CN109632167A - 露天矿采空区内部岩体应力监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种露天矿采空区内部岩体应力监测装置及监测方法，包括锚杆测力计，其特征在于：还包括两个水平底板，支撑组件和提升机构，所述的支撑组件由底座和与底座套装的支撑柱所组成，所述的提升机构由滑轮中心轴、支架、滑轮和缠牵引钢丝绳组成，所述的滑轮中心轴水平设置在支撑柱的顶部，所述的锚杆包括多个上锚杆和下牵引锚杆，在多个上锚杆之间和上锚杆与下牵引锚杆之间固定连接有锚杆测力计，在下牵引锚杆的下端设有环形套口，牵引钢丝绳的下端与环形套口固定连接。本发明解决了在无法使用大型起重设备的露天矿空区顶板安装超长锚杆及锚杆测力的问题，结构简单，易操作，便于安装拆卸。

Description

露天矿采空区内部岩体应力监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于矿山安全生产及采矿工程等采空区顶板中锚杆工作载荷的监测仪器安装技术领域，具体涉及一种露天矿采空区内部岩体应力监测装置及监测方法。

背景技术

在采矿、地下空间工程施工过程中，为了保障施工及生产安全，需要对采空区行稳定性监测。目前采空区稳定性监测主要应力、位移和岩体内部损伤监测三类，为了监测采空区围岩的应力变化一般需要安装锚杆测力计。在采矿工程领域，锚杆测力计一般用于地下矿山的顶板及两帮或者露天矿山的边坡监测，在上述的工况条件下所使用的锚杆尺寸一般为6~8m，锚杆的施工方向大多为上向或者水平方向，振弦式锚杆测力计通过连接锚杆进入孔中，到达不同的层位进行监测，安装过程并不复杂。

由于历史原因我国存在众多金属露天矿遭到不规范的盗采乱挖，在露天采区形成大量的非法采空区，露天矿采空区顶板的稳定性与否对于露天矿安全开采至关重要。这就需要在露天矿顶进行应力测量从而达到监测的目的。相比传统锚杆测力计安装过程，露天采空区顶板锚杆及锚杆应力计安装存在以下三方面难点：①露天采空区顶板厚度较大往往能达到20m左右，所需锚杆及锚杆测力计需要多次连接，杆体总重量较大；②露天采空区顶板监测孔一般为下向垂直孔，较大重量的锚杆及锚杆测力计难以通过常规的人工拖拽方式安装；③空区上方无法使用大型机械起重设备。这就给露天矿山采空区顶板进行应力测量带来了巨大困难。这就客观要求一种露天矿采空区顶板内部岩体应力测量装置及方法。在锚杆测力计成为采矿工程领域顶板及帮部应力监测研究的一个重要手段的基础上建立露天矿采空区顶板内部岩体应力监测装置及监测方法，对于扩大锚杆测力计的应用范围，节约矿山资金投入，保障矿山安全生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、易操作、功能强的露天矿采空区内部岩体应力监测装置及监测方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种露天矿采空区内部岩体应力监测装置，包括锚杆测力计，其特征在于：还包括锚杆组件、对称设置在被测采空区顶板地面上监测孔两侧的两个水平底板，分别竖向垂直设置在水平底板上部的两个支撑组件，设置的两个支撑组件上部的提升机构，所述的两个支撑组件均由底座和与底座套装的支撑柱所组成，所述的提升机构由滑轮中心轴，设置在滑轮中心轴上部的支架，设置在滑轮中心轴上的滑轮和缠绕在滑轮上的锚杆牵引钢丝绳所组成，所述的滑轮中心轴水平设置在两个支撑柱的顶部，

所述的锚杆组件由多节连接锚杆、锚杆测力计和下牵引锚杆相互串接而成，锚杆测力计设置在每节连接锚杆的下端，最下面一节连接锚杆的锚杆测力计与下牵引锚杆固定连接，在下牵引锚杆的下端设有一对环形套口，锚杆牵引钢丝绳的下端与环形套口固定连接。

作为上述方案的进一步优化，在所述的底座上纵向开有与支撑柱相适配的凹槽，横向开有螺栓连接孔Ⅰ，在所述的支撑柱的下部横向开有二个以上与螺栓连接孔Ⅰ相适配的螺栓连接孔Ⅱ，所述的支撑柱插入底座内，螺柱螺母穿过螺栓连接孔Ⅰ和螺栓连接孔Ⅱ将支撑柱与底座固定连接。

作为上述方案的进一步优化，所述的底座和支撑柱为方型、棱型或圆型。

作为上述方案的进一步优化，所述的螺栓连接孔Ⅱ为2-4个。

本发明的一种露天矿采空区顶板内部岩体应力的监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）在露天矿采空区选取的监测孔位置，采用潜孔钻机从露天矿采空区顶板向下进行钻监测孔，

2）在打监测孔位置的两侧设水平基座，并通过钢钉将水平基座固定于采空区顶板钻孔两侧的地面上；

3）再将支撑柱插入底座内，使螺栓连接孔Ⅰ和螺栓连接孔Ⅱ对齐定位，用螺柱螺母将支撑柱与底座固定连接；

4）将滑轮中心轴固定在支撑柱的顶端，并将支架与滑轮中心轴焊接成一体；

5）锚杆牵引钢丝绳一端缠绕在滑轮上，另一端与牵引锚杆下端部环形套口固定连接；

6）将第一节连接锚杆上的锚杆测力计与下牵引锚杆的上端固定连接，施工人员提升锚杆牵引钢丝绳上端，将牵引锚杆缓慢放入监测孔中，缓慢松开锚杆牵引钢丝绳让牵引锚杆逐渐进入监测孔内，

7）再将第二节连接锚杆下端的锚杆测力计与第一节连接锚杆上端固定连接，继续通过滑轮收放锚杆牵引钢丝绳缓慢，让连接锚杆进入监测孔内，依次串接设有锚杆测力计的连接锚杆，直至牵引锚杆下端部触及监测孔底部；

8）最后采用水泥砂浆或者空区围岩散体对监测孔进行封孔，从而完成采空区顶板内部岩体应力监测装置的安装，

9）随着采空区顶板的发生渐进垮塌，锚杆测力计将监测到的采空区顶板内岩体的应力变化值，传输到控制系统，完成整个采空区顶板应力的监测过程。

本发明的优点：

1、本发明采用滑轮与钢丝绳配合的方式安装锚杆测力计，直至达到孔深要求。本发明解决了在无法使用大型起重设备的露天矿空区顶板安装超长锚杆及锚杆测力的问题，有效地避免了目前露天矿空区顶板安装锚杆及锚杆测力计采用人工拖拽的方式存在安全风险和难以提起深孔的超长锚杆的问题，大大节省了人力，并保障了操作人员的安全；

2、本发明中竖向垂直设置的支撑组件，且支撑组件的底座和与底座通过螺柱与螺母配合的方式连接在一起，可以实现快速安装与拆卸，且可方便调节支撑组件的高度，施工结束后方便拆卸支撑组件，即可进行下一处锚杆测力计的安装工作， 同时拆卸与安装锚杆测力计省时省力；

3、本发明中提升机构上部设置的支架，作为手提把手方便施工前后人工运输。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明一种露天矿采空区内部岩体应力监测装置，包括锚杆测力，其特征在于：还包括锚杆组件，对称设置在被测采空区顶板地面上监测孔14两侧的两个水平底板8，分别竖向垂直设置在水平底板8上部的两个支撑组件，设置的两个支撑组件上部的提升机构，所述的两个支撑组件均由底座6和与底座6套装的支撑柱4所组成，所述的提升机构由滑轮中心轴2，设置在滑轮中心轴2上部的支架1，其支架1可以作为手提把手方便施工前后人工运输；设置在滑轮中心轴2上的滑轮3和缠绕在滑轮3上的牵引钢丝绳5所组成，所述的滑轮中心轴2水平设置在两个支撑柱4的顶部，

所述的锚杆组件由多节连接锚杆10、锚杆测力计11和下牵引锚杆12相互串接而成，锚杆测力计11设置在每节连接锚杆的下端，最下面一节连接锚杆10的锚杆测力计11与下牵引锚杆12固定连接，在下牵引锚杆12的下端设有一对环形套口13，锚杆牵引钢丝绳5的下端与环形套口13固定连接。

作为上述方案的进一步优化，在所述的底座6上纵向开有与支撑柱相适配的凹槽6-1，横向开有螺栓连接孔Ⅰ6-2，在所述的支撑柱4的下部横向开有二个以上与螺栓连接孔Ⅰ6-2相适配的螺栓连接孔Ⅱ4-1，所述的支撑柱4插入底座6内，螺柱螺母7穿过螺栓连接孔Ⅰ6-2和螺栓连接孔Ⅱ4-1将支撑柱4与底座6固定连接。

作为上述方案的进一步优化，所述的底座6和支撑柱4为方型、棱型或圆型。可以根据需要作出各种几何形态，其方型或棱型结构更稳定，圆型方便套装。

作为上述方案的进一步优化，所述的螺栓连接孔Ⅱ4-1为2-4个，这样可以根需要调节支撑柱4的高度。

本发明的一种露天矿采空区内部岩体应力的监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）在露天矿采空区选取的监测孔14位置，采用潜孔钻机从露天矿采空区顶板向下钻监测孔14，

2）在监测孔14位置的两侧设水平基座8，并通过钢钉9将水平基座8固定于采空区顶板钻孔两侧的地面上；

3）再将支撑柱3插入底座6内，使螺栓连接孔Ⅰ6-2和螺栓连接孔Ⅱ4-1对齐定位，用螺柱螺母7将支撑柱4与底座6固定连接；

4）将滑轮中心轴2固定在支撑柱4的顶端，并将支架1与滑轮中心轴2焊接成一体；

5）锚杆牵引钢丝绳5一端缠绕在滑轮3上，另一端与牵引锚杆12下端部环形套口13固定连接；

6）将第一节连接锚杆10上的锚杆测力计11与下牵引锚杆12的上端固定连接，施工人员提升锚杆牵引钢丝绳5上端，将牵引锚杆放入监测孔14中，缓慢松开锚杆牵引钢丝绳5让牵引锚杆12逐渐进入监测孔14内，

7）再将第二节连接锚杆下端的锚杆测力计与第一节连接锚杆上端固定连接，继续通过滑轮3收放锚杆牵引钢丝绳5，让连接后的连接锚杆10逐个进入监测孔14内，依次串接设有锚杆测力计的连接锚杆10，直至牵引锚杆12下端部触及监测孔14底部；

8）最后采用水泥砂浆或者空区围岩散体对监测孔14进行封孔，从而完成采空区顶板内部岩体应力监测装置的安装，

9）随着采空区顶板的发生渐进垮塌，锚杆测力计11将到的采空区顶板内岩体的应力变化值，传输到控制系统，完成整个采空区顶板应力的监测过程。

实施例：

对某露天铁矿采空区顶板进行岩体内部应力进行监测，首先在进行详细的地质调查，根据地质调查情况选取合适的布设监测孔14的位置，采用110mm孔径的浅孔钻在选取的孔位进行打监测孔14，其中孔深20m，每根连接锚杆长2.5m，共需要8根连接锚杆10。首先用钢钉9将水平基座8牢牢固定在地面；再将将支撑柱3插入底座6内，使螺栓连接孔Ⅰ6-2和螺栓连接孔Ⅱ4-1对齐定位，用螺柱螺母7将支撑柱4与底座6固定连接；把事先缠绕在滑轮3上的锚杆牵引钢丝绳5下端穿过牵引锚杆12的环形套口13并打结固定，将第一节连接锚杆上的锚杆测力计11下端与牵引锚杆12的上端连接；施工人员提升锚杆牵引钢丝绳5上端，将牵引锚杆12缓慢放入钻孔中，缓慢松开锚杆牵引钢丝绳5让牵引锚杆12逐渐进入监测孔内，将锚杆牵引钢丝绳缠5绕于提升钢架4的顶部支架1上，将第二节连接锚杆10下端的锚杆测力计11与上一节连接锚杆的上端连接在一起，解开缠绕于提升钢架4的顶部支架1上的锚杆牵引钢丝绳5，继续通过滑轮3缓慢让连接后的连接锚杆10进入监测孔口，依次将带有锚杆测力计11的连接锚杆10相互串接，直至牵引锚杆12下端部触及监测孔底部，最后采用水泥砂浆或者空区围岩散体对监测孔进行封孔，从而完成空区顶板内部岩体应力监测装置的安装，随着采空区顶板的发生渐进垮塌，锚杆测力计将到的采空区顶板内岩体的应力变化值，通过导线传输到控制系统，完成整个采空区顶板应力的监测过程。

Claims (5)

1.一种露天矿采空区内部岩体应力监测装置，包括锚杆测力计，其特征在于：还包括锚杆组件、对称设置在被测采空区顶板地面上监测孔两侧的两个水平底板，分别竖向垂直设置在水平底板上部的两个支撑组件，设置的两个支撑组件上部的提升机构，所述的两个支撑组件均由底座和与底座套装的支撑柱所组成，所述的提升机构由滑轮中心轴，设置在滑轮中心轴上部的支架，设置在滑轮中心轴上的滑轮和缠绕在滑轮上的锚杆牵引钢丝绳所组成，所述的滑轮中心轴水平设置在两个支撑柱的顶部，

所述的锚杆组件由多节连接锚杆、锚杆测力计和下牵引锚杆相互串接而成，锚杆测力计设置在每节连接锚杆的下端，最下面一节连接锚杆的锚杆测力计与下牵引锚杆固定连接，在下牵引锚杆的下端设有一对环形套口，锚杆牵引钢丝绳的下端与环形套口固定连接。

2.根据权利要求1所述的露天矿采空区内部岩体应力监测装置，其特征在于在所述的底座上纵向开有与支撑柱相适配的凹槽，横向开有螺栓连接孔Ⅰ，在所述的支撑柱的下部横向开有二个以上与螺栓连接孔Ⅰ相适配的螺栓连接孔Ⅱ，所述的支撑柱插入底座内，螺栓穿过螺栓连接孔Ⅰ和螺栓连接孔Ⅱ将支撑柱与底座固定连接。

3.根据权利要求2所述的露天矿采空区内部岩体应力监测装置，其特征在于所述的底座和支撑柱为方型、棱型或圆型。

4.根据权利要求2所述的露天矿采空区内部岩体应力监测装置，其特征在于所述的螺栓连接孔Ⅱ为2-4个。

5.一种露天矿采空区内部岩体应力的监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）在露天矿采空区选取的监测孔位置，从露天矿采空区顶板向下钻监测孔，

2）在监测孔位置的两侧设水平基座，并通过钢钉将水平基座固定于采空区顶板钻孔两侧的地面上；

3）再将支撑柱插入底座内，使螺栓连接孔Ⅰ和螺栓连接孔Ⅱ对齐定位，用螺柱螺母将支撑柱与底座固定连接；

4）将滑轮中心轴固定在支撑柱的顶端，并将支架与滑轮中心轴焊接成一体；

5）锚杆牵引钢丝绳一端缠绕在滑轮上，另一端与牵引锚杆下端部环形套口固定连接；

6）将第一节连接锚杆上的锚杆测力计与下牵引锚杆的上端固定连接，施工人员提升锚杆牵引钢丝绳上端，将牵引锚杆缓慢放入监测孔中，缓慢松开锚杆牵引钢丝绳让牵引锚杆逐渐进入监测孔内，

7）再将第二节连接锚杆下端的锚杆测力计与第一节连接锚杆上端固定连接，继续通过滑轮收放锚杆牵引钢丝绳缓慢，让连接锚杆进入监测孔内，依次串接设有锚杆测力计的连接锚杆，直至牵引锚杆下端部触及监测孔底部；

8）最后采用水泥砂浆或者空区围岩散体对监测孔进行封孔，从而完成采空区顶板内部岩体应力监测装置的安装，

9）随着采空区顶板的发生渐进垮塌，锚杆测力计将监测到的采空区顶板内岩体的应力变化值，传输到控制系统，完成整个采空区顶板应力的监测过程。