CN106869964A - 一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检测方法，包括：注浆泵，注浆锚杆，止浆塞，注浆量传感器，压力传感器，数据采集终端以及工控机；注浆锚杆的注浆段均匀布设有若干个注浆孔，注浆孔与中空结构相连通；通过连接工控机，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机，使监控人员实时获取注浆数据，对注浆过程进行控制。实时获取每根注浆锚杆注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，并将注浆量数据信息以及注浆压力感应信息进行储存供查询参考，而且通过连接工控机，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机，使监控人员实时获取注浆数据，对注浆过程进行控制。

Description

一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检 测方法

技术领域

本发明属于煤矿巷道围岩控制安全技术领域，尤其涉及一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检测方法。

背景技术

煤矿井下风化破碎区域泥质巷道围岩是处于岩性变异、高水压地质环境，软弱破碎，具有整体不良工程地质性质的变异地质体，该类巷道围岩控制属于特殊地质条件下的围岩稳定性控制问题。在风化裂隙发育、岩体软弱破碎富水条件下，受扰动的裂隙水侵入新开掘的巷道围岩，造成围岩强度衰减弱化、承载性能下降。为了防止风化破碎区域泥质巷道发生失稳垮冒事故以及巷道掘进后的围岩能够长期保持稳定，围岩注浆技术因其诸多优点被广泛应用。对注浆过程中浆液压力和注浆量的实时监测以及注浆前后岩体完整性进行定量评价，是风化破碎巷道围岩注浆补强加固工程中需要进行的基础性工作之一。但由于巷道围岩地质条件的复杂多变性和注浆施工质量的不确定性，需对注浆施工过程中注浆压力、注浆量等参数进行实时自动监测、对已施工地段进行注浆加固效果定量检测，以确保巷道掘进施工安全。如果不能实时监测注浆参数、不能准确评价加固效果，不仅出现盲目注浆、跑浆、漏浆、浪费支护材料，还将会为巷道掘进工程的施工带来极大安全隐患，甚至引发巷道围岩垮冒失稳致灾事故。传统的巷道围岩注浆参数监测主要依靠安装在注浆泵上的压力表或流量计进行，但无法实现对每根注浆锚杆注浆信息的实时自动监测和数据存储分析；传统的工程类比法和钻探法评价注浆加固效果，大多仅凭借工程经验，没有明确的技术参数标准来指导注浆工艺过程，缺乏准确的量化评价；岩体完整性系数K_V评价方法在岩石工程勘察、设计及地下工程围岩分类、完整性评价中有着重要的地位，但工程实践中通常以整个整体钻孔平均值作为计算完整性指数的代表值，没有考虑沿钻孔轴向不同分段岩体完整性的差异性。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，包括：注浆泵，注浆锚杆，止浆塞，注浆量传感器，压力传感器，数据采集终端以及工控机；注浆锚杆内部为供浆液流动的中空结构，注浆锚杆设有注浆段，螺纹段以及入浆段；注浆锚杆的注浆段均匀布设有若干个注浆孔，注浆孔与中空结构相连通；

所述止浆塞设有固定通孔，所述固定通孔内部设有内螺纹，螺纹段设有外螺纹，外螺纹与内螺纹相配合使止浆塞套装在注浆锚杆的螺纹段上；止浆塞边缘处固定连接有固定支板，所述固定支板设有固定凹槽，固定凹槽内部固定插装有止浆橡胶圈；

注浆泵的排浆管与注浆锚杆的入浆段连接；止浆塞上设有卡槽，数据采集终端铠装在卡槽内；止浆塞的侧壁上设有与压力传感器相适配的压力安装孔以及与注浆量传感器相适配的注浆量安装孔；

注浆锚杆的螺纹段上设有压力安装通孔以及注浆量安装通孔；压力安装通孔的孔壁和压力安装孔的孔壁上分别设置有与压力传感器相适配的内螺纹，压力传感器的外螺纹分别与压力安装通孔壁的内螺纹和压力安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使压力传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部浆液的压力；

注浆量安装通孔的孔壁和注浆量安装孔的孔壁上分别设置有与注浆量传感器相适配的内螺纹，注浆量传感器的外螺纹分别与注浆量安装通孔孔壁的内螺纹和注浆量安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使注浆量传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部的注浆量；

注浆量传感器和压力传感器分别与数据采集终端连接，数据采集终端用于获取并储存注浆量传感器和压力传感器感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息；

数据采集终端与工控机通过无线通信或有线连接，数据采集终端将获取的数据信息上传至工控机。

优选地，数据采集终端包括：处理器，存储芯片，USB接口，主板以及用于给数据采集终端内部元件供电的电池；

处理器，存储芯片，USB接口，电池分别设置在主板上，存储芯片和USB接口分别通过数据线连接至处理器，处理器获取压力传感器和注浆量传感器感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，并储存至存储芯片中；

USB接口用于连接工控机，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机。

优选地，所述止浆塞采用金属或硬质塑料制成。

优选地，数据采集终端与工控机之间的无线通信采用WIFI方式通信，或蓝牙方式通信，或射频方式通信；

数据采集终端与工控机通过的有线连接采用光纤连接，或网线连接；

注浆量传感器采用型号为LG/FB型标准流量传感器，或采用变截面流量传感器；

压力传感器采用型号为XT1151/3351DP的压力传感器，或压力变送器。

一种风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，包括以下步骤：

步骤1：采用岩体完整性系数声波探测方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩体纵波波速V_ml(前)；采用标准试件实验室测试方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(前)值；

步骤2：采用松动圈测试方法，获取注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)，得到注浆前松动圈测试数据曲线图，由顶板、左帮及右帮松动圈值取平均值，即为注浆前该巷道特定横截面处松动圈值Q_P(注浆前)；根据松动圈理论及大量实测数据，将松动圈划分为小松动圈QP＝0-40cm，Ⅰ级；中松动圈QP＝40-100cm，Ⅱ级；中松动圈QP＝100-150cm，Ⅲ级；大松动圈QP＝150-200cm，Ⅳ级；大松动圈QP＝200-300cm，Ⅴ级5个等级；

步骤3：如果巷道待测试地点处钻孔轴向存在任意一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)小于0.55，即属于较破碎、破碎和极破碎，或松动圈Q_P(注浆前)大于100cm，即属于Ⅲ级、Ⅳ级和V级时，则采用注浆加固工艺对风化破碎围岩进行注浆；当钻孔轴向每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)均大于0.55，即属于完整、较完整，且松动圈Q_P(注浆前)小于100cm，即属于Ⅰ级、Ⅱ级时，则不予注浆；

步骤4：根据步骤3确定需要注浆的巷道地段后，即实施风化泥质破碎巷道注浆加固工艺；在注浆过程中，采用风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，实时监测注浆压力值和注浆量，并通过连接线连接工控机，使工控机实时获取感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，通过工控机对每个注浆段的注浆数据进行分析、检验；

步骤5：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用钻孔轴向分段岩体完整性系数测试方法，测定注浆后钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(后)值，确定注浆后钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，并与注浆前钻孔轴向每一区段岩体完整程度进行对比，评价注浆加固效果；即：由注浆前的破碎(0.35～0.15)和极破碎(<0.15)状态转变成注浆后的完整(>0.75)、较完整(0.75～0.55)状态；

步骤6：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)，测试完成后，使用注浆材料将3个测试钻孔及时封堵；

步骤7：计算注浆前后松动圈收敛率Q_p′；

步骤8：根据注浆前后松动圈收敛率Q_p′评价注浆效果。

优选地，步骤7中计算注浆前后松动圈收敛率Q_p′包括：

将注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)和注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)代入计算公式：

即得注浆前后松动圈收敛率Q_p′。

优选地，步骤8还包括：

依据注浆前松动圈Q_P(注浆前)测试值，判断该区段巷道围岩类别，如果属于Ⅰ级(Q_P＝0-40cm)，Ⅱ级(Q_P＝40-100cm)，则无需注浆，不用评价；如果属于Ⅲ级(Q_P＝100-150cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于33.3％时，注浆即为合格，Q_p′小于33.3％时，注浆不合格；如果属于Ⅳ级(Q_P＝150-200cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于50％时，注浆即为合格；如果属于V级(Q_P＝200-300cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于66.7％时，注浆即为合格。

优选地，步骤1还包括：

采用BA-II型松动圈测试仪，选择注浆前巷道特定横截面内共打钻3个测试钻孔，测试钻孔规格为：直径42mm，孔深4.0m；将钻孔冲洗干净，随后钻孔内灌满清水，顶板孔使用封堵器，用铜管保护信号线将声波探头送入孔底，连接读数装置，向外抽探头，每抽10cm记录一次读数，直到完全抽出探头为止；得到注浆前岩体纵波波速测试数据曲线图；沿钻孔轴向，将整个钻孔深度划分为5个区段，即：ΔL₁区段(0-0.8m)、ΔL₂区段(0.8-1.6m)、ΔL₃区段(1.6-2.4m)、ΔL₄区段(2.4-3.2m)和ΔL₅区段(3.2-4.0m)，求出对应每一区段的岩体纵波波速V_ml(z)(前)；将每一区段钻取的岩芯，带回实验室，采用标准试件实验室测试方法，测试注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(z)(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)值；根据注浆前岩体完整性系数K_v(z)(前)值，确定注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，共划分5个等级，分别为：K_v(z)>0.75，完整；K_v(z)＝0.55～0.75，较完整；K_v(z)＝0.35～0.55，较破碎；K_v(z)＝0.15～0.35，破碎；K_v(z)<0.15，极破碎。

优选地，步骤4还包括：

采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，采用360°全景摄像头摄取钻孔孔壁图像信息，并叠加方位信息后形成全景图像；通过全景图像的逆变换算法，形成钻孔孔壁的数字柱状图像及钻孔内的地质特征；

将全景图像，数字柱状图像及钻孔内的地质特征进行存储，形成信息数据库，实现对注浆前后岩体完整性的准确评价和对岩体结构特征的综合分析；

采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，钻孔电视对钻孔内的浆液扩散情况及风化泥质破碎围岩加固效果进行图像采集，通过系统全景成像观察注浆浆液扩散分布特征，对比分析注浆前后风化破碎围岩介质体内浆液在裂隙中扩散充填状况及孔壁完整性表征。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

1)风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统能够实时获取每根注浆锚杆注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，并将注浆量数据信息以及注浆压力感应信息进行储存供查询参考，而且通过连接工控机，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机，使监控人员实时获取注浆数据，对注浆过程进行控制。

2)本发明依据的数据全面可靠，不仅能够通过数字钻孔全景成像观测法等对风化泥质破碎围岩的注浆加固效果进行可视化定性分析，而且通过注浆参数自动监测系统实现注浆过程各参数实时监测调控，通过注浆效果评价指标计算法(钻孔轴向各分段岩体完整性系数K_v(z)和松动圈收敛率Q_p′)，进行风化破碎岩体注浆效果定量评价，定量获得风化破碎围岩松动圈缩小范围和完整性提高程度，提高了注浆工艺过程监控和加固效果评价的科学性和可靠性，为煤矿巷道围岩控制尤其是风化泥质破碎围岩注浆加固工程施工及效果检验提供了科学依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统整体示意图；

图2为风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统监测示意图。；

图3为风化泥质破碎巷道注浆前测试图；

图4为风化泥质破碎巷道注浆后钻孔轴向各分段岩体完整性系数和松动圈测试图；

图5为风化泥质破碎巷道注浆前钻孔成像截图；

图6为风化泥质破碎巷道注浆后钻孔成像截图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，如图1和图2所示，包括：注浆泵9，注浆锚杆，止浆塞9，注浆量传感器22，压力传感器21，数据采集终端8以及工控机10；注浆锚杆内部为供浆液流动的中空结构，注浆锚杆设有注浆段1，螺纹段以及入浆段2；注浆锚杆的注浆段1均匀布设有若干个注浆孔12，注浆孔12与中空结构相连通；

所述止浆塞6设有固定通孔4，所述固定通孔4内部设有内螺纹，注浆锚杆的螺纹段设有外螺纹，外螺纹与内螺纹相配合使止浆塞6套装在注浆锚杆的螺纹段上；止浆塞6边缘处固定连接有固定支板5，所述固定支板5设有固定凹槽6，固定凹槽6内部固定插装有止浆橡胶圈7；

止浆塞6能够将注浆锚杆卡合在注浆孔上，并且通过螺纹连接实现拆卸及调整高度。止浆橡胶圈7起到了止浆塞6与注浆孔进行软连接，保证卡合的紧密度。

注浆泵9的排浆管13与注浆锚杆的入浆段1连接；止浆塞6上设有卡槽11，数据采集终端8铠装在卡槽11内；止浆塞6的侧壁上设有与压力传感器21相适配的压力安装孔17以及与注浆量传感器22相适配的注浆量安装孔18；

注浆锚杆的螺纹段上设有压力安装通孔以及注浆量安装通孔；压力安装通孔的孔壁和压力安装孔的孔壁上分别设置有与压力传感器相适配的内螺纹，压力传感器的外螺纹分别与压力安装通孔孔壁的内螺纹和压力安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使压力传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部浆液的压力。

注浆量安装通孔的孔壁和注浆量安装孔的孔壁上分别设置有与注浆量传感器相适配的内螺纹，注浆量传感器的外螺纹分别与注浆量安装通孔孔壁的内螺纹和注浆量安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使注浆量传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部的注浆量。

注浆量安装通孔和注浆量安装孔为相配合使用的孔，压力安装通孔和压力安装孔为相配合使用的孔。将止浆塞6安装在注浆锚杆的螺纹段，止浆塞6在安装过程中调整位置，使注浆量安装通孔和注浆量安装孔为相配合使用以及压力安装通孔和压力安装孔为相配合使用。这样就可以将注浆量传感器和压力传感器插入至注浆锚杆内部，感应注浆锚杆内部注浆压力和注浆量。

注浆量传感器22和压力传感器21分别与数据采集终端8连接，数据采集终端8用于获取并储存注浆量传感器22和压力传感器21感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息。

本实施例中，数据采集终端8包括：处理器，存储芯片，USB接口，主板以及用于给数据采集终端内部元件供电的电池；

处理器，存储芯片，USB接口，电池分别设置在主板上，存储芯片和USB接口分别通过数据线连接至处理器，处理器获取压力传感器和注浆量传感器感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，并储存至存储芯片中；USB接口用于连接工控机10，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机10。

所述止浆塞6采用金属或硬质塑料制成，止浆塞6所承受注浆压力不小于7.0MPa。

数据采集终端与工控机通过的无线通信采用WIFI方式通信，或蓝牙方式通信，或射频方式通信；数据采集终端与工控机通过的有线连接采用光纤连接，或网线连接；注浆量传感器采用型号为LG/FB型标准流量传感器，或采用变截面流量传感器；压力传感器采用型号为XT1151/3351DP的压力传感器，或压力变送器。注浆泵9可以采用采用本领域常用的注浆泵。

本发明还提供一种风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，如图3至6所示，

与注浆前相比，注浆后风化泥质破碎岩体节理裂隙充填封堵情况及岩体完整性会得到明显改善，我国规范常将岩体完整性系数K_V作为评价岩体完整性的主要定量指标，其本质意义是表征节理裂隙发育程度。但是，对于整个测试孔内不同深度处，岩体完整性可能有较大差异，因此，提出沿钻孔轴向z的分段岩体完整性系数K_v(z)，用于表征整个测试钻孔内不同深度处(不同ΔLi)岩体完整程度，进行风化破碎岩体注浆效果评价。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)，岩体完整性系数K_v计算公式为：式中，V_ml为岩体纵波波速，V_cl为岩块纵波波速。岩体纵波波速V_ml利用松动圈测试方法测得，岩块纵波波速V_cl利用标准试件实验室测试方法测得。

②松动圈发育范围能表征巷道围岩风化破碎程度，可利用松动圈测试方法测试注浆前、注浆后松动圈的大小，进行风化破碎岩体注浆效果评价。因此，提出松动圈收敛率Q_p′的概念，即：注浆后松动圈的缩小值|Q_P(注浆后)-Q_P(注浆前)|与注浆前松动圈Q_P(注浆前)的比值，其计算公式为：用于表征注浆前后巷道围岩松动圈发育范围的收敛程度，进行风化破碎岩体注浆效果对比。

检测方法包括以下步骤：

步骤1：采用岩体完整性系数声波探测方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩体纵波波速V_ml(前)；采用标准试件实验室测试方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(前)值。具体步骤为：采用BA-II型松动圈测试仪，选择注浆前巷道特定横截面内共打钻3个测试钻孔，3个测试钻孔包括顶板、左帮、右帮测试孔，测试钻孔规格为：直径42mm，孔深4.0m。将钻孔冲洗干净，随后钻孔内灌满清水(顶板孔使用封堵器)，用铜管保护信号线将声波探头送入孔底，连接读数装置，向外抽探头，每抽10cm记录一次读数，直到完全抽出探头为止。得到注浆前岩体纵波波速测试数据曲线图(如图3所示)。沿钻孔轴向，将整个钻孔深度划分为5个区段，即：ΔL₁区段(0-0.8m)、ΔL₂区段(0.8-1.6m)、ΔL₃区段(1.6-2.4m)、ΔL₄区段(2.4-3.2m)和ΔL₅区段(3.2-4.0m)，求出对应每一区段的岩体纵波波速V_ml(z)(前)；将每一区段钻取的岩芯，带回实验室，采用标准试件实验室测试方法，测试注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(z)(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)值；根据注浆前岩体完整性系数K_v(z)(前)值，确定注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，共划分5个等级，分别为：完整(>0.75)、较完整(0.75～0.55)、较破碎(0.55～0.35)、破碎(0.35～0.15)和极破碎(<0.15)。

步骤2：同样采用松动圈测试方法，获取注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)，得到注浆前松动圈测试数据曲线图(如图3所示)，由顶板、左帮及右帮松动圈值取平均值，即为注浆前该巷道特定横截面处松动圈值Q_P(注浆前)。根据松动圈理论及大量实测数据，将松动圈划分为小松动圈(Q_P＝0-40cm，Ⅰ级)，中松动圈(Q_P＝40-100cm，Ⅱ级；Q_P＝100-150cm，Ⅲ级)和大松动圈(Q_P＝150-200cm，Ⅳ级；Q_P＝200-300cm，V级)5个等级。

步骤3：如果巷道待测试地点处钻孔轴向存在任意一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)小于0.55(即属于较破碎、破碎和极破碎)或松动圈Q_P(注浆前)大于100cm(即属于Ⅲ级、Ⅳ级和V级)时，则采用注浆加固工艺对风化破碎围岩进行注浆；当钻孔轴向每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)均大于0.55(即属于完整、较完整)，且松动圈Q_P(注浆前)小于100cm(即属于Ⅰ级、Ⅱ级)时，则不予注浆；

步骤4：根据步骤3确定需要注浆的巷道地段后，即实施风化泥质破碎巷道注浆加固工艺；在注浆过程中，采用风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，实时监测注浆压力值和注浆量，并通过连接线连接工控机，使工控机实时获取感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，通过工控机对每个注浆段的注浆数据进行分析、检验；

步骤5：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用钻孔轴向分段岩体完整性系数测试方法，测定注浆后钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(后)值(如图3所示)，确定注浆后钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，并与注浆前钻孔轴向每一区段岩体完整程度进行对比，评价注浆加固效果。即：由注浆前的破碎(0.35～0.15)和极破碎(<0.15)状态转变成注浆后的完整(>0.75)、较完整(0.75～0.55)状态。

步骤6：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)(如图3所示)。测试完成后，使用注浆材料(如马丽散等)将3个测试钻孔及时封堵。

步骤7：计算注浆前后松动圈收敛率Q_p′。具体步骤为：将注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)和注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)代入计算公式：

即得注浆前后松动圈收敛率Q_p′。

步骤8：根据注浆前后松动圈收敛率Q_p′评价注浆效果。首先依据注浆前松动圈Q_P(注浆前)测试值，判断该区段巷道围岩类别，如果属于Ⅰ级(Q_P＝0-40cm)，Ⅱ级(Q_P＝40-100cm)，则无需注浆，不用评价；如果属于Ⅲ级(Q_P＝100-150cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于33.3％时，注浆即为合格，Q_p′小于33.3％时，注浆不合格；如果属于Ⅳ级(Q_P＝150-200cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于50％时，注浆即为合格；如果属于V级(Q_P＝200-300cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于66.7％时，注浆即为合格。见表1和表2。

表1为注浆前、注浆后钻孔轴向各分段岩体完整性系数测试数据；

表2为注浆前、注浆后松动圈收敛率测试数据。

其中步骤4还包括：采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，数字钻孔全景成像观测法集电子技术、视频技术、数字技术和计算机应用技术于一体，解决了钻孔内工程地质信息采集的完整性和准确性问题。该方法的关键是全景技术(截头的锥面反射镜)和数字技术(数字视频和数字图像)的突破。全景技术实现了360°钻孔壁的二维表示，叠加方位信息后形成全景图像；数字技术实现了视频图像的数字化，通过全景图像的逆变换算法，还原真实的钻孔孔壁，形成钻孔孔壁的数字柱状图像。钻孔图像直观地反映钻孔内的地质特征，通过对全孔地质信息的提取和存储，形成完整的信息数据库，实现对注浆前后岩体完整性的准确评价和对岩体结构特征的综合分析。

采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，钻孔电视对钻孔内的浆液扩散情况及风化泥质破碎围岩加固效果进行图像采集，通过系统全景成像观察注浆浆液扩散分布特征，对比分析注浆前后风化破碎围岩介质体内浆液在裂隙中扩散充填状况及孔壁完整性表征。如图5，注浆前成像截图显示孔周环形、纵向裂隙均发育，孔周围岩破碎，完整性差；如图6，注浆后成像截图显示白色迹线为浆液充填原有裂隙，孔壁较平整，围岩完整性得到强化。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，其特征在于，包括：注浆泵，注浆锚杆，止浆塞，注浆量传感器，压力传感器，数据采集终端以及工控机；注浆锚杆内部为供浆液流动的中空结构，注浆锚杆设有注浆段，螺纹段以及入浆段；注浆锚杆的注浆段均匀布设有若干个注浆孔，注浆孔与中空结构相连通；

所述止浆塞设有固定通孔，所述固定通孔内部设有内螺纹，螺纹段设有外螺纹，外螺纹与内螺纹相配合使止浆塞套装在注浆锚杆的螺纹段上；止浆塞边缘处固定连接有固定支板，所述固定支板设有固定凹槽，固定凹槽内部固定插装有止浆橡胶圈；

注浆泵的排浆管与注浆锚杆的入浆段连接；止浆塞上设有卡槽，数据采集终端铠装在卡槽内；止浆塞的侧壁上设有与压力传感器相适配的压力安装孔以及与注浆量传感器相适配的注浆量安装孔；

注浆锚杆的螺纹段上设有压力安装通孔以及注浆量安装通孔；压力安装通孔的孔壁和压力安装孔的孔壁上分别设置有与压力传感器相适配的内螺纹，压力传感器的外螺纹分别与压力安装通孔壁的内螺纹和压力安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使压力传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部浆液的压力；

注浆量安装通孔的孔壁和注浆量安装孔的孔壁上分别设置有与注浆量传感器相适配的内螺纹，注浆量传感器的外螺纹分别与注浆量安装通孔孔壁的内螺纹和注浆量安装孔孔壁的内螺纹进行螺纹连接，使注浆量传感器穿过止浆塞和注浆锚杆，感应注浆锚杆内部的注浆量；

注浆量传感器和压力传感器分别与数据采集终端连接，数据采集终端用于获取并储存注浆量传感器和压力传感器感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息；

数据采集终端与工控机通过无线通信或有线连接，数据采集终端将获取的数据信息上传至工控机。

2.根据权利要求1所述的风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，其特征在于，

数据采集终端包括：处理器，存储芯片，USB接口，主板以及用于给数据采集终端内部元件供电的电池；

处理器，存储芯片，USB接口，电池分别设置在主板上，存储芯片和USB接口分别通过数据线连接至处理器，处理器获取压力传感器和注浆量传感器感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，并储存至存储芯片中；

USB接口用于连接工控机，使感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息上传至工控机。

3.根据权利要求1所述的风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，其特征在于，

所述止浆塞采用金属或硬质塑料制成。

4.根据权利要求1所述的风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，其特征在于，

数据采集终端与工控机之间的无线通信采用WIFI方式通信，或蓝牙方式通信，或射频方式通信；

数据采集终端与工控机通过的有线连接采用光纤连接，或网线连接；

注浆量传感器采用型号为LG/FB型标准流量传感器，或采用变截面流量传感器；

压力传感器采用型号为XT1151/3351DP的压力传感器，或压力变送器。

5.一种风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用岩体完整性系数声波探测方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩体纵波波速V_ml(前)；采用标准试件实验室测试方法，获取注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(前)值；

步骤2：采用松动圈测试方法，获取注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)，得到注浆前松动圈测试数据曲线图，由顶板、左帮及右帮松动圈值取平均值，即为注浆前该巷道特定横截面处松动圈值Q_P(注浆前)；根据松动圈理论及大量实测数据，将松动圈划分为小松动圈QP＝0-40cm，Ⅰ级；中松动圈QP＝40-100cm，Ⅱ级；中松动圈QP＝100-150cm，Ⅲ级；大松动圈QP＝150-200cm，Ⅳ级；大松动圈QP＝200-300cm，Ⅴ级5个等级；

步骤3：如果巷道待测试地点处钻孔轴向存在任意一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)小于0.55，即属于较破碎、破碎和极破碎，或松动圈Q_P(注浆前)大于100cm，即属于Ⅲ级、Ⅳ级和V级时，则采用注浆加固工艺对风化破碎围岩进行注浆；当钻孔轴向每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)均大于0.55，即属于完整、较完整，且松动圈Q_P(注浆前)小于100cm，即属于Ⅰ级、Ⅱ级时，则不予注浆；

步骤4：根据步骤3确定需要注浆的巷道地段后，即实施风化泥质破碎巷道注浆加固工艺；在注浆过程中，采用风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统，实时监测注浆压力值和注浆量，并通过连接线连接工控机，使工控机实时获取感应的注浆量数据信息以及注浆压力感应信息，通过工控机对每个注浆段的注浆数据进行分析、检验；

步骤5：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用钻孔轴向分段岩体完整性系数测试方法，测定注浆后钻孔轴向分段岩体完整性系数K_v(z)(后)值，确定注浆后钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，并与注浆前钻孔轴向每一区段岩体完整程度进行对比，评价注浆加固效果；即：由注浆前的破碎(0.35～0.15)和极破碎(<0.15)状态转变成注浆后的完整(>0.75)、较完整(0.75～0.55)状态；

步骤6：对注浆后稳定的注浆段围岩，再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)，测试完成后，使用注浆材料将3个测试钻孔及时封堵；

步骤7：计算注浆前后松动圈收敛率Q_p′；

步骤8：根据注浆前后松动圈收敛率Q_p′评价注浆效果。

6.根据权利要求5所述的风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，其特征在于，步骤7中计算注浆前后松动圈收敛率Q_p′包括：

将注浆前巷道特定横截面处围岩松动圈值Q_P(注浆前)和注浆后该同一横截面处巷道围岩松动圈值Q_P(注浆后)代入计算公式：

即得注浆前后松动圈收敛率Q_p′。

7.根据权利要求5所述的风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，其特征在于，步骤8还包括：

依据注浆前松动圈Q_P(注浆前)测试值，判断该区段巷道围岩类别，如果属于Ⅰ级(Q_P＝0-40cm)，Ⅱ级(Q_P＝40-100cm)，则无需注浆，不用评价；如果属于Ⅲ级(Q_P＝100-150cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于33.3％时，注浆即为合格，Q_p′小于33.3％时，注浆不合格；如果属于Ⅳ级(Q_P＝150-200cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于50％时，注浆即为合格；如果属于V级(Q_P＝200-300cm)，注浆后能够转换为Ⅱ级，即松动圈收敛率Q_p′大于66.7％时，注浆即为合格。

8.根据权利要求5所述的风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，其特征在于，步骤1还包括：

采用BA-II型松动圈测试仪，选择注浆前巷道特定横截面内共打钻3个测试钻孔，测试钻孔规格为：直径42mm，孔深4.0m；将钻孔冲洗干净，随后钻孔内灌满清水，顶板孔使用封堵器，用铜管保护信号线将声波探头送入孔底，连接读数装置，向外抽探头，每抽10cm记录一次读数，直到完全抽出探头为止；得到注浆前岩体纵波波速测试数据曲线图；沿钻孔轴向，将整个钻孔深度划分为5个区段，即：ΔL₁区段(0-0.8m)、ΔL₂区段(0.8-1.6m)、ΔL₃区段(1.6-2.4m)、ΔL₄区段(2.4-3.2m)和ΔL₅区段(3.2-4.0m)，求出对应每一区段的岩体纵波波速V_ml(z)(前)；将每一区段钻取的岩芯，带回实验室，采用标准试件实验室测试方法，测试注浆前钻孔轴向分段岩块纵波波速V_cl(z)(前)；根据公式计算得注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整性系数K_v(z)(前)值；根据注浆前岩体完整性系数K_v(z)(前)值，确定注浆前钻孔轴向对应每一区段岩体完整程度，共划分5个等级，分别为：K_v(z)>0.75，完整；K_v(z)＝0.55～0.75，较完整；K_v(z)＝0.35～0.55，较破碎；K_v(z)＝0.15～0.35，破碎；K_v(z)<0.15，极破碎。

9.根据权利要求5所述的风化泥质破碎巷道注浆效果检测方法，其特征在于，步骤4还包括：

采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，采用360°全景摄像头摄取钻孔孔壁图像信息，并叠加方位信息后形成全景图像；通过全景图像的逆变换算法，形成钻孔壁的数字柱状图像及钻孔内的地质特征；

将全景图像，数字柱状图像及钻孔内的地质特征进行存储，形成信息数据库，实现对注浆前后岩体完整性的准确评价和对岩体结构特征的综合分析；

采用数字钻孔全景成像观测法对注浆效果进行比较，钻孔电视对钻孔内的浆液扩散情况及风化泥质破碎围岩加固效果进行图像采集，通过系统全景成像观察注浆浆液扩散分布特征，对比分析注浆前后风化破碎围岩介质体内浆液在裂隙中扩散充填状况及孔壁完整性表征。