CN109631830B - 一种巷道迎头极限空顶距测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种巷道迎头极限空顶距测量装置及方法，适用于掘进巷道围岩松动圈小于1m区域使用。监测装置由固定机具、测杆和采集仪三部分组成；固定机具安装在迎头顶板前两排锚杆上，将测杆嵌放在固定机具焊接架上，并将采集仪放置在测杆两端，使激光发射仪器可测量至空顶区中心，并使采集仪采集、存储空顶区顶板中部下沉量数据；利用伸缩杆改变测杆长度对不同空顶距下中心下沉量数据进行分析，可确定巷道迎头极限空顶距。本监测装置采用激光测距，操作简单、精确度高、适应性强、存放方便、成本低且利用率和安全性高、易于推广，弥补了巷道迎头极限空顶距确定方法的匮乏，并为其提供借鉴。

Description

一种巷道迎头极限空顶距测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种巷道迎头极限空顶距测量装置及方法，尤其使用与一种掘进巷道围岩松动圈小于1m条件使用的巷道迎头极限空顶距测量装置及方法。
背景技术
巷道迎头空顶距的留设对巷道掘进工艺影响颇大，合理的空顶距留设可以简化掘进工艺，加快掘进速度，增加效益。但确定巷道迎头极限空顶距的装置及方法较少，有采取力学分析确定，而普遍由工程类比法确定，存在诸多问题。
以往确定巷道迎头极限空顶距的方法存在诸多问题，特别是在煤巷中。叙述如下：①不能根据具体地质情况决定合理迎头空顶距，无法简化施工工艺；②无法使掘支高效配合，影响掘进速度；③现场条件简陋，无法进行力学分析、建模等。这些问题表明提出一种操作简单、精确度高、适应性强、存放方便、成本低且利用率和安全性高的测量迎头极限空顶距的装置及方法的迫切性。
发明内容
技术问题：针对上述问题，提出一种操作简单、精确度高、存放方便、适应性强、成本低且利用率和安全性高的巷道迎头极限空顶距测量装置及方法。
技术方案：本发明的巷道迎头极限空顶距测量装置，包括固定机具、测杆和采集仪，其中固定机具与设置在巷道顶板上锚杆尾部匹配，测杆通过固定机具与巷道顶板上锚杆固定，采集仪放置在测杆两端仪器盒中；
所述固定机具包括套筒、紧固阀和焊接架，其中套筒的内径与巷道顶板上锚杆外露端直径相匹配，第一排锚杆和第二排锚杆以掘进方向为前，套筒上设有活动连接的焊接架和用以固定/松开焊接架的紧固阀，所述测杆包括数据存储盒、激光发射盒、伸缩杆、主体杆和凹槽，其中伸缩杆嵌套在主体杆前端形成一体，主体杆后端设有数据存储盒，伸缩杆前端设有激光发射盒，主体杆上设有与前排锚杆上的固定机具焊接架匹配的凹槽，伸缩杆通过在主体杆上滑动来改变整体长度；
所述采集仪包括激光发射仪器和数据存储仪器，其中激光发射仪器设置在激光发射盒内，所述激光发射仪器的激光口垂直指向顶板，利用发射激光检测迎头顶板下沉量，数据存储仪器设在数据存储盒内，预防顶板矸石掉落造成损坏，激光发射仪器与数据存储仪器之间通过导线连接。
所述的适用于掘进巷道围岩松动圈小于1m条件，则迎头顶板第一排锚杆与第二排锚杆在监测过程中下沉量可忽略。
所述固定机具应在迎头空顶区中心测点监测过程中一直保持固定在原位，避免数据收集错误。
所述的测杆在测量过程中，放置在前排锚杆上的固定机具使凹槽嵌入焊接架上，避免测杆在监测过程中产生滑动或转动。
一种测量巷道迎头极限空顶距的测量装置及方法，其步骤如下：
a.以掘进面为起点同时以迎头方向为前方，将准备两个固定机具的套筒分别套入迎头同一纵排前两排中部或靠近中部的第一排锚杆和第二排锚杆的外露端，转动紧固阀固定，使两个固定机具的相对位置与巷道中轴线平行；
b.将激光发射仪器和数据存储仪器分别安装在测杆的激光发射盒和数据存储盒中，利用导线相互连接；
c.将测杆放置在两个固定机具的焊接架上，并使凹槽嵌入设置在前排锚杆上设置的焊接架上，调整另外一个焊接架使伸缩杆水平设置，调节伸缩杆使激光发射仪器能够测量到迎头空顶区中心或接近中心的点，标记为测点，采集仪开始进行采集、存储测点与激光发射仪器在不同时间点的距离；
d.数据采集0～24h后，将数据整理成时间与距离的折线统计图，忽略掘进时顶板水平移动，分析测点竖向最大的下沉量与最大下沉速度，判断竖向最大的下沉量与最大下沉速度是否同时满足安全要求，如果任意数据不满足则缩小迎头空顶距，重复步骤c，直至测点处的下沉量与下沉速度等于安全临界值时，则此时空顶距为极限空顶距；
e.如果同时满足安全要求则通过增加迎头截割进尺，扩大空顶距，此时迎头空顶区域中心前移，同时测点与伸缩杆对应中心向前移动，移动距离为增加空顶距的一半，再重复步骤a～d进行相同的采集、存储、整理、分析数据。
有益效果：
使用本发明的监测装置和监测方法，井下测量人员只需要支护区下即可完成测量数据的收集，使测量人员的人身安全性得到大大提高；本发明的测量方法对巷道迎头空顶区顶板下沉数据监测准确性高，操作方便；不受迎头大型设备的影响，可及时得到空顶区顶板变形量；本发明采用激光测距，操作简单、精确度高、适应性强、存放方便、成本低且利用率和安全性高、易于推广，弥补了巷道迎头极限空顶距确定方法的匮乏。
附图说明
图1是本发明巷道迎头极限空顶距测量装置使用示意图。
图2是本发明巷道迎头极限空顶距测量装置的固定机具示意图。
图3是本发明巷道迎头极限空顶距测量装置的测杆示意图。
图中：1、2-锚杆，3-测点，4-固定机具，5-测杆，6-激光发射器，7-数据存储仪，8-套筒，9-紧固阀，10-焊接架，11-数据存储盒，12-激光发射盒，13-伸缩杆，14-主体杆，15-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的巷道迎头极限空顶距测量装置，包括固定机具4、测杆5和采集仪，其中固定机具与设置在巷道顶板上锚杆尾部匹配，测杆通过固定机具与巷道顶板上锚杆固定，采集仪放置在测杆两端仪器盒中；
所述固定机具4包括套筒8、紧固阀9和焊接架10，其中套筒8的内径与巷道顶板上锚杆外露端直径相匹配，第一排锚杆1和第二排锚杆2以掘进方向为前，套筒8上设有活动连接的焊接架10和用以固定/松开焊接架10的紧固阀9，所述测杆5包括数据存储盒11、激光发射盒12、伸缩杆13、主体杆14和凹槽15，其中伸缩杆13嵌套在主体杆14前端形成一体，主体杆14后端设有数据存储盒11，伸缩杆13前端设有激光发射盒12，主体杆14上设有与前排锚杆1上的固定机具焊接架10匹配的凹槽15，伸缩杆13通过在主体杆14上滑动来改变整体长度；所述固定机具4应在迎头空顶区中心测点3监测过程中一直保持固定在原位，避免数据收集错误，所述的测杆5在测量过程中，放置在前排锚杆1上的固定机具4使凹槽15嵌入焊接架10上，避免测杆5在监测过程中产生滑动或转动；
所述采集仪包括激光发射仪器6和数据存储仪器7，其中激光发射仪器6设置在激光发射盒12内，所述激光发射仪器6的激光口垂直指向顶板，利用发射激光检测迎头顶板下沉量，数据存储仪器7设在数据存储盒11内，预防顶板矸石掉落造成损坏，激光发射仪器6与数据存储仪器7之间通过导线连接。
一种使巷道迎头极限空顶距测量方法，所述的适用于掘进巷道围岩松动圈小于1m条件，则迎头顶板第一排锚杆1与第二排锚杆2在监测过程中下沉量可忽略，其步骤如下：
a.以掘进面为起点同时以迎头方向为前方，将准备两个固定机具4的套筒8分别套入迎头同一纵排前两排中部或靠近中部的第一排锚杆1和第二排锚杆2的外露端，转动紧固阀9固定，使两个固定机具4的相对位置与巷道中轴线平行；
b.将激光发射仪器6和数据存储仪器7分别安装在测杆5的激光发射盒12和数据存储盒11中，利用导线相互连接；
c.将测杆5放置在两个固定机具4的焊接架10上，并使凹槽15嵌入设置在前排锚杆1上设置的焊接架10上，调整另外一个焊接架10使伸缩杆13水平设置，调节伸缩杆13使激光发射仪器6能够测量到迎头空顶区中心或接近中心的点，标记为测点3，采集仪开始进行采集、存储测点3与激光发射仪器6在不同时间点的距离；
d.数据采集6～24h后，将数据整理成时间与距离的折线统计图，忽略掘进时顶板水平移动，分析测点3竖向最大的下沉量与最大下沉速度，判断竖向最大的下沉量与最大下沉速度是否同时满足安全要求，如果任意数据不满足则缩小迎头空顶距，重复步骤c，直至测点3处的下沉量与下沉速度等于安全临界值时，则此时空顶距为极限空顶距；
e.如果同时满足安全要求则通过增加迎头截割进尺，扩大空顶距，此时迎头空顶区域中心前移，同时测点3与伸缩杆13对应中心向前移动，移动距离为增加空顶距的一半，再重复步骤a～d进行相同的采集、存储、整理、分析数据。

Claims (3)

1.一种巷道迎头极限空顶距测量装置，其特征在于：包括固定机具（4）、测杆（5）和采集仪，其中固定机具与设置在巷道顶板上锚杆尾部匹配，测杆通过固定机具与巷道顶板上锚杆固定，采集仪放置在测杆两端仪器盒中；
所述固定机具（4）包括套筒（8）、紧固阀（9）和焊接架（10），其中套筒（8）的内径与巷道顶板上锚杆外露端直径相匹配，第一排锚杆（1）和第二排锚杆（2）以掘进方向为前，套筒（8）上设有活动连接的焊接架（10）和用以固定/松开焊接架（10）的紧固阀（9），所述测杆（5）包括数据存储盒（11）、激光发射盒（12）、伸缩杆（13）、主体杆（14）和凹槽（15），其中伸缩杆（13）套在主体杆（14）前端形成一体，主体杆（14）后端设有数据存储盒（11），伸缩杆（13）前端设有激光发射盒（12），主体杆（14）上设有与第一排锚杆（1）上的固定机具焊接架（10）匹配的凹槽（15），伸缩杆（13）通过在主体杆（14）上滑动来改变整体长度；
所述采集仪包括激光发射仪器（6）和数据存储仪器（7），其中激光发射仪器（6）设置在激光发射盒（12）内，所述激光发射仪器（6）的激光口垂直指向顶板，利用发射激光检测迎头顶板下沉量，数据存储仪器（7）设在数据存储盒（11）内，预防顶板矸石掉落造成损坏，激光发射仪器（6）与数据存储仪器（7）之间通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的巷道迎头极限空顶距测量装置，其特征在于：所述的测杆（5）在测量过程中，放置在第一排锚杆（1）上的固定机具（4）使凹槽（15）嵌入焊接架（10）上，避免测杆（5）在监测过程中产生滑动或转动。
3.一种使用权利要求1所述巷道迎头极限空顶距测量装置的测量方法，其特征在于步骤如下：
a．以掘进面为起点同时以迎头方向为前方，将准备两个固定机具（4）的套筒（8）分别套入迎头同一纵排前两排中部或靠近中部的第一排锚杆（1）和第二排锚杆（2）的外露端，转动紧固阀（9）固定，使两个固定机具（4）的相对位置与巷道中轴线平行；
b．将激光发射仪器（6）和数据存储仪器（7）分别安装在测杆（5）的激光发射盒（12）和数据存储盒（11）中，利用导线相互连接；
c．将测杆（5）放置在两个固定机具（4）的焊接架（10）上，并使凹槽（15）嵌入设置在第一排锚杆（1）上设置的焊接架（10）上，调整另外一个焊接架（10）使伸缩杆（13）水平设置，调节伸缩杆（13）使激光发射仪器（6）能够测量到迎头空顶区中心或接近中心的点，标记为测点（3），采集仪开始进行采集、存储测点（3）与激光发射仪器（6）在不同时间点的距离；
d．数据采集0~24h后，将数据整理成时间与距离的折线统计图，忽略掘进时顶板水平移动，分析测点（3）竖向最大的下沉量与最大下沉速度，判断竖向最大的下沉量与最大下沉速度是否同时满足安全要求，如果任意数据不满足则缩小迎头空顶距，重复步骤c，直至测点（3）处的下沉量与下沉速度等于安全临界值时，则此时空顶距为极限空顶距；
e. 如果同时满足安全要求则通过增加迎头截割进尺，扩大空顶距，此时迎头空顶区域中心前移，同时测点（3）与伸缩杆（13）对应中心向前移动，移动距离为增加空顶距的一半，再重复步骤a~d进行相同的采集、存储、整理、分析数据。
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