CN108412549B - 一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，属于煤矿均压通风技术领域，包括支护拱，用于支承隧道瓦斯赋存岩段的围岩；让压支护机构，用于连接支护拱与围岩，由主锚杆、副锚杆、托盘、上让压件、下让压件组成；监控装置，用于监测围岩应力、围岩瓦斯和隧道瓦斯，由第一瓦斯传感器、第一应力传感器、第二瓦斯传感器、第二应力传感器、数据采集器组成。本发明在支护隧道的同时可以监控隧道围岩和隧道支护结构的受力状态、瓦斯浓度，广泛应用于矿山或隧道安全监测领域，具有结构简单、操作方便、检测及时等优点。

Description

一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构

技术领域

本发明属于隧道安全监测技术领域，具体涉及一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构。

背景技术

随着国家经济的发展，道路交通系统覆盖范围越来越大，连通区域的划分越来越细化，隧道工程发挥的作用也越来越大。隧道交通系统的发展不可避免的遇到瓦斯赋存地区，这给隧道的建设和运营带来极大的威胁。为了监测隧区瓦斯情况和隧道围岩应力、应变状况，保障隧道安全施工和运营，隧道的信号系统必须包括安全监测系统。目前隧道应力的监测一般是通过置入式应变传感器进行测量或是采用光学方法，如光栅技术进行测量，但是这些测量方式价格昂贵，只能进行区域式监测，监测范围有限。此外，我国瓦斯隧道主要依据煤矿巷道的经验来分类，工程人员对瓦斯隧道认识不足、重视不够，即便隧道处于瓦斯赋存地区，瓦斯的监测一般也只在隧道施工期间进行人工监测或是利用瓦斯监控仪器进行监测，监测范围小，不能整体上反映隧区瓦斯赋存情况，不能对于隧道运营期间的隧道围岩瓦斯赋存状况进行监测。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，以解决目前隧道开挖和运营阶段的隧道围岩及隧道内部瓦斯及应力监测问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，包括：支护拱，用于支承隧道瓦斯赋存岩段的围岩；让压支护机构，用于连接支护拱与围岩，由主锚杆、副锚杆、托盘、上让压件、下让压件组成，托盘和上让压件设于支护拱外侧，下让压件设于支护拱内侧，主锚杆依次穿设下让压件、支护拱、上让压件和托盘后打入围岩中，副锚杆穿设托盘后打入围岩中；监控装置，用于监测围岩应力、围岩瓦斯和隧道瓦斯，由第一瓦斯传感器、第一应力传感器、第二瓦斯传感器、第二应力传感器、数据采集器组成，托盘面向围岩的对应面上设置第一瓦斯传感器，托盘与上让压件之间设置第一应力传感器，下让压件背离支护拱的背离面设置第二瓦斯传感器，下让压件与支护拱之间设置第二应力传感器，数据采集器安装在支护拱上，且数据采集器与第一瓦斯传感器、第一应力传感器、第二瓦斯传感器、第二应力传感器通过信号线连接。

进一步，所述托盘呈“弓”型结构，其中央鼓凸部面向支护拱设置，两翼边上对称设置至少一组副锚杆。

进一步，所述托盘的中央鼓凸部内侧上还设有用于置放第一瓦斯传感器的保护壳，所述保护壳的四周侧壁上设有通孔。

进一步，所述托盘的两翼边面对围岩的对应面上设置若干个突起的抓点。

进一步，所述支护拱由上壳和下壳组成，上壳为凹陷面四周设有垂直边条的弧形结构，下壳为凸出面四周设有垂直边条的弧形结构，且上壳和下壳之间通过螺栓连接成具有一定厚度，而截面吻合于隧道的弧形箱体，所述弧形箱体上设有用于贯穿主锚杆的支护孔。

进一步，在支护拱上且根据支护拱的轴向长度和径向弧长设置呈阵列式排布的多个让压支护机构，且监控装置的数量与让压支护机构的数量一一对应。

进一步，还包括设置在支护拱上且与多个数据采集器通过光纤连接的信号收集终端，所述信号收集终端把收集到的信号通过有线或无线传输方式向外输送。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过主锚杆、副锚杆打入围岩内部，起到加固围岩的作用，同时把监控体系、让压体系固定于相应部位起到连接作用，增加了隧道支护结构的整体性。

(2)本发明通过托盘、上让压件、支护拱、下让压件在隧道围岩应力、变形发生突变时可以发生不同程度的变形，抵消突然出现的冲击力；下让压件、支护拱在隧道内部有突然的应力冲击时会产生变形，抵消冲击力对围岩及锚杆等的影响，保持内部支护结构的安全性，提高隧道的安全储备。

(3)本发明通过上、下让压件受力后具有较大变形，为工程人员警示有危险的区域，便于及时处理。

(4)本发明通过支护拱分为可拆卸的上下两部分，中空的钢板构造可以有效保护内部光纤和数据采集仪；在光纤和数据采集仪需要更换时操作方便。

(5)本发明通过第一应力传感器、第一瓦斯传感器安放于围岩一侧，可以在隧道的全寿命周期进行瓦斯和应力检测，可以在隧道运营期间了解隧道围岩的受力、瓦斯赋存情况，提前预知危险，做好安全技术措施。

(6)本发明通过第二应力传感器、第二瓦斯传感器监测隧道内应力、瓦斯浓度的变化，保障隧道的运营安全。

(7)本发明支护结构在安装时结构简单，施工方便。

总的说来，本发明在支护隧道的同时可以监控隧道围岩和隧道支护结构的受力状态、瓦斯浓度，广泛应用于矿山或隧道安全监测领域，具有结构简单、操作方便、检测及时等优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明隧道支护结构的剖面图；

图2为本发明隧道支护结构的局部图；

图3为本发明隧道支护结构的托盘俯视图；

图4为本发明隧道支护结构的上让压件或下让压件结构示意图；

图5为本发明隧道支护结构的第一应力传感器或第二应力传感器结构示意图；

图6为本发明隧道支护结构的支护拱上壳右视图；

图7为本发明隧道支护结构的支护拱下壳右视图；

附图标记：支护拱1、支护机构2、监控装置3、信号收集终端4；其中，主锚杆21、副锚杆22、托盘23、上让压件24、下让压件25、抓点26；第一瓦斯传感器31、第一应力传感器32、第二瓦斯传感器33、第二应力传感器34、数据采集器35、信号线36、保护壳37、光纤38。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例基本如附图所示：本实施例提供的一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，主要包括支护拱1、让压支护机构2和监控装置3，其中支护拱1用于支承隧道瓦斯赋存岩段的围岩(未画出)，由上壳和下壳组成，上壳为凹陷面四周连接有钢板条的弧形钢板结构，下壳为凸出区域四周连接有钢板条弧形钢板结构，上壳和下壳之间通过螺栓连接成具有一定厚度，其组成的截面吻合于隧道的弧形箱体，箱体适当部位有贯穿的支护孔；让压支护机构2用于连接支护拱1与围岩，由主锚杆21、副锚杆22、托盘23、上让压件24、下让压件25组成，托盘23和上让压件24设于支护拱1外侧，下让压件25设于支护拱1内侧，主锚杆21依次穿设下让压件25、支护拱1的支护孔、上让压件24和托盘23后打入围岩中，副锚杆22穿设托盘23后打入围岩中，上让压件24、下让压件25为中间有贯穿的支护孔的箱型钢构件，且主锚杆和副锚杆自由端用螺母分别与支护拱和托盘固定；监控装置3用于监测围岩应力、围岩瓦斯和隧道瓦斯，由第一瓦斯传感器31、第一应力传感器32、第二瓦斯传感器33、第二应力传感器34、数据采集器35组成，托盘23面向围岩的对应面上设置第一瓦斯传感器31，托盘23与上让压件24之间设置第一应力传感器32，下让压件25背离支护拱1的背离面设置第二瓦斯传感器33，下让压件25与支护拱1之间设置第二应力传感器34，数据采集器35安装在支护拱1上，且数据采集器35与第一瓦斯传感器31、第一应力传感器32、第二瓦斯传感器33、第二应力传感器34通过信号线36连接；在支护拱1上且根据支护拱1的轴向长度和径向弧长设置呈阵列式排布的多个让压支护机构2，且监控装置3的数量与让压支护机构2的数量一一对应；还包括设置在支护拱1上且与多个数据采集器35通过光纤38连接的信号收集终端4，所述信号收集终端4把收集到的信号通过有线或无线传输方式向外输送。

本实施例中的托盘23呈“弓”型结构，其中央鼓凸部面向支护拱1设置，两翼边上对称设置至少一组副锚杆22，本例中从图3中可以其看出采用三个一组结构，而主锚杆21设置在中央鼓凸部中间处，其中央鼓凸部的凹陷位用于放置第一瓦斯传感器31；且托盘23的两翼边面对围岩的对应面上设置若干个突起的抓点26，用于与围岩贴合。

本实施例中的托盘23的中央鼓凸部内侧上还设有用于置放第一瓦斯传感器31的保护壳37，所述保护壳37的四周侧壁上设有通孔(未画出)。起到保护第一瓦斯传感器的作用。

本发明建立的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，是集巷道支护、瓦斯监测、应力监测于一体，增加了隧道支护监测的整体性，并贯穿于隧道的开挖及使用的全寿命周期。其中主锚杆打入围岩内部并把上让压件、第一应力传感器、支护拱、下让压件、第二应力传感器、托盘连接为一个整体，在加固围岩的同时把让压支护机构和隧道围岩链接在一起，增加了支护结构的整体性。托盘、上让压件、支护拱、下让压件在隧道围岩应力发生突变时起到分级让压的作用，保证隧道的安全，同时还为第一应力传感器和第二应力传感器提供平整的接触面和有效支撑。穿过托盘的副锚杆把托盘固定于隧道围岩，托盘上的抓点嵌入围岩内部裂隙或凹凸不平的表面，增大托盘与围岩发生相对移动的阻力。第一瓦斯传感器、第一应力传感器、第二瓦斯传感器、第二应力传感器可以监控隧道开挖和运营期间隧道围岩和隧道内部瓦斯和应力情况。

具体的，本发明适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构的安装工序如下：隧道开挖后，在隧道围岩打入主锚杆，把放在保护壳内的第一瓦斯传感器固定于托盘内部鼓凸部区域。托盘通过其上的支护孔穿过主锚杆，副锚杆穿过托盘的支护孔把托盘固定于隧道围岩，在副锚杆的终端安装螺母。托盘鼓凸部区域外侧依次放入穿过主锚杆的第一应力传感器、上让压件、支护拱上壳。支护拱上壳固定后，在支护拱上壳适当部位固定数据采集仪、信号收集终端并连接好相关光纤。支护拱下壳特定部位固定好第二应力传感器、下让压件、第二瓦斯传感器，并把相关光纤连接到数据采集仪，数据采集仪的输出光纤连接到信号收集终端，把支护拱下壳与支护拱上壳连接固定成一个整体。最后在主锚杆端部放入螺母并拧紧。最后在支护拱与围岩之间进行灌浆。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，包括：

支护拱(1)，用于支承隧道瓦斯赋存岩段的围岩；

让压支护机构(2)，用于连接支护拱与围岩，由主锚杆(21)、副锚杆(22)、托盘(23)、上让压件(24)、下让压件(25)组成，托盘和上让压件设于支护拱外侧，下让压件设于支护拱内侧，主锚杆依次穿设下让压件、支护拱、上让压件和托盘后打入围岩中，副锚杆穿设托盘后打入围岩中；

监控装置(3)，用于监测围岩应力、围岩瓦斯和隧道瓦斯，由第一瓦斯传感器(31)、第一应力传感器(32)、第二瓦斯传感器(33)、第二应力传感器(34)、数据采集器(35)组成，托盘面向围岩的对应面上设置第一瓦斯传感器，托盘与上让压件之间设置第一应力传感器，下让压件背离支护拱的背离面设置第二瓦斯传感器，下让压件与支护拱之间设置第二应力传感器，数据采集器安装在支护拱上，且数据采集器与第一瓦斯传感器、第一应力传感器、第二瓦斯传感器、第二应力传感器通过信号线(36)连接。

2.根据权利要求1所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，所述托盘呈“弓”型结构，其中央鼓凸部面向支护拱设置，两翼边上对称设置至少一组副锚杆。

3.根据权利要求2所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，所述托盘的中央鼓凸部内侧上还设有用于置放第一瓦斯传感器的保护壳(37)，所述保护壳的四周侧壁上设有通孔。

4.根据权利要求2所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，所述托盘的两翼边面对围岩的对应面上设置若干个突起的抓点(26)。

5.根据权利要求1所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，所述支护拱由上壳和下壳组成，上壳为凹陷面四周设有垂直边条的弧形结构，下壳为凸出面四周设有垂直边条的弧形结构，且上壳和下壳之间通过螺栓连接成具有一定厚度，而截面吻合于隧道的弧形箱体，所述弧形箱体上设有用于贯穿主锚杆的支护孔。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，在支护拱上且根据支护拱的轴向长度和径向弧长设置呈阵列式排布的多个让压支护机构，且监控装置的数量与让压支护机构的数量一一对应。

7.根据权利要求6所述的适应于瓦斯赋存岩段隧道支护结构，其特征在于，还包括设置在支护拱上且与多个数据采集器通过光纤(38)连接的信号收集终端(4)，所述信号收集终端把收集到的信号通过有线或无线传输方式向外输送。