CN113188504A - 一种用于测试围岩稳定性的系统及其判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测试围岩稳定性的系统，在易于失稳关键部位钻孔内布置多点位移计和固定爪头，该固定爪头通过多点位移计设有的钢丝绳与数据分析仪连结，数据分析仪间隔固定时间记录该位置钻孔内多点位移计钢丝绳伸长量并作为该时段巷道围岩表面位移量，且将该位移量输入于后台的服务器终端以计算该时段围岩表面变形速度，并且本发明公开了针对该系统的判断方法，采用本技术方案，避免了以往深部巷道支护必须待巷道变形不能满足安全及使用要求时才不得不进行返修存在的缺陷，保证了深部软岩巷道安全高效施工。
Description
技术领域
本发明属于地质探测领域，更具体地说，本发明涉及一种用于测试围岩稳定性的系统及其判断方法。
背景技术
深部巷道地质条件多变，由于巷道埋置深、围岩岩性差，围岩破碎分布明显不均，地质条件变化不仅影响围岩破碎程度同时影响围岩破碎分布，对巷道围岩合理支护形式及参数选择产生显著影响，巷道支护必须随地质条件频繁变化而作及时调整，否则会由于围岩变形“失稳”而形成安全隐患或围岩变形“过于”稳定而造成支护上的浪费。但工程实践中，巷道支护形式及参数选择往往从经验出发，无论条件如何都采用相同支护形式及参数，又由于围岩支护初期不能及时判断围岩稳定性，必须待巷道变形不能满足安全及使用要求时才不得不进行返修，严重影响巷道安全生产，显著降低了掘进工效，成为制约巷道快速掘进的最主要因素。对于深部巷道掘进，在围岩变形早期即对围岩稳定性进行及时判别，及时调整支护形式及参数保持围岩变形稳定对于保证巷道快速掘进至关重要。在围岩变形初期(0-25d)即对围岩稳定进行早期判别，便对有“失稳”倾势的巷道进行及时二次支护，避免巷道变形后期“失稳”进行修复而造成的浪费。对深部岩巷围岩稳定性进行早期及时判别，对支护形式及参数(特别是常用的锚杆(索)支护)合理性进行评价，在此基础进行支护参数调整并及时二次支护对于保证巷道快速掘进至关重要，有重要的工程应用背景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测试围岩稳定性的系统及其判断方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于测试围岩稳定性的系统，在易于失稳关键部位钻孔内布置多点位移计和固定爪头，该固定爪头通过多点位移计设有的钢丝绳与数据分析仪连结，数据分析仪间隔固定时间记录该位置钻孔内多点位移计钢丝绳伸长量并作为该时段巷道围岩表面位移量，且将该位移量输入于后台的服务器终端以计算该时段围岩表面变形速度。
本发明公开的一种用于测试围岩稳定性的判断方法，通过测量不同时刻巷道表面位移量和时间的比值关系，分析不同时刻巷道表面变形速度且设定为VN，通过巷道表面变形速度变化量以早期及时判别软弱煤岩稳定性。
本发明公开的一种用于测试围岩稳定性的判断方法，还包括以下步骤：
S1、通过测量不同时刻巷道表面变形主要是通过工程中常用的多点位移法在巷道掘进后立即每天测量巷道关键部位表面位移量，分析不同时段巷道表面变形速度主要是以第N天巷道关键部位多点位移计钢丝绳伸长量ΔlN作为第N天巷道关键部位表面变形速度VN；
S2、通过巷道表面变形速度变化快慢来早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括以第N+1天巷道关键部位表面变形速度VN+1与第N天巷道关键部位表面变形速度VN比值作为第N天巷道表面变形速度变化快慢系数kN值即
取k临界＝0.90，当kN≥0.90时巷道围岩变形有“失稳”趋势。
S3、早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括深部软岩巷道关键部位表面变形速度变化快慢系数呈现kN≥0.90的时点第N天一般不超过25d，即在巷道变形初期t≤25d即可对围岩变形稳定进行及时判别。
本发明公开的一种用于测试围岩稳定性的判断方法，数据分析仪记录巷道开挖后每天钢丝绳伸长量作为表面位移量且设定为Δl1、Δl2、ΔlN，数据分析仪对记录的数据进行处理，由于各时段钢丝绳伸长量Δlt＝u表面-u爪头，u爪头≈0，可用每天钢丝绳伸长量作为该时段围岩表面变形，即u1＝Δl1、u2＝Δl2、uN＝Δlt，每时段时间间隔tN＝1d，每时段巷道表面变形速度v1＝Δl1、v2＝Δl2、vN＝ΔlN，分析显示相邻时点围岩表面变形速度比值
与设定的容许临界值k临界＝0.90实时动态比较并及时报警。
本发明公开的一种用于测试围岩稳定性的判断方法，所述的深部巷道围岩为巷道埋深H≥800m、围岩石粘结力c＝(0.6～1.0)MPa、内摩擦角φ＝(16°～22°)。
采用本技术方案，针对深部软弱围岩巷道，采用工程中常用的多点位移计，通过获得工程易得的不同时点巷道表面变形，并分析相邻时点深部软弱围岩巷道关键部位表面变形速度比值，在围岩变形初期即对围岩稳定性进行判别，从而及时选择合理二次支护及时保持深部软弱围岩变形稳定，避免了以往深部巷道支护必须待巷道变形不能满足安全及使用要求时才不得不进行返修存在的缺陷，保证了深部软岩巷道安全高效施工，显著提高了掘进工效，保证深部煤炭安全高效开采。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中多点位移计实测深部软弱围岩巷道关键部位表面变形布置图；
图2为本发明的判断方法的流程图。
图中标记为：1、固定抓头；2、数据分析仪；3、关键部位钻孔；4、联结线。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为本发明中多点位移计实测深部软弱围岩巷道关键部位表面变形布置图，如图所示的一种用于测试围岩稳定性的测试系统，在易于失稳关键部位钻孔内布置多点位移计和固定爪头，该固定爪头通过多点位移计设有的钢丝绳与数据分析仪连结，数据分析仪间隔固定时间记录该位置钻孔内多点位移计钢丝绳伸长量并作为该时段巷道围岩表面位移量，且将该位移量输入于后台的服务器终端以计算该时段围岩表面变形速度。
本案还公开了一种用于测试围岩稳定性的判断方法，通过测量不同时刻巷道表面位移量和时间的比值关系，分析不同时刻巷道表面变形速度且设定为VN，通过巷道表面变形速度变化量以早期及时判别软弱煤岩稳定性。
图2为本发明的判断方法的流程图，如图所示本案公开的一种用于测试围岩稳定性的判断方法，还包括以下步骤：
S1、通过测量不同时刻巷道表面变形主要是通过工程中常用的多点位移法在巷道掘进后立即每天测量巷道关键部位表面位移量，分析不同时段巷道表面变形速度主要是以第N天巷道关键部位多点位移计钢丝绳伸长量ΔlN作为第N天巷道关键部位表面变形速度VN；
S2、通过巷道表面变形速度变化快慢来早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括以第N+1天巷道关键部位表面变形速度VN+1与第N天巷道关键部位表面变形速度VN比值作为第N天巷道表面变形速度变化快慢系数kN值即
取k临界＝0.90，当kN≥0.90时巷道围岩变形有“失稳”趋势。
S3、早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括深部软岩巷道关键部位表面变形速度变化快慢系数呈现kN≥0.90的时点第N天一般不超过25d，即在巷道变形初期t≤25d即可对围岩变形稳定进行及时判别。
本案公开的数据分析仪记录巷道开挖后每天钢丝绳伸长量作为表面位移量且设定为Δl1、Δl2、ΔlN，数据分析仪对记录的数据进行处理，由于各时段钢丝绳伸长量Δlt＝u表面-u爪头，u爪头≈0，可用每天钢丝绳伸长量作为该时段围岩表面变形，即u1＝Δl1、u2＝Δl2、uN＝Δlt，每时段时间间隔tN＝1d，每时段巷道表面变形速度v1＝Δl1、v2＝Δl2、vN＝ΔlN，分析显示相邻时点围岩表面变形速度比值
与设定的容许临界值k临界＝0.90实时动态比较并及时报警。
本案的巷道地面标高26.3～28.7m，巷道标高-750m～-745m，西翼回风大巷围岩岩性为泥岩、砂质泥岩及泥质砂岩不同地质条件支护形式为锚网索喷，如地质条件发生变化，岩性较差，锚网索喷支护不能满足要求时，采取架36U型棚支护。以往工程中采用十字拉线法测量不同时点巷道表面位移，取巷道表面位移临界容许值为u＝150mm，通过实测值与临界容许值比较对巷道围岩变形稳定性进行判别，依此判别方法，围岩已进入失稳阶段才能判别围岩稳定性，再进行加强支护已经难以保持围岩稳定。
本案的巷道帮部拱基线附近钻孔，钻孔直径Φ40.0mm，孔深10.0m；距巷道表面距离约10.0m位置布置多点位移计固定爪头1.1，爪头位置即近于原岩位置，该爪头通过多点位移计钢丝绳1.2与数据分析仪2连结；数据分析仪每隔1天记录该位置钻孔内多点位移计钢丝绳1.2伸长量Δl并作为该时段巷道围岩表面位移，根据该时段围岩表面位移计算该时段围岩表面变形速度，分析相邻时段围岩表面变形速度比值kN值并实时显示，取k临界＝0.90，当实测第N天kN≥0.90时即判断巷道围岩变形有“失稳”趋势并作预警。工程实测该巷道自开挖后1-25d围岩关键部位表面变形，并通过数据分析仪每天记录1次，根据实测结果，得出岩性为泥岩、砂质泥岩及泥质砂岩地段不同时段相邻时点变形速度比值k泥岩＝(0.75～0.85)，k砂质泥岩＝(0.67～0.77)，k泥质砂岩＝(0.61～0.71)，均满足kN<0.90规定，表明本巷道选择合理预应力锚杆(索)支护后巷道围岩易于“失稳”关键部位拱基线位置围岩变形保持稳定。
本案的深部巷道围岩为巷道埋深H≥800m、围岩石粘结力c＝(0.6～1.0)MPa、内摩擦角φ＝(16°～22°)，在深部巷道软弱围岩易于失稳关键部位钻孔，采用多点位移计实时监测不同时点关键部位巷道表面变形，分析相邻时点巷道，表面变形速度比值K，当该比值超过某临界容许值时即可判断深部软弱巷道围岩变形有失稳趋势。
采用本技术方案，针对深部软弱围岩巷道，采用工程中常用的多点位移计，通过获得工程易得的不同时点巷道表面变形，并分析相邻时点深部软弱围岩巷道关键部位表面变形速度比值，在围岩变形初期即对围岩稳定性进行判别，从而及时选择合理二次支护及时保持深部软弱围岩变形稳定，避免了以往深部巷道支护必须待巷道变形不能满足安全及使用要求时才不得不进行返修存在的缺陷，保证了深部软岩巷道安全高效施工，显著提高了掘进工效，保证深部煤炭安全高效开采。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于测试围岩稳定性的系统，在易于失稳关键部位钻孔内布置多点位移计和固定爪头，其特征在于，该固定爪头通过多点位移计设有的钢丝绳与数据分析仪连结，数据分析仪间隔固定时间记录该位置钻孔内多点位移计钢丝绳伸长量并作为该时段巷道围岩表面位移量，且将该位移量输入于后台的服务器终端以计算该时段围岩表面变形速度。
2.一种用于测试围岩稳定性的判断方法，包括权利要求1所述的一种用于测试围岩稳定性的系统，其特征在于：通过测量不同时刻巷道表面位移量和时间的比值关系，分析不同时刻巷道表面变形速度且设定为VN，通过巷道表面变形速度变化量以早期及时判别软弱煤岩稳定性。
3.按照权利要求1所述的判断方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S1、通过测量不同时刻巷道表面变形主要是通过工程中常用的多点位移法在巷道掘进后立即每天测量巷道关键部位表面位移量，分析不同时段巷道表面变形速度主要是以第N天巷道关键部位多点位移计钢丝绳伸长量ΔlN作为第N天巷道关键部位表面变形速度VN；
S2、通过巷道表面变形速度变化快慢来早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括以第N+1天巷道关键部位表面变形速度VN+1与第N天巷道关键部位表面变形速度VN比值作为第N天巷道表面变形速度变化快慢系数kN值即
取k临界＝0.90，当kN≥0.90时巷道围岩变形有“失稳”趋势。
S3、早期及时判别软弱煤岩稳定性主要包括深部软岩巷道关键部位表面变形速度变化快慢系数呈现kN≥0.90的时点第N天一般不超过25d，即在巷道变形初期t≤25d即可对围岩变形稳定进行及时判别。
4.按照权利要求2所述的判断方法，其特征在于，数据分析仪记录巷道开挖后每天钢丝绳伸长量作为表面位移量且设定为Δl1、Δl2、ΔlN，数据分析仪对记录的数据进行处理，由于各时段钢丝绳伸长量Δlt＝u表面-u爪头，u爪头≈0，可用每天钢丝绳伸长量作为该时段围岩表面变形，即u1＝Δl1、u2＝Δl2、uN＝Δlt，每时段时间间隔tN＝1d，每时段巷道表面变形速度v1＝Δl1、v2＝Δl2、vN＝ΔlN，分析显示相邻时点围岩表面变形速度比值
与设定的容许临界值k临界＝0.90实时动态比较并及时报警。
5.按照权利要求3所述的判断方法，其特征在于，所述的深部巷道围岩为巷道埋深H≥800m，围岩石粘结力c＝(0.6～1.0)MPa、内摩擦角φ＝(16°～22°)。
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|---|---|---|---|---|
| CN113756869A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-12-07 | 中煤科工开采研究院有限公司 | 一种冲击地压局部监测预警系统及方法 |
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- 2021-03-09 CN CN202110254557.8A patent/CN113188504A/zh active Pending
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