CN110672062A - 一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采空区监测技术领域，更具体地，涉及一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，包括以下步骤：S1：根据基岩的埋藏深度进行钻探，钻深至基岩中微风化层3‑5米；S2：对钻孔底部进行清洗，钻孔上部第四系土体用套管护壁；S3：埋置标杆至钻孔底部，标杆顶端穿出地面，将置于基岩中微风化层的标杆锚固；S4：在标杆穿出地面一端安装标杆头。可以有效排除上覆第四系土体的干扰，从而保证基岩沉降量的测量准确性。

Description

一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法

技术领域

本发明涉及采空区监测技术领域，更具体地，涉及一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法。

背景技术

矿山采空区地面沉降监测是深层采矿造成采空区地面沉降的重要监测措施，通过监测沉降量的变化情况，监控矿山采空区地面沉降现状，获得实际的沉降量及其变化规律，分析地面沉降发展趋势，为矿山采空区地面沉降灾害提供预测预报数据，保障人民群众的生命财产安全。

以往矿山采空区地面沉降监测点的埋设主要为地表浅部，存在以下问题：1、沉降量监测结果将基岩沉降量和上覆第四系沉降量混合在一起，导致沉降量不准确；2、沉降标杆与基岩锚固段施工难度大，且不牢固，影响沉降量的准确性；3、上部没有预留自由段或没有保护自由段，沉降标杆容易受上覆第四系土体干扰，使沉降量数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，可以有效排除上覆第四系土体的干扰，从而保证基岩沉降量的测量准确性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，包括以下步骤：

S1：根据基岩的埋藏深度进行钻探，钻深至基岩中微风化层3-5米；

S2：对钻孔底部进行清洗，钻孔上部第四系土体用套管护壁；

S3：埋置标杆至钻孔底部，标杆顶端穿出地面，将置于基岩中微风化层的标杆锚固；

S4：在标杆穿出地面一端安装标杆头。

本方法通过将标杆锚固在基岩中微风化层处，保证了标杆与基岩紧密相连的刚性整体，在进行监测的时候，能够有效地排除上覆第四系土体干扰，从而保证了基岩沉降量的测量准确性。

进一步的，步骤S1中，包括第四系覆盖层钻探和基岩层钻探。

进一步的，第四系覆盖层钻探要求全取芯，对浅部的填土、壤土层采用合金钻头中低速钻进，钻进过程以膨润土泥浆为循环液护壁。钻头钻速为500r/min以内。

进一步的，步骤S2中，钻穿填土、壤土层后，埋置套管至层底护壁，变换合金钻头继续钻进，钻进过程仍以膨润土泥浆为循环液护壁，钻至强风化基岩1-2米暂停钻进，埋置套管至强风化基岩中，套管口高出地面。

进一步的，基岩层钻探要求全取芯，采用合金钻头中高速钻进，钻进过程以清水作为循环液。钻头钻速为1000r/min以内。

进一步的，在步骤S3中，在钻孔底部灌入水泥浆，将管材埋设至钻孔底部，置于基岩中微风化层的管材通过水泥浆锚固。

进一步的，水泥浆配比采用C30标号以上的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1，灌浆泵导管口放置到钻孔底，灌浆速度与提管速度应均匀协调。

进一步的，在步骤S3中，所述的标杆为无缝钢管，所述的无缝钢管底部侧壁开设有若干过浆孔。水泥浆可以通过灌浆孔进入至无缝钢管内，以增强锚固强度，保证标杆与基岩牢固固定。

进一步的，所述的标杆头包括标头和实心杆，所述的实心杆与标头连接，所述的实心杆插入至标杆内。具体地，标头与标杆连接位置焊接固定。

进一步的，还包括标杆头保护，在标杆头安装保护罩，在标杆头外周围设保护墩。保护罩可以对标杆头进行保护，避免外部作业对标杆头造成破坏，且通过设置保护墩可以圈定保护区域，既能够起到保护标杆头的作用，也能够对作业人员起到警示作用，避免施工破坏标杆头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法可以有效排除上覆第四系土体的干扰，从而保证基岩沉降量的测量准确性。

附图说明

图1为本发明在一个实施例中的施工作业示意图；

图2为本发明在一个对比例中的基岩、卤井、地面对应监测点沉降测量成果对比图表。

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”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1：

一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，包括以下步骤：

S1：根据基岩的埋藏深度进行钻探，钻深至基岩中微风化层3-5米；

S2：对钻孔底部进行清洗，钻孔上部第四系土体用套管1护壁；

S3：埋至标杆2至钻孔底部，标杆2顶端穿出地面，将置于基岩中微风化层的标杆2锚固；

S4：在标杆2穿出地面一端安装标杆头。

其中，在进行步骤S1前，需要进行常规的前置工作，包括按设计图纸现场放样定点、钻探施工准备以及架设钻机。

现场放样确定点位，具体如下：

按照采空区地面沉降范围内设计图纸上监测点的位置，采用全站仪或GPS到现场确定点位，并刨去杂草、杂物、浮土等；

测量点位的坐标和高程，并现场做好标示。

钻探准备，具体如下：

平整机台：将监测点位周围的场地填平捣实，铺上30-50mm厚的木板，利于钻机平稳架设其上；

钻探设备配备：配套动力10KW以上、扭矩1100N·m的地质勘查钻机，配备长度与孔深匹配的φ42mm钻杆；

钻头配备：配置φ91mm、φ110mm、φ130mm合金钻头及φ91金刚石钻头等若干；

岩芯管配备：配置φ89mm、φ108mm、φ127mm岩芯管；

套管1配备：配置φ127mm、φ108mm的护壁套管1；

灌浆设备：要求灌浆泵排量10-15L/min，配备长度与孔深相匹配的导管。

架设钻机：按常规地质钻探方式在平整好的机台上搭设钻机和钻塔，要求钻机底座保持水平，立轴垂直地面，立轴头对准拟埋设的监测点位。

完成上述前置准备工作之后，进行步骤S1，其中步骤S1包括第四系覆盖层钻探和基岩层钻探。

第四系覆盖层钻探，步骤如下：

第四系覆盖层钻探要求全取芯，每个回次进尺控制在2m以内；

对浅部的填土、壤土层采用φ130mm合金钻头中低速钻进，钻进过程以膨润土泥浆为循环液护壁；

钻穿填土、壤土层后，埋置φ127mm套管1至壤土层底护壁，变径为φ110mm合金钻头继续钻进，钻进过程仍以膨润土泥浆为循环液护壁，钻至强风化基岩约1m左右时暂停钻进，埋置φ108mm套管1至强风化基岩中，套管1口高出地面约200mm；

基岩层钻探，步骤如下：

基岩层钻探要求全取芯，每个回次进尺控制在2m以内；

采用φ91mm合金钻头如遇石英砂岩、硅化岩等岩层换为金刚石钻头中高速钻进，钻进过程以清水作为循环液；

钻深至中微风化基岩5m左右停止钻进，用清水进行洗孔。

完成钻探后，对钻孔灌入水泥浆，其中，水泥浆配比：采用C30标号以上的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1，灌浆泵导管口应放置到钻孔底，灌浆速度与提管速度应均匀协调，一般以12L/min左右的泵量灌浆2min时间后停泵，在灌浆的同时匀速提管，速度控制在1.5m/min。

在灌入水泥浆1小时内完成埋置标杆2工作，其中标杆2采用无缝钢管，在本实施例中，采用型号为φ42mm的无缝钢管，一般市面上单根管长约6m，预先在钢管两端开有外螺纹，以便连接，钢管数量视实际孔深而定。先将底部2m预开有Φ8mm梅花状小孔(孔距为80mm×80mm)的钢管放入钻孔中，再逐根钢管彼此牢固相接往钻孔中放下，一直埋置到钻孔底后，将高出套管1口的钢管割去。无缝钢管埋设完成后固定和保护好钢管，使其不受外界触碰而持续20小时以上固定不动直至水泥浆凝固。

完成标杆2埋置工作后，对标杆2锚固质量进行检查，用50KG压力下压标杆2或用50KG作用力上提标杆2，若标杆2不发生移位，则标杆2锚固质量过关，若标杆2发生移位，则将标杆2取出，并重新进行基岩层钻探，清除钻孔底部的水泥浆后重新灌入水泥浆，重新埋至标杆2。

完成上述埋置工作后，在标杆2穿出地面一端安装标杆头，标杆头包括标头4和实心杆5，所述的实心杆5与标头4连接，所述的实心杆5插入至标杆2内。具体地，标头4与标杆2连接位置焊接固定。标杆头面板直径为60mm，厚度为3mm，杆12mm*120mm。

另外，为了保护标杆头，在标杆头上安装80mm*80mm的保护罩3，采用C30标号的水泥设置监测点地面周边保护墩，规格为600mm*600mm，面板400mm*400mm，厚度15mm。

在本实施例中，待水泥凝固后在套管1与无缝钢管自由段之间注入蒽油以保护标杆2，具体地，在自由段中套管1与无缝钢管之间注入有蒽油，在无缝钢管内部也注入蒽油实现双重保护。

如图1所示，为通过本方法实施的示意图，其中，在地表下的2m为填土壤土层，2m-4m为粉砂夹粘性土层，4m-8m为黄色粘性土层，8m-10m为强风化层，10m-15m为中风化夹强风化层，15米以下为中微风化层，地表15m以内为第四系土体，第四系土体的钻探孔径大于中微风化层的钻探孔径，在第四系土体钻孔并设置套管1作为护壁，套管1的底部置于第四系土体钻孔的底部，套管1的直径大于标杆2。在中微风化层钻孔灌入水泥浆填充，且在灌入水泥浆后1小时内置入标杆2，使标杆2的底部置于中微风化层中，水泥浆对置于中微风化层段的标杆2进行锚固固定，且水泥浆通过标杆2下端的过浆孔注入至标杆2内部，当水泥浆凝固后即可将标杆2固定。在第四系土体中，标杆2置于套管1内，且标杆2的上端穿出地面，在标杆2的端部安装标杆头，标杆头的实心杆5穿入标杆2内。在标杆头上安装保护罩3用于保护标杆头。在第四系土体中，套管1与标杆2之间注入蒽油保护，且在标杆2内部也注入蒽油保护。

实施例2：

通过本方法可以有效避免第四系土体的干扰和影响，如图2所示，为于龙归硝盐矿矿区基岩、卤井、地面对应监测点沉降测量成果对比表。该表展示了通过本方法实施的基岩沉降监测点所监测的沉降数据以及矿井监测的沉降数据进行对比，设置了3组对照例将利用本方法实施的沉降测量监测与矿井沉降监测进行比对。

其中，序号1、4、8，对应监测点号为：基2、基3、基5表示基岩沉降监测点，序号2、5、9，对应监测点号为：3-2#、16*2#、12-1#表示矿井监测点，序号3、7、10，对应监测点号为：CJ13、CJ42、CJ67表示地面监测点。

第一组对照例，参照第十一次观测，基2所监测到的本次沉降量为-28.74mm，3-2#所监测到的本次沉降量为-29.93mm，基2基岩沉降监测点与3-2#矿井监测点的监测偏差值为1.19mm、CJ13地面监测点与3-2#矿井监测点的监测偏差值为3.13mm；第十二次观测中，基2所监测到的本次沉降量为-36.21mm，3-2#所监测到的本次沉降量为-36.82mm，基2基岩沉降监测点与3-2#矿井监测点的监测偏差值为0.61mm，CJ13地面监测点与矿井监测点的监测偏差值为6.22mm。

第二组对照例，参照第十一次观测，基3所监测到的本次沉降量为-69.36mm，16-2#所监测到的本次沉降量为-68.03mm，基3基岩沉降监测点与16-2#矿井监测点的监测偏差值为1.33mm，CJ42地面监测点与16-2#矿井监测点的监测偏差值为5.31mm。第十二次观测中，基3所监测到的本次沉降量为-83.66mm，16-2#所监测到的本次沉降量为-86.65mm，基3基岩沉降监测点与16-2#矿井监测点的监测偏差值为2.99mm，CJ42地面监测点与16-2#矿井监测点的监测偏差值为2.82mm。

第三组对照例，参照第十一次观测，基5所监测到的本次沉降量为-18.51mm，12-1#所监测到的本次沉降量为-17.58mm，基5基岩沉降监测点与12-1#矿井监测点的监测偏差值为0.93mm，CJ67地面监测点与12-1#矿井监测点的监测偏差值为4.18mm。第十二次观测中，基5所监测到的本次沉降量为-26.97mm，12-1#所监测到的本次沉降量为-24.87mm，基5基岩沉降监测点与12-1#矿井监测点的监测偏差值为2.1mm，CJ67地面监测点与12-1#矿井监测点的监测偏差值为19.33mm。

一般在单次测量中，测量数据与矿井监测点的数值偏差值在1～2mm内为准确，参照上述三组对照例，基岩沉降监测点所监测数据与矿井监测点所监测数据大多在1～2mm内，虽个别偏差值超出该范围，但整体偏差值在3.5mm以内且多次数据的偏差值浮动较小。而地面监测点所监测数值与矿井监测点所监测数值的偏差值浮动较大，其最大偏差值达到19.33mm，最少偏差值为2.1mm，因而可以判断地面监测点在监测沉降数据的时候容易受到地面和第四系土体的影响，因而导致监测结果偏差与浮动较大，而相对于地面监测点，通过本方法所实施的基岩沉降监测点，其受到地面和第四系土体的影响较小，因此其测量的数值也与矿井监测点所测量数值相近，更加准确。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据基岩的埋藏深度进行钻探，钻深至基岩中微风化层3-5米；

S2：对钻孔底部进行清洗，钻孔上部第四系土体用套管(1)护壁；

S3：埋置标杆(2)至钻孔底部，标杆(2)顶端穿出地面，将置于基岩中微风化层的标杆(2)锚固；

S4：在标杆(2)穿出地面一端安装标杆头。

2.根据权利要求1所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，步骤S1中，包括第四系覆盖层钻探和基岩层钻探。

3.根据权利要求2所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，第四系覆盖层钻探要求全取芯，对浅部的填土、壤土层采用合金钻头钻进，钻进过程以膨润土泥浆为循环液护壁。

4.根据权利要求3所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，步骤S2中，钻穿填土、壤土层后，埋置套管(1)至壤土层底护壁，变换合金钻头继续钻进，钻进过程仍以膨润土泥浆为循环液护壁，钻至强风化基岩1-2米暂停钻进，埋置套管(1)至强风化基岩中，套管(1)口高出地面。

5.根据权利要求2所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，基岩层钻探要求全取芯，采用合金钻头钻进，钻进过程以清水作为循环液。

6.根据权利要求1所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，在步骤S3中，在钻孔底部灌入水泥浆，将管材埋设至钻孔底部，置于基岩中微风化层的管材通过水泥浆锚固。

7.根据权利要求6所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，水泥浆配比采用C30标号以上的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1，灌浆泵导管口放置到钻孔底，灌浆速度与提管速度应均匀协调。

8.根据权利要求1所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的标杆(2)为无缝钢管，所述的无缝钢管底部侧壁开设有若干过浆孔。

9.根据权利要求1所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，所述的标杆头包括标头(4)和实心杆(5)，所述的实心杆(5)与标头(4)连接，所述的实心杆(5)插入至标杆(2)内。

10.根据权利要求1所述的一种监测基岩沉降量监测点的埋设方法，其特征在于，还包括标杆头保护，在标杆头安装保护罩(3)，在标杆头外周围设保护墩。

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