CN113047878B - 一种地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法 - Google Patents
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Abstract
一种地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,属于矿业和岩土工程安全防控技术领域。其特征在于:包括如下步骤:步骤a~b,开设卸压孔(4)及锚固孔(2);步骤c,固定锚杆(3);步骤d,填充膨胀材料;步骤e,安装调控系统;步骤f,对围岩(1)进行压力监测;步骤g,判断围岩(1)的压力值是否超出阈值,步骤h,通过调控螺母(12)向围岩(1)施加压力。在本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法中,通过卸压孔耗散围岩能量,通过锚固孔进行端锚,并通过膨胀材料实现减震缓冲。在测力传感器的监测下,通过驱动机构驱动调控螺母转动实现对卸荷破碎区围岩预压力的调节,可有效避免动力灾害的发生。
Description
技术领域
一种地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,属于矿业和岩土工程安全防控技术领域。
背景技术
地下工程围岩存在片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险,不仅造成支护失效,影响工程进度,甚至产生地震,对工作人员和设备构成了直接威胁。随着地下空间开发和开采深度的不断增加,地压力越来越高,岩爆等动力灾害的频度和强度均明显增加,工程灾害日益严重,安全问题亟待解决,已是深部工程安全施工和工程防灾减灾急待解决的关键难题,成为我国未来深部地下工程的一大技术瓶颈问题,因此,需深入开展地下工程围岩尤其动力灾害围岩的防控技术研究。施工压力释放孔和注水是常用的局部解危技术,但动力防控效果十分有限,锚杆支护是常用的围岩控制技术,但用于动力灾害防控仍存在很多问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种通过卸压孔耗散围岩能量,通过锚固孔进行端锚,持续耗散围岩能量并减震缓冲。在测力传感器的监测下,通过驱动机构驱动调控螺母转动实现对卸荷破碎区围岩预压力的调节,可有效避免动力灾害发生的地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤a,在围岩处进行钻孔作业形成若干卸压孔,并对卸压孔进行清孔;
步骤b,在卸压孔的尽头处,沿卸压孔的轴向向内继续开孔,形成直径小于卸压孔的锚固孔,并对锚固孔进行清孔;
步骤c,向锚固孔内放入锚固剂,并将锚杆固定在锚固孔内;
步骤d,在将锚杆固定之后,向卸压孔内注入膨胀材料,使膨胀材料充满卸压孔;
步骤e,将锚固垫板、测力传感器以及驱动机构依次安装在锚杆外端,锚固垫板的直径大于卸压孔的孔径,并使锚固垫板紧贴在卸压孔的孔口处;
步骤f,由测力传感器对围岩的压力进行监测,并将检测到的压力数值送入驱动机构;
步骤g,驱动机构判断测力传感器检测到的围岩的压力值是否超出预设定的阈值,如果超出预设定的阈值,执行步骤h,如果未超出预设定的阈值,返回步骤f;
步骤h,驱动机构驱动调控螺母转动,通过锚杆使围岩压力释放。
优选的,所述的驱动机构包括微处理器、由微处理器控制的驱动电机以及与锚杆螺纹连接的调控螺母,所述测力传感器的输出端连接微处理器的输入端,驱动电机驱动调控螺母转动。
优选的,在所述测力传感器的外侧还设置有调控垫板,测力传感器为环形测力传感器,锚杆依次从锚固垫板、环形测力传感器、调控垫板以及调控螺母中穿过,在调控螺母外侧套装有传动套,驱动机构中的驱动电机与传动套连接。
优选的,所述卸压孔的孔径大于90mm,孔深大于1m;所述锚固孔的孔径大于32mm,孔深大于30cm。
优选的,在卸压孔的外侧还设置有外罩,外罩的端口固定在围岩的岩壁上,并将锚固垫板、环形测力传感器以及调控垫板罩设在其内,驱动电机的本体与外罩固定,驱动电机的输出轴固定在传动套的封闭端,并与传动套同轴固定。
优选的,所述传动套朝向调控螺母的一端为开口端,传动套通过该开口端套装在调控螺母的外圈,传动套的另一端为封闭端;驱动电机的电机轴接入通过减速器的输入轴,减速器的输出轴固定在传动套的封闭端,并与传动套同轴固定。
优选的,所述微处理器的输出端还连接有声光报警装置。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果是:
在本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法中,通过大直径的卸压孔耗散围岩能量,通过卸压孔对围岩进行卸荷,将形成卸荷破碎区,实现能量持续耗散与缓慢释放,使压力集中向深部转移,在围岩深部形成压力升高区,降低围岩浅部发生动力灾害的可能性,锚固段锚入深部围岩,通过锚杆支护对卸荷区围岩进行锚固控制并实现对围岩深部的约束,控制能量突然释放,进一步降低动力灾害发生的可能性,在卸压孔内充入膨胀材料,与围岩紧密结合,当围岩突然破坏时实现缓冲减震的作用,达到卸压孔、锚杆支护、充填材料协同控制,卸荷、锚固、缓冲三位一体,持续能量耗散、控制能量突然释放、能量突然释放后的减震缓冲三重作用。
在本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法中,实现了防控与监测的结合,利用环形测力监测系统实时监测围岩状态、锚固状态和动力灾害控制状态,根据监测情况采取进一步的措施以保证安全。
在本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法中,通过钻机形成卸压孔和锚杆钻孔及放入锚固剂和充入膨胀材料的操作过程均较为简单,整个监测过程不影响后期工程的正常进行,监测数据分析简单,根据监测结果采取进一步的智能化措施,可实现真正的地下工程围岩动力灾害防控,节约了施工和材料成本。
本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,可应用于围岩的顶板冒落、大变形、动力灾害等上,并且适用于围岩任何区域,智能监测调控装置与方法适用于任何锚杆支护上,应用范围广。
本地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,可实现围岩的大范围监测,掌握整个围岩的情况。
附图说明
图1为地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法流程图。
图2为地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控系统结构示意图。
其中:1、围岩 2、锚固孔 3、锚杆 4、卸压孔 5、锚固垫板 6、环形测力传感器 7、调控垫板 8、外罩 9、连接轴 10、驱动电机 11、传动套 12、调控螺母。
具体实施方式
图1~2是本发明的最佳实施例,下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。
如图1所示,一种地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法(以下简称调控方法),包括如下步骤:
步骤1001,开设卸压孔4;
在地下工程动力灾害区域的围岩1进行钻孔作业,形成若干卸压孔4,并对卸压孔4进行清孔,卸压孔4的孔径90mm以上,孔深1m以上;
步骤1002,开设锚固孔2;
在卸压孔4的尽头处,沿卸压孔4的轴向向内继续开设形成锚固孔2,并对锚固孔2进行清孔,锚固孔2的孔径32mm以上,孔深30cm以上。
步骤1003,在锚固孔2内固定锚杆3;
向锚固孔2内置入锚固剂,利用锚杆3的杆体搅动锚固剂,将锚杆3固定在锚固孔2内;
步骤1004,向卸压孔4内填充膨胀材料;
在将锚杆3固定之后,向卸压孔4内注入柔性膨胀材料,使柔性膨胀材料充满卸压孔4。
步骤1005,安装调控系统;
结合图2,调控系统包括锚固垫板5,锚杆3从锚固垫板5中穿过,锚固垫板5位于卸压孔4的孔口处,且锚固垫板5大于卸压孔4的口径。在锚固垫板5的外圈设置有环形测力传感器6,在环形测力传感器6的外侧设置有调控垫板7,锚杆3同时同环形测力传感器6和调控垫板7中穿过。在锚杆3外端的表面开设有螺纹,调控螺母12与锚杆3螺纹连接,通过调控螺母12将锚固垫板5、调控垫板7以及其内的环形测力传感器6挤压在卸压孔4的端口处。
在调控螺母12的外圈套装有传动套11,传动套11朝向调控螺母12的一端为开口端,开口端的内圈为与调控螺母12相匹配的六角状,传动套11通过该开口端套装在调控螺母12的外圈。传动套11的另一端为封闭端。
在卸压孔4的外侧还设置有外罩8,外罩8的端口用定位销定位在围岩1的岩壁上,并将锚固垫板5、环形测力传感器6、调控垫板7以及传动套11罩设在其内。在外罩8底面设置有驱动电机10,驱动电机10的本体与外罩8固定,驱动电机10的输出端通过连接轴9固定在传动套11的封闭端,并与传动套11同轴固定。驱动电机10优选采用步进电机或伺服电机实现。为增加驱动电机10的扭矩,可以增设减速器,驱动电机10的电机轴接入通过减速器的输入轴,减速器的输出轴固定在传动套11的封闭端,并与传动套11同轴固定。
在护罩8的外侧设置有控制驱动电机10工作的控制系统(图中未画出),控制系统包括微处理器,环形测力传感器6所测得的数据送入微处理器的输入端口,微处理器的输出端口通过本领域公知的电机控制器控制驱动电机10转动。微处理器可通过本领域公知的多种方式实现,如单片机。在微处理器的其他输出端口处还连接有声光报警装置。
步骤1006,调控系统实时监测围岩1的数据;
由环形测力传感器6对围岩1的压力进行监测,并将监测到的压力数值送入微处理器。
步骤1007,压力值是否超出阈值;
微处理器判断环形测力传感器6检测到的围岩1的压力值是否超出预设定的阈值,如果超出预设定的阈值,执行步骤1008,如果未超出预设定的阈值,返回步骤1006。
步骤1008,调控系统驱动调控螺母12进行调节;
微处理器通过电机驱动器控制驱动电机10转动,驱动电机10转动时通过传动套11带动调控螺母12转动,对锚杆3上的压力进行卸放,使环形测力传感器6监测的数值降低至预压力值。当到达预定的压力值后,微处理器控制驱动电机10停止转动。在本调控方法中,也可以通过直线电机直接对锚杆3直接施加压力。
当围岩1压力值超过预设阈值之后,微处理器同时驱动声光报警装置进行报警。
微处理器在接收到环形测力传感器6输出的压力值后,除了控制驱动电机10实现围岩1压力的卸放外,还对围岩1的压力值进行存储,从而便于人工实时知晓围岩1的状态、锚固状态和动力灾害控制状态。同时通过本调控方法中的实时监测,可以得到监测数据云图,获取整个围岩1的状态和动力灾害控制状态,确定异常区,实时调控,保持对围岩的持续控制。
在本调控方法中,通过卸压孔4对围岩1进行卸荷,将形成卸荷破碎区,实现能量持续耗散与缓慢释放,使压力集中向深部转移,在围岩1深部形成压力升高区,降低围岩1浅部发生动力灾害的可能性,锚固段锚入深部围岩1,通过锚杆3支护对卸荷区围岩1进行锚固控制并实现对围岩1深部的约束,控制能量突然释放,进一步降低动力灾害发生的可能性,在卸压孔4内充入柔性膨胀材料,与围岩1紧密结合,当围岩1突然破坏时实现缓冲减震的作用,达到卸压孔4、锚杆支护、充填材料协同控制,卸荷、锚固、缓冲三位一体,持续能量耗散、控制能量突然释放、能量突然释放后的减震缓冲三重作用。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤a,在围岩(1)处进行钻孔作业形成若干卸压孔(4),并对卸压孔(4)进行清孔;
步骤b,在卸压孔(4)的尽头处,沿卸压孔(4)的轴向向内继续开孔,形成直径小于卸压孔(4)的锚固孔(2),并对锚固孔(2)进行清孔;
步骤c,向锚固孔(2)内放入锚固剂,并将锚杆(3)固定在锚固孔(2)内;
步骤d,在将锚杆(3)固定之后,向卸压孔(4)内注入膨胀材料,使膨胀材料充满卸压孔(4);
步骤e,将锚固垫板(5)、测力传感器以及驱动机构依次安装在锚杆(3)外端,锚固垫板(5)的直径大于卸压孔(4)的孔径,并使锚固垫板(5)紧贴在卸压孔(4)的孔口处;
步骤f,由测力传感器对围岩(1)的压力进行监测,并将监测到的压力数值送入驱动机构;
步骤g,驱动机构判断测力传感器监测到的围岩(1)的压力值是否超出预设定的阈值,如果超出预设定的阈值,执行步骤h,如果未超出预设定的阈值,返回步骤f;
步骤h,驱动机构驱动调控螺母(12)转动,通过锚杆(3)使围岩(1)压力释放;
所述的驱动机构包括微处理器、由微处理器控制的驱动电机(10)以及与锚杆(3)螺纹连接的调控螺母(12),所述测力传感器的输出端连接微处理器的输入端,驱动电机(10)驱动调控螺母(12)转动;
在所述测力传感器的外侧还设置有调控垫板(7),测力传感器为环形测力传感器(6),锚杆(3)依次从锚固垫板(5)、环形测力传感器(6)、调控垫板(7)以及调控螺母(12)中穿过,在调控螺母(12)外侧套装有传动套(11),驱动机构中的驱动电机(10)与传动套(11)连接;
在卸压孔(4)的外侧还设置有外罩(8),外罩(8)的端口固定在围岩(1)的岩壁上,并将锚固垫板(5)、环形测力传感器(6)以及调控垫板(7)罩设在其内,驱动电机(10)的本体与外罩(8)固定,驱动电机(10)的输出轴固定在传动套(11)的封闭端,并与传动套(11)同轴固定;
所述传动套(11)朝向调控螺母(12)的一端为开口端,传动套(11)通过该开口端套装在调控螺母(12)的外圈,传动套(11)的另一端为封闭端;驱动电机(10)的电机轴接入通过减速器的输入轴,减速器的输出轴固定在传动套(11)的封闭端,并与传动套(11)同轴固定。
2.根据权利要求1所述的地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,其特征在于:所述卸压孔(4)的孔径大于90mm,孔深大于1m;所述锚固孔(2)的孔径大于32mm,孔深大于30cm。
3.根据权利要求1所述的地下工程动力灾害的卸荷、锚固及缓冲调控方法,其特征在于:所述微处理器的输出端还连接有声光报警装置。
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CN113047878A (zh) | 2021-06-29 |
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