工作面回風巷道底板離層儀相鄰各測點的相對離層量(8?孔口測點)可以看出，除了 Im至底板之間由于巷道松動范圍影響區(qū)域引起底板底鼓引起的較大數(shù)據(jù)外，8m測點?孔口測點離層較大值發(fā)生在3?2.5m之間，此段離層量可達到為12.37_。這些觀測數(shù)據(jù)充分說明，在觀測孔內(nèi)，底板離層量變化較為明顯，在孔深8m左右處隨著回采工作面的不斷推進裂隙逐漸開始發(fā)育，并且發(fā)育裂隙向O?Sm和8?12m兩端擴展，對應底板深度3.0?2.5m和
11.0?11.5m，裂隙發(fā)育程度與該處巖性有關(guān)，在觀測孔深前3?2.5m位置的裂隙為巷道松動圈影響范圍，在孔深12m以下原始裂隙不發(fā)育，不因采動影響而發(fā)生產(chǎn)生明顯裂隙。通過本次觀測充分表明，隨著工作面的不斷回采，其底板深部最大離層位置應發(fā)生在11.0?
11.5m之間，該結(jié)果為礦井底板采動破壞深度取值提供了可靠數(shù)據(jù)，并對礦井今后防治底板水害及其治理起到參考和借鑒作用。
【權(quán)利要求】
1.一種巷道圍巖體多點離層量的監(jiān)測與測量裝置，該裝置由多點離層儀、鎖緊器、測量支架、位移計和鉛垂組成，其特征在于圍巖體(26)中鉆有一鉆孔(20)和另一鉆孔(25)，一鉆孔(20)內(nèi)安裝有多點離層儀，所述多點離層儀由一卡子(21-1)、二卡子(21-2)、N卡子(21-N)、一鋼絲繩(22-1)、二鋼絲繩(22-2)^鋼絲繩(22州)和一離層儀掛鉤(18-1 )、二離層儀掛鉤(18-2)、N離層儀掛鉤(18-N)組成，其中所述一^^子(21-1)、二卡子(21-2)、N卡子(21-N)兩側(cè)通過彈性鋼絲卡入在一鉆孔(20)的內(nèi)壁上；所述一卡子(21-1)、二卡子(21-2)、N卡子(21-N) —端依次分別與一鋼絲繩(22-1)、二鋼絲繩(22-2)、N鋼絲繩(22-N)一端連接，所述一鋼絲繩(22-1)、二鋼絲繩(22-2)、N鋼絲繩(22-N)另一端依次分別與一離層儀掛鉤(18-1)、二離層儀掛鉤(18-2)、N離層儀掛鉤(18-N) —端連接；所述另一鉆孔(25)內(nèi)安置有鎖緊器，所述鎖緊器內(nèi)置有測量支架前端套管(8)，所述前端套管(8)通過鎖緊絲體(6)與外螺紋錐體(1)緊密連接，所述外螺紋錐體(1)分別與鎖緊環(huán)(2)、錐形環(huán)(3)、墊片(4)、鎖緊螺母(5)、定位銷(7)連接，所述前端套管(8)與測量支架(9)固定連接，所述測量支架(9)上固定有位移計，所述位移計由測量尺(14)和讀數(shù)器(15)組成，所述測量支架(9)與可移動式支架(12)通過螺栓(11)與托板(17)連接，所述托板(17)與讀數(shù)器(15)連接，所述讀數(shù)器(15)與測量尺(14)連接，所述測量尺(14) 一端通過N鋼絲繩(22- N)和前置掛件(24)掛住N離層儀掛鉤(18-N),所述位移計另一端通過拉繩(23)繞過滑輪(16)掛住鉛垂(19)，最終由位移計上的讀數(shù)器(15)直接讀出讀數(shù)，所述測量支架(9)上開有多個圓孔(10)，可移動式支架(12)上安裝有卡簧彈子(13)，將可移動式支架(12)插入測量支架(9)中，通過卡簧彈子(13)卡入不同位置的圓孔(10)中，測量支架(9)末端固定有滑輪(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述鎖緊器由外螺紋錐體(1)、鎖緊環(huán)(2)、錐形環(huán)(3)、墊片(4)和鎖緊螺母(5)組成，外螺紋錐體(I)上套有鎖緊環(huán)(2)，鎖緊環(huán)(2)外套有錐形環(huán)(3)，錐形環(huán)(3)外套有墊片(4)，墊片(4)外套有鎖緊螺母(5)，通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母(5)使外螺紋錐體(1)和錐形環(huán)(3)相互移近，引起鎖緊環(huán)(2)收到擠壓變形后發(fā)生徑向膨脹，鎖緊環(huán)(2)便牢牢鎖緊在鉆孔(25)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述鎖緊環(huán)(2)外緣設(shè)為鋸齒狀或光面，其材料為帶開槽的金屬材料或橡膠材料或水泥基錨固材料或有機錨固材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述前端套管(8)與測量支架(9)為焊接或螺栓錨固連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述位移計為數(shù)顯游標卡尺或機械式游標卡尺或電子式位移計任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述的外螺紋錐體(1)應與前端套管(8)緊密配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1所述巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述多點離層儀為兩個或兩個以上的離層儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道圍巖體多點離層量監(jiān)測與測量裝置，其特征在于所述前端套管(8)上鑲嵌有定位銷(7)，定位銷(7)應卡入帶外螺紋錐體(1)末端的卡槽內(nèi)。
【文檔編號】G01B21/02GK203657778SQ201320762462
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】李昂 申請人:西安科技大學