CN112228155A - 采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法及结构 - Google Patents
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Abstract
一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法及结构，包括注浆管、测斜管以及渗压管，S1；进行定孔和测量放点，利用钻机对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作；S2，将钢绞线、注浆管以及测斜管或者渗压管通过自外而内的通过固定装置进行束缚形成三管组；或者，直接将测斜管和注浆管通过固定装置进行束缚形成两管组，本发明目的是在于提供一种在同一钻孔内同时监测岩移、水文、应力、内部沉降等参数监测的监测技术，以实现对同一监测点位岩移、水文、应力等参数的同时监测，因为钻孔深且安装空间狭小，巧妙的设计和施工工艺可以是三种传感器兼容且大大降低钻孔掘进费用。费用在传统方案的1/3～1/4。
Description
技术领域
本发明是一种传感器布置结构及方法，具体涉及一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法及结构，属于采煤沉陷区上覆岩层施工参数监测技术领域。
背景技术
目前，国内采煤沉陷区上覆岩层内部岩移、水文、应力等参数监测时，仍采用一孔一用的状况，也就是在监测应力、岩移、水文和内部沉降数据时，只能采用专孔专用的方式，监测三种参数需要三个钻孔。这样会存在两个不足：一是无法获取同一监测区域的三种状态参数，即一个区域的岩移参数、另一个区域的水文参数、第三那个区域的应力参数；二是造价太高，想要获取三个参数需要三个钻孔，采煤沉陷区的钻孔因为要过采空区，钻孔掘进费用高昂。因此，有必要设计一种能够实现一孔多用，同时进行多参数监测的传感器布置结构和方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法及结构，实现一孔多用，同时监测多种参数，降低施工成本和难度。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，包括注浆管、测斜管以及渗压管，其特征在于以下步骤：
S1；利用煤电钻对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作，并于钻孔的孔口处设置钢索绞盘或应力支架；
S2，将钢绞线、注浆管以及测斜管或者渗压管通过自外而内的通过固定装置进行束缚形成三管组；或者，直接将测斜管或注浆管和注浆管通过固定装置进行束缚形成两管组；
S3，当采用S2中所述的三管组时，在钢绞线底部连接锚固段作为应力监测前端；当采用所述的两管组时，于测斜管或渗压管的底端设置钢筋应力计；
S4，完成S1-S3的安装之后，在钻孔内将所述的三管组或者两管组自然下放至孔底；
S5，向所述的注浆管内进行注浆，直至达到指定高程；
S6，注浆结束，当S2中采用的是测斜管三管组时，对测斜仪和渗压计进行检验校正之后，根据设计方案，按顺序安装渗压计、测斜仪使导向轮完全进入导向槽内；当S2中采用的是渗压管三管组时，对渗压计进行空载状态测值后，吊放至渗压管的设计安装高程；
S7，将上述传感元件的电缆线与电源系统、数据通讯系统以及后端系统相接。
在所述的测斜管或渗压管对应渗压计的位置钻设成花管状。
当S4中自然下过过程浮力过大时，于所述的注浆管内加注清水，或者利用钻机辅助。
S5中的注浆高度为孔深的5％-15％。
优选的，对所述的渗压计进行防锈、防水、防腐、防高水压处理，并在水中进行侵泡使其达到饱和状态，并于测头上利用无纺土工布进行包装；在放入所述的测斜仪之前，利用模拟测斜仪对测斜管进行试放。
优选的，当S3中采用三管组时，在安装锚索应力计之前，对钢绞线施加预应力。
一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，包括用于进行钻孔的煤电钻，以及用于对钻孔进行注浆的注浆管，其特征在于：所述注浆管的相邻设置有监测管组；所述的监测管组内设置有监测元件；所述的监测元件通过通信电缆与后端系统相接。
在同一孔位内安装监测管路，实现一孔多用。
优选的，所述的监测管组包括渗压管和/或测斜管；所述的注浆管与监测管组外侧包覆有钢绞线；所述的监测元件包括测斜仪或渗压计。
优选的，所述的渗压计位于所述的钻孔底部；所述的测斜仪位于测斜管内；所述的钢绞线底部设置有锚索应力计，或者所述的测斜管最底端设置有钢筋应力计。
优选的，所述的测斜管之间通过测斜管连接节相接；所述钻孔的孔径为 90-146mm；所述钢绞线的外径为15-16mm；所述的渗压管外径为50-55mm；所述的测斜管外径为65-75mm。
本发明目的是在于提供一种在同一钻孔内同时监测岩移、水文、应力等参数监测的监测技术，以实现对同一监测点位岩移、水文、应力等参数的同时监测，因为钻孔深且安装空间狭小，巧妙的设计和施工工艺可以是三种传感器兼容且大大降低钻孔掘进费用。费用在传统方案的1/3～1/4。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为第一实施例的管路分布剖面结构示意图。
图2为第二实施例的管路分布剖面结构示意图。
图3为A部放大示意图。
图4为B部放大示意图。
图5为C部放大示意图。
图6为测压斜管部分的结构示意图。
图中1为注浆管，2为测斜管，3为钢绞线，4为测斜仪，5为渗压计，6为测斜管连接节，7为电缆线，8为渗压管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
实施例一
参见图1、图3，一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，包括注浆管、测斜管以及渗压管：
S1；行定孔和测量放点，利用钻机对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作，并于钻孔孔口处设置施工止浆墙；
S2，将钢绞线、注浆管以及测斜管通过自外而内的通过固定装置进行束缚形成三管组；
S3，当采用S2中所述的三管组时，在钢绞线底部连接锚固段作为应力监测前端；当采用所述的两管组时，将钢筋应力计通过细匝丝安装在测斜管的底端，使得钢筋应力计平行于所述的测斜管结构应力方向安装；
S4，完成S1-S3的安装之后，在钻孔内将所述的三管组自然下放至孔底；
S5，向所述的注浆管内进行注浆，直至达到指定高程；
S6，注浆结束，当S2中采用的是测斜管三管组时，对测斜仪和渗压计进行检验校正之后在孔底部安装渗压计，然后将测斜仪置入测斜管内，使导向轮完全进入导向槽内；
S7，将上述传感元件的电缆线与电源系统、以及后端系统相接。
在所述的测斜管底部钻设成花管状。
具体的，在本实施例中，将测斜管和注浆管通过钢绞线进行束缚，并在相应的渗压计放入到钻孔底部，利用渗压机采集钻孔内的水文参数。而测斜计通过常规技术手段所采用的方式放入到测斜管内，通过测斜计采集钻孔内的岩移参数。由于本实施例中采用钢绞线对测斜管和注浆管进行束缚，故可通过采用锚索(杆)应力计，测量钻孔内部的钢筋应力，并可同步测量埋设点的温度。施工时，首先对钢绞线施加预应力，然后安装锚索应力计
当S4中自然下过过程浮力过大时，于所述的注浆管内加注清水，或者利用钻机辅助。
S5中的注浆高度为孔深的5％-15％。
在本实施例中，优选的注浆高度为孔深的10％。
对所述的渗压计进行防锈处理，并在水中进行侵泡使其达到饱和状态，并于测头上利用无纺土工布进行包装；在放入所述的测斜仪之前，利用模拟测斜仪对测斜管进行试放。
当S3中采用三管组时，在安装锚索应力计之前，对钢绞线施加预应力；S7 完成之后，对钻孔进行回填。预应力以平均张力为0-294000N的数值换算。
施加过程中预应力不宜过大，避免若是在钢绞线绷直的情况下对其施加加大的预应力，会影响测斜管或渗压管的正常工作。因此施加预应力不超过294000N 也就是30吨。在0-294000N的施力作用范围内，根据锚索应力计的数据反馈，通过调整张力，从而调整钢绞线应力的方式，避免传感元件由于应力过大遭到挤压。而若是施加张力超过30吨，钢绞线会直接压碎传感元件，没有调整空间。
包括用于进行钻孔的钻机，以及用于对钻孔进行注浆的注浆管1，所述注浆管 2的相邻设置有监测管组；所述的监测管组内设置有监测元件；所述的监测元件通过通信电缆与后端系统相接。
进一步的说，所述的监测管组包括测斜管2；所述的注浆管1与监测管组外侧包覆有钢绞线3；所述的监测元件包括测斜仪4和渗压计5。
进一步的说，所述的渗压计5位于所述的钻孔底部；所述的测斜仪位于测斜管内；所述的钢绞线底部设置有锚索应力计，或者所述的测斜管最底端设置有钢筋应力计。
进一步的说，所述的测斜管2之间通过测斜管连接节相接；所述钻孔的孔径为90-146mm；所述钢绞线的外径为15-16mm；所述的测斜管外径为65-75mm；所述的监测元件为一对应力盒；两个应力盒通过固定支架对称设置在测斜管的两侧，用于监测测斜管的轴向应力。
所述的监测元件为应力盒；该应力盒设置于所述的钢绞线底部。常用压力计的压力传递方式基本相同，埋设时，应特别注意受压板与介质完全接触密合。应力计通常测得是垂直方向的压力，所以一般为水平方向安装，但改变安装方向也可测相对于应力计受力面方向的压力。而在本实施例中，通过将应力盒对称设置在测管管的两侧，监测测斜管的轴向应力，为了避免由于应力改变发使得应力盒与测斜管发生挤压，导致碎裂，故通过支架进行设置。
在本实施例中，由于需要将测斜管、注浆管和钢绞线进行约束，而测斜管由于其内部具有供测斜仪导轮滚动的导槽，因此其外径相对较大，故在本实施例中钻孔孔径优选的为146mm。
钢绞线的直径D优选的为9.5mm、12.5mm或者15.2mm。
实施例二
参见图2、图4，一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，包括注浆管、测斜管以及渗压管，具有以下步骤：
S1；行定孔和测量放点，利用钻机对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作，并于钻孔孔口处设置施工止浆墙；
S2，将钢绞线、注浆管以及测(渗)压管通过自外而内的通过固定装置进行束缚形成三管组；
S3，当采用S2中所述的三管组时，在钢绞线底部连接锚固段作为应力监测前端；当采用所述的两管组时，将钢筋应力计通过细匝丝安装在测斜管的底端，使得钢筋应力计平行于所述的测斜管结构应力方向安装；
S4，完成S1-S3的安装之后，在钻孔内将所述的三管组自然下放至孔底；
S5，向所述的注浆管内进行注浆，直至达到指定高程；
S6，注浆结束，对渗压计进行空载状态测值后，吊放至渗压管的设计安装高程；
S7，将上述传感元件的电缆线与电源系统、以及后端系统相接。
在所述的渗压管底部钻设成花管状。
具体的，本实施例与实施例一不同之处在于，并未将实施例一中的测斜管与注浆管、钢绞线进行约束，在这种情况下，渗压机无需置于孔底，而可以通过常规技术手段防止于渗压管内，但本实施例无法利用测斜仪测定孔内岩移数据。
当S4中自然下过过程浮力过大时，于所述的注浆管内加注清水，或者利用钻机辅助。
S5中的注浆高度为孔深的5％-15％。
优选的注浆深度与实施例一相同。
进一步的说，对所述的渗压计进行防锈处理，并在水中进行侵泡使其达到饱和状态，并于测头上利用无纺土工布进行包装。
进一步的说，当S3中采用三管组时，在安装锚索应力计之前，对钢绞线施加预应力；S7完成之后，对钻孔进行回填。
与实施例一相同，本实施例依然采用钢绞线对注浆管和渗压管进行约束，故依然可以采用实施例一中的应力监测方式。
一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，包括用于进行钻孔的煤电钻，以及用于对钻孔进行注浆的注浆管，所述注浆管的相邻设置有监测管组；所述的监测管组内设置有监测元件；所述的监测元件通过通信电缆与后端系统相接。
进一步的说，所述的监测管组包括渗压管；所述的注浆管与监测管组外侧包覆有钢绞线；所述的监测元件包括渗压计。
进一步的说，所述的渗压计位于所述的钻孔底部；所述的钢绞线底部设置有锚索应力计，或者所述的测斜管最底端设置有钢筋应力计。
进一步的说，本实施例中，优选的所述钻孔的孔径为95mm；所述钢绞线的外径为15.24mm；所述的渗压管外径为53mm。
实施例三
一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，包括注浆管、测斜管以及渗压管，具有以下步骤：
S1；利用煤电钻对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作；
S2，直接将测斜管和注浆管通过固定装置进行束缚形成两管组；
S3，当采用S2中所述的三管组时，在钢绞线底部连接锚固段作为应力监测前端；当采用所述的两管组时，将钢筋应力计通过细匝丝安装在测斜管的底端，使得钢筋应力计平行于所述的测斜管结构应力方向安装；
S4，完成S1-S3的安装之后，在钻孔内将所述的两管组自然下放至孔底；
S5，向所述的注浆管内进行注浆，直至达到指定高程；
S6，注浆结束，当S2中采用的是测斜管三管组时，对测斜仪和渗压计进行检验校正之后在孔底部安装渗压计，然后将测斜仪置入测斜管内，使导向轮完全进入导向槽内；当S2中采用的是渗压管三管组时，对渗压计进行空载状态测值后，吊放至渗压管的设计安装高程；
S7，将上述传感元件的电缆线与电源系统、以及后端系统相接。
在所述的测斜管底部钻设成花管状。
当S4中自然下过过程浮力过大时，于所述的注浆管内加注清水，或者利用钻机辅助。
S5中的注浆高度为孔深的5％-15％。
对所述的渗压计进行防锈处理，并在水中进行侵泡使其达到饱和状态，并于测头上利用无纺土工布进行包装；在放入所述的测斜仪之前，利用模拟测斜仪对测斜管进行试放。
当S3中采用三管组时，在安装锚索应力计之前，对钢绞线施加预应力；S7 完成之后，对钻孔进行回填。
一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，包括用于进行钻孔的煤电钻，以及用于对钻孔进行注浆的注浆管，其特征在于：所述注浆管的相邻设置有监测管组；所述的监测管组内设置有监测元件；所述的监测元件通过通信电缆与后端系统相接。
进一步的说，所述的监测管组包括渗压管和/或测斜管；所述的注浆管与监测管组外侧包覆有钢绞线；所述的监测元件包括测斜仪或渗压计。
进一步的说，所述的渗压计位于所述的钻孔底部；所述的测斜仪位于测斜管内；所述的测斜管最底端设置有钢筋应力计。
进一步的说，所述的测斜管之间通过测斜管连接节相接；所述钻孔的孔径为146mm；所述的测斜管外径为70mm。
在本实施例中，与实施例一、二的不同之处在于，未采用钢绞线对注浆管和测斜管进行束缚，而是直接通过固定装置对两者进行束缚。并在测斜管的最底端设置钢筋应力计。在本实施例中，采用的钢筋应力计为振弦式钢筋应力计。选定安装点之后，将振弦式应变计平行结构应力方向安装。采用细匝丝将应变计捆绑在结构钢筋上。测试导线沿结构钢筋引出，并绑扎好。应变计与测试导线应捆绑在结构钢筋的底端侧面，以免导振时应变计方向改变或将应变计和导线损坏。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，包括注浆管、测斜管以及渗压管，其特征在于以下步骤：
S1；进行定孔和测量放点，利用钻机对沉陷区上覆岩层进行钻孔操作；
S2，将钢绞线、注浆管以及测斜管或者渗压管自外而内的通过固定装置进行束缚形成三管组；或者，直接将测斜管或渗压管和注浆管通过固定装置进行束缚形成两管组；
S3，当采用S2中所述的三管组时，在钢绞线底部连接锚固段作为应力监测前端；当采用所述的两管组时，将钢筋应力计通过细匝丝安装在测斜管的底端，使得钢筋应力计平行于所述的测斜管结构应力方向安装；
S4，完成S1-S3的安装，并对三管组或者两管组进行下管检查之后，在钻孔内将所述的三管组或者两管组采用割孔穿杠钢绳牵引提吊的下管方法进行自然下放至孔底；
S5，向所述的注浆管内进行注浆，直至达到指定高程；
S6，注浆结束，当S2中采用的是测斜管三管组时，对测斜仪和渗压计进行检验校正之，按照设计的测斜仪、渗压计的相互位置依次从孔口安装在测斜管的指定位置，使导向轮完全进入导向槽内；当S2中采用的是渗压管两管组时，对渗压计进行空载状态测值后，吊放至渗压管的设计安装高程；
S7，将上述传感元件的电缆线与电源系统、以及数据通讯系统、防雷防盗系统的后端系统相接。
S8，完成下管、注浆和接线施工之后，对钻孔进行回填，并于所述的测斜管和渗压管表面墩台。
2.根据权利要求1所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，其特征在于：在所述的测斜管或渗压管对应渗压计的位置钻设成花管状，花眼大小根据管直径确定。花管外包裹土工布等透水、强度大且较薄的材料。
3.根据权利要求1所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，其特征在于：当S4中自然下放过程浮力过大时，于所述的注浆管内加注清水，或者利用钻机辅助。
4.根据权利要求1所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，其特征在于：S5中的注浆高度为孔深的5％-15％。
5.根据权利要求1所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，其特征在于：对所述的渗压计进行防锈、防水、防腐、防高水压处理，并在水中进行侵泡使其达到饱和状态，并于测头上利用无纺土工布进行包装；在放入所述的测斜仪之前，利用模拟测斜仪对测斜管进行试放。
6.根据权利要求1所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置方法，其特征在于：当S3中采用三管组时，在安装锚索应力计之前，对钢绞线施加预应力，预应力以平均张力为0-294000N的数值换算。
7.一种采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，包括用于进行钻孔的煤电钻，以及用于对钻孔进行注浆的注浆管，其特征在于：所述注浆管的相邻设置有监测管组；所述的监测管组内设置有监测元件；所述的监测元件通过通信电缆与后端系统相接。
8.根据权利要求7所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，其特征在于：所述的监测管组包括渗压管和/或测斜管和/或沉降管；所述的注浆管与监测管组外侧包覆有钢绞线；所述的监测元件包括测斜仪和/或渗压计和/或锚索应力计和/或钢筋应力计等相关测倾角、位移、水文、应力传感器。
9.根据权利要求8所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，其特征在于：所述的渗压计位于测斜管或渗压管内设计深度；所述的测斜仪位于测斜管内；所述的钢绞线底部设置有锚索应力计，或者所述的测斜管最底端设置有钢筋应力计；所述的测斜管外侧设置有沉降磁环。
10.根据权利要求9所述的采煤沉陷区上覆岩层多参数监测传感器布置，其特征在于：所述的测斜管之间通过测斜管连接节相接；所述钻孔的孔径为80-225mm；所述钢绞线的外径为3-17mm；所述的渗压管外径为48-75mm；所述的测斜管外径为50-95mm；所述的后端系统包括供电系统、数据通讯系统、防雷防盗系统；所述的监测元件为一对应力盒；两个应力盒通过固定支架对称设置在测斜管的两侧，用于监测测斜管的轴向应力。
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