CN102721399B - 贴壁式井筒径向位移测微计及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种贴壁式井筒径向位移测微计及其测量方法，它包括安装固定在井筒壁上的人字架和夹持在人字架上的位移传感器；具体构造和安装结构是，人字架由两根具有抗弯刚度的杆件组成，每根杆件的两端设有安装孔，两根杆件顶端的安装孔重叠在一起形成铰接点，两根杆件底端叉开从而形成人字架结构，将位移传感器受力两端置入两根杆件之间，然后通过安装孔用三个膨胀螺栓固定在井筒壁上从而构成一个整体。本发明的贴壁式井筒径向位移测微计的积极效果是，体积小、重量轻、便于贴壁安装，不占井筒使用空间，不受井筒中其他设备的限制。

Description

贴壁式井筒径向位移测微计及其测量方法
技术领域
本发明涉及地下工程监测技术，尤其涉及生产矿井井筒和运营中的隧道的径向和切向变形实时动态监测。
背景技术
立井井筒是矿业工程重要的结构组成部分，是矿业生产活动的咽喉要道，立井井筒的变形和破坏不仅会对煤矿的安全造成严重的威胁，而且还会给煤矿企业造成严重的经济损失。我国华东地区的淮北、淮南、大屯、徐州，兖州和永夏等矿区为立井井筒非采动破坏的工程地质灾害多发区域，造成了严重的经济损失。自20世纪80年代以来徐淮矿区(徐州、淮北、淮南)出现了严重的井筒非采动破坏现象，90年代以来，我国特大型煤炭企业兖州矿业集团的9对井筒也先后发生了此类破坏。由于厚表土层立井井筒变形破坏的影响因素复杂，井筒周围地层条件特殊，通过分析井筒的地质条件和变形破坏特征，选择合适的层位进行井筒变形动态监测，对于井壁的应力应变状态的分析以及井筒变形破坏的预测显得尤为重要。但是由于生产矿井的特殊性，在进行井筒的变形测量时，有两个难于克服的困难：第一，不能影响井筒提升空间，即不能直接测量径向位移量，也没有能够测试井筒表面切向变形的仪器；第二，由于在罐笼的提升过程中，会散落煤渣，会对监测仪器的安全造成威胁，需要采取合理的措施对监测仪器进行保护。本发明提出的贴壁式径向位移和切向位移双功能测试器，贴壁安装不占用井筒有效空间、便于安装和保护，能够有效地解决上述难题。
发明内容
本发明的目的在于为生产井筒(主要包括立井，斜井和隧道)的径向位移的监测提供一种简便有效的贴壁式井筒径向位移测微计及使用方法。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计，它包括安装固定在井筒壁上的人字架和夹持在人字架上的位移传感器；具体构造和安装结构是，人字架由两根具有一定的抗弯刚度的杆件组成，每根杆件的两端设有安装孔，两根杆件顶端的安装孔重叠在一起形成铰接点，两根杆件底端叉开从而形成人字架结构，将位移传感器受力两端置入两根杆件之间，然后通过安装孔用三个膨胀螺栓固定在井筒壁上从而构成一个整体。
要求位移传感器的测量精度1/1000mm。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计的安装测量方法说明如下：
当在井筒中选定监测的位置后，在同一水平断面上选定对称四个方位进行测微计的安装，并按照测微计的尺寸，在井壁上打三个膨胀螺栓固定孔；在三个固定孔内添加锚固剂，然后将测微计人字架紧贴井壁，且人字头的朝向应与井筒径向垂直，用膨胀螺栓进行固定，并保证铰接处无转动约束；然后将位移传感器置入两根杆件之间，置入时的受力两端应与杆件密切接触，且受力轴向呈水平状态，置入后固定在井筒壁上；再将位移传感器导线连接在数据采集仪上。由数据采集仪采集井筒变形位移数据，根据几何原理从而换算出微小的变形量。
为了测量计算需要，位移传感器的两端应位于距杆件顶端的1/4处。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计工作原理是，井筒为深埋于地层中的空间地下结构体，井筒外壁受到周围地层的约束，当发生变形时必然会产生径向收敛。此时，人字架底端两点随之收缩，位移传感器发生变形传出信号，由数据采集仪采集数据，根据几何原理从而换算出微小的变形量。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计的积极效果是，体积小、重量轻、便于贴壁安装，不占井筒使用空间，不受井筒中其他设备的限制。
附图说明
图1为本发明安装结构组成示意图。
图2为本发明结构示意图。
图3图4为本发明计算原理示意图。
图例说明，1-膨胀螺栓，2-杆件，3-位移传感器，4-铰接点。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的贴壁式井筒径向位移测微计，包括安装固定在井筒壁上的人字架和夹持在人字架上的位移传感器3；具体构造和安装结构是，人字架由两根具有一定的抗弯刚度的杆件2组成，每根杆件2的两端设有安装孔，两根杆件顶端的安装孔重叠在一起形成铰接点4，两根杆件底端叉开从而形成人字架结构，将位移传感器3受力两端置入两根杆件2之间，然后通过安装孔用三个膨胀螺栓1固定在井筒壁上从而构成一个整体。
实施例中，要求位移传感器3的测量精度1/1000mm。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计的安装过程再说明如下：
如图1所示，当在井筒中选定监测的位置后，在同一水平断面上选定对称四个方位进行测微计的安装(图中仅示出1个方位)，并按照测微计的尺寸，在井筒壁上打三个膨胀螺栓固定孔，且人字头的朝向应与井筒径向垂直；在三个固定孔内添加锚固剂，然后将测微计人字架紧贴井壁，用膨胀螺栓1进行固定，并保证铰接处无转动约束；然后将位移传感器3置入两根杆件2之间，置入时的受力两端应与杆件密切接触，且受力轴呈水平状态，置入后固定在井筒壁上；再将位移传感器3导线连接在数据采集仪上。
为了测量计算需要，位移传感器的两端应位于距杆件顶端的1/4处。
本发明的贴壁式井筒径向位移测微计工作原理是，井筒为深埋于地层中的空间地下结构体，井筒外壁受到周围地层的约束，当发生变形时必然会产生径向收敛。此时，人字架底端两点随之收缩，位移传感器发生变形传出信号，由数据采集仪采集数据，根据几何原理从而换算出微小的变形量。
下面参照图3图4举一个计算例子：
如图3、4所示，假定井筒的内半径为R，将对应的圆周进行n(一般进行12等分即可)等分后，根据图中对应的几何关系可得：
每个圆心角对应的弦长l＝2R sin(θ/2)，其中θ＝2π/n。
当井筒发生径向收敛变形时，位移传感器的测量值为Δl时，则圆心角θ对应的弦长该变量为4Δl，即测量两点的相对位移。
由于周围地层的约束作用，而且量测两点的距离较小，可以认为井筒变形前后，这两点对应的圆心角不变，当测微计绕下端两个固定点旋转到与监测断面一个水平面时，如图4所示，井筒径向位移收敛值ΔR计算公式如下：
ΔR＝2Δl/sin(θ/2)
式中θ＝2π/n。

Claims (2)

1.一种贴壁式井筒径向位移测微计，其特征在于，它包括安装固定在井筒壁上的人字架和夹持在人字架上的位移传感器；具体构造和安装结构是，人字架由两根具有抗弯刚度的杆件组成，每根杆件的两端设有安装孔，两根杆件顶端的安装孔重叠在一起形成铰接点，两根杆件底端叉开从而形成人字架结构，将位移传感器受力两端置入两根杆件之间，然后通过安装孔用三个膨胀螺栓固定在井筒壁上从而构成一个整体；要求位移传感器的测量精度为1/1000mm。
2.如权利要求1所述的贴壁式井筒径向位移测微计的测量方法，其特征在于，当在井筒中选定监测的位置后，在同一水平断面上选定对称四个方位进行测微计的安装，并按照测微计的尺寸，在井壁上打三个膨胀螺栓固定孔；在三个固定孔内添加锚固剂，然后将测微计人字架紧贴井壁，且人字头的朝向应与井筒径向垂直，用膨胀螺栓进行固定，并保证铰接处无转动约束；然后将位移传感器置入两根杆件之间，位移传感器的两端应位于距杆件顶端的1/4处，置入时的受力两端应与杆件密切接触，且受力轴向呈水平状态，置入后将人字架固定在井筒壁上；再将位移传感器导线连接在数据采集仪上；由数据采集仪采集井筒变形位移数据，根据几何原理从而换算出微小的变形量。
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