CN114215503A - 巷道围岩松动圈测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种巷道围岩松动圈测试设备及方法，其探测组件包括第一封隔器、第二封隔器以及流体释放单元，第一封隔器与第二封隔器相互间隔设置并且均能够膨胀和收缩，流体释放单元位于第一封隔器与第二封隔器之间；当第一封隔器与第二封隔器均收缩时，探测组件能够沿巷道钻孔的轴向移动；监测组件包括流量监测单元，流量监测单元配置为能够实时监测加压流体的流量；探测组件还包括沿巷道钻孔的轴向延伸的刻度杆，当巷道围岩松动圈测试设备测试松动圈的范围时，刻度杆的一端伸入巷道钻孔中且另一端位于巷道钻孔外。本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备具有测试成本低、测试灵活度高、精度高、适用性广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及围岩松动圈的测试技术领域，尤其涉及一种巷道围岩松动圈测试设备及方法。
背景技术
巷道围岩松动圈测试是检验巷道围岩稳定性的一项重要技术手段，松动圈范围是巷道掘进完成后围岩整体性的重要表征，是确定巷道支护参数的重要依据。巷道开挖后，原岩应力重新分布，巷道周边岩体形成应力卸载区和应力集中区，开挖空间形成的自由面岩体在集中应力的作用下，在巷道周边岩体内形成类圆形环状破碎带，即松动圈，若不及时支护，将发生两帮片帮、顶板冒顶的风险。松动圈的范围与巷道所处煤岩层的岩性及地应力水平关系密切，煤岩体强度越高、地应力水平越低，周边岩体的集中应力较低，小于岩石自身强度，松动圈越小。
相关技术中，测试松动圈的范围的方法主要有声波法、地质雷达法、地震波法、多点位移计法、钻孔窥视法等，前三种方法主要通过专用仪器发射和采集巷道围岩超声波、电磁波等声波信号，分析其在不同介质中波形和传播速度来推断围岩结构，存在测试成本高，测量精度低等问题，尤其在巷道围岩结构变化较大时，测量误差大，无法保证结果的准确性。多点位移计法需在巷道顶板及两帮安装多点位移监测装置，监测各测点间距离的变化，该方法受多点位移计精度、安装质量、监测深度等因素影响，测量精度难以，且存在测试时间长，设备无法回收等问题。钻孔窥视法是通过对施工钻孔进行窥视，分析不同深度的裂隙发育程度推断松动圈范围，主要依赖操作人员经验判断，测量结果仅为定性结果，无法准确量化。
发明内容
为了解决上述的现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道围岩松动圈测试设备及方法，其具有测试成本低、测试灵活度高、操作简便易行、精度高、适用性广的优点。
为此，本发明的实施例提出一种巷道围岩松动圈测试设备及方法。
根据本发明实施例的一种巷道围岩松动圈测试设备，所述巷道围岩松动圈测试设备包括：探测组件和监测组件；所述探测组件包括第一封隔器、第二封隔器以及流体释放单元，所述第一封隔器与所述第二封隔器相互间隔设置并且均能够膨胀和收缩，所述流体释放单元位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间；当所述第一封隔器与所述第二封隔器均膨胀时，所述第一封隔器、所述第二封隔器以及巷道钻孔的内壁之间能够形成密闭空间；所述流体释放单元配置为能够释放加压流体以填充所述密闭空间；当所述第一封隔器与所述第二封隔器均收缩时，所述探测组件能够沿所述巷道钻孔的轴向移动；所述监测组件包括流量监测单元，所述流量监测单元配置为能够实时监测所述加压流体的流量；所述探测组件还包括沿所述巷道钻孔的轴向延伸的刻度杆，当巷道围岩松动圈测试设备测试松动圈的范围时，所述刻度杆的一端伸入所述巷道钻孔中且另一端位于所述巷道钻孔外。
本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备具有测试成本低、测试灵活度高、操作简便易行、精度高、适用性广的优点。
可选地，所述监测组件包括高压泵站；所述第一封隔器和所述第二封隔器中的至少一者为膨胀胶管，所述流体释放单元为具有出水孔的出水管，所述刻度杆的一端穿过所述第一封隔器和所述第二封隔器并与所述出水管流体连通，所述刻度杆的另一端与所述高压泵站连通；所述探测组件还包括注水管，所述注水管在所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述高压泵站之间提供流体连通。
可选地，所述流量监测单元包括水压监测仪，所述水压监测仪与所述高压泵站流体连通；所述监测组件包括高压软管和三通阀，所述高压软管的一端与所述三通阀连通，另一端与所述水压监测仪连通，所述刻度杆的另一端以及所述注水管分别与所述三通阀连通。
可选地，所述巷道围岩松动圈测试设备包括视频探测组件，所述视频探测组件包括窥视仪主机、探测杆以及全景摄像头，所述全景摄像头与所述窥视仪主机电连接，所述全景摄像头安装于所述探测杆的一端以能够通过所述探测杆的驱动在所述巷道钻孔中沿所述巷道钻孔的轴向移动。
可选地，所述视频探测组件包括深度检测仪，所述深度检测仪分别与所述全景摄像头及所述窥视仪主机电连接。
可选地，所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元的数量为多个并且三者的数量相一致。
本发明还提供一种巷道围岩松动圈测试方法，所述测试方法包括以下步骤：将第一封隔器、第二封隔器以及流体释放单元伸入巷道钻孔中，其中，所述流体释放单元位于所述第一封隔器和所述第二封隔器之间；控制所述第一封隔器和所述第二封隔器膨胀以在所述第一封隔器、所述第二封隔器以及巷道钻孔的内壁之间形成密闭空间；控制所述流体释放单元在所述密闭空间中释放加压流体以填充所述密闭空间；实时监测所述加压流体的流量；将所述加压流体从所述密闭空间中排出，并且控制第一封隔器和所述第二封隔器收缩；将所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元同时沿所述巷道钻孔的轴向移动，移动的距离为所述第一封隔器和所述第二封隔器之间的间距；重复上述步骤，直至所述加压流体的流量的变化值达到指定数值范围，完成巷道围岩松动圈的范围测试。
可选地，沿所述巷道钻孔的轴向移动所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元时，通过能够与所述第一封隔器同时移动的刻度杆监测移动的距离。
可选地，所述第一封隔器和所述第二封隔器中的至少一者为膨胀胶管，所述流体释放单元为具有出水孔的出水管，所述刻度杆的一端穿过所述第一封隔器和所述第二封隔器并与所述出水管流体连通，所述刻度杆的另一端与高压泵站连通；所述第一封隔器以及所述第二封隔器均通过注水管与所述高压泵站流体连通。
可选地，在将所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元伸入所述巷道钻孔之前，先通过具有全景摄像头的视频探测组件检测出所述巷道钻孔的裂隙发育与围岩完整的分界区域，再将所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元伸入所述巷道钻孔直至所述流体释放单元位于所述分界区域。
通过本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备，在进行巷道围岩松动圈范围的测试时，将所述第一封隔器、所述第二封隔器以及所述流体释放单元同时放入所述巷道钻孔中，然后使所述第一封隔器与所述第二封隔器均膨胀以形成密闭空间，所述流体释放单元释放加压流体以填充所述密闭空间，通过所述流量监测单元实时监测所述加压流体的流量，监测完毕后排出所述密闭空间中的加压流体，再收缩所述第一封隔器与所述第二封隔器以使得所述探测组件能够整体沿所述巷道钻孔的轴向移动，移动时，通过所述刻度杆能够实时、准确地知晓探测组件的移动量，从而能够准确地控制所述移动量与所述第一封隔器和所述第二封隔器之间的间距相同，然后即可开始第二次测试。当测试到某一区域，该区域的加压流体的流量较大，且流量的变化速度明显变缓时，表明该区域的围岩裂隙发育，即可确定松动圈的范围。本发明的巷道围岩松动圈测试设备由于采用了刻度杆与所述探测组件的其他部件一同移动的形式，使得在移动探测组件时能够方便、实时、准确地知晓移动量，从而极大地提高测试效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备的使用示意图；
图2是图1中A部分的放大示意图；
图3是图1中B部分的放大示意图，其中，第一封隔器和第二封隔器均处于收缩状态；
图4是图1中B部分的放大示意图，其中，第一封隔器和第二封隔器均处于膨胀状态；
图5是本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备的钻孔窥视示意图。
附图标记：
101-第一封隔器，102-第二封隔器，103-流体释放单元，104-刻度杆，105-注水管，
201-高压泵站，202-水压监测仪，203-高压软管，204-三通阀，
301-窥视仪主机，302-探测杆，303-全景摄像头，304-深度检测仪，
400-巷道钻孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1至图4所示，本发明的巷道围岩松动圈测试设备包括：探测组件和监测组件；探测组件包括第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103，第一封隔器101与第二封隔器102相互间隔设置并且均能够膨胀和收缩，流体释放单元103位于第一封隔器101与第二封隔器102之间；当第一封隔器101与第二封隔器102均膨胀时，第一封隔器101、第二封隔器102以及巷道钻孔400的内壁之间能够形成密闭空间；流体释放单元103配置为能够释放加压流体以填充密闭空间；当第一封隔器101与第二封隔器102均收缩时，探测组件能够沿巷道钻孔400的轴向移动；监测组件包括流量监测单元，流量监测单元配置为能够实时监测加压流体的流量；探测组件还包括沿巷道钻孔400的轴向延伸的刻度杆104，当巷道围岩松动圈测试设备测试松动圈的范围时，刻度杆104的一端伸入巷道钻孔400中且另一端位于巷道钻孔400外。
在进行巷道围岩松动圈范围的测试时，将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103同时放入巷道钻孔400中，然后使第一封隔器101与第二封隔器102均膨胀以形成密闭空间，流体释放单元103释放加压流体以填充密闭空间，通过流量监测单元实时监测加压流体的流量，监测完毕后排出密闭空间中的加压流体，再收缩第一封隔器101与第二封隔器102以使得探测组件能够整体沿巷道钻孔400的轴向移动，移动时，通过刻度杆104能够实时、准确地知晓探测组件的移动量，从而能够准确地控制移动量与第一封隔器101和第二封隔器102之间的间距相同，然后即可开始第二次测试。当测试到某一区域，该区域的加压流体的流量较大，且流量的变化速度明显变缓时，表明该区域的围岩裂隙发育，即可确定松动圈的范围。本发明的巷道围岩松动圈测试设备由于采用了刻度杆104与探测组件的其他部件一同移动的形式，使得在移动探测组件时能够方便、实时、准确地知晓移动量，从而极大地提高测试效率。
另外，由于第一封隔器101与第二封隔器102均能够膨胀、收缩，因此能够提高探测组件移动的灵活度。
应当理解的是，流体释放单元103可以采用多种形式，只要其能够在密闭空间中提供加压流体即可，在本发明的一种实施方式中，流体释放单元103为具有出水孔的出水管，监测组件包括高压泵站201，第一封隔器101和第二封隔器102中的至少一者为膨胀胶管，刻度杆104的一端穿过第一封隔器101和第二封隔器102并与出水管流体连通，刻度杆104的另一端与高压泵站201连通；探测组件还包括注水管105，注水管105在第一封隔器101、第二封隔器102以及高压泵站201之间提供流体连通。
采用上述实施方式的优点在于，膨胀胶管以及具有出水孔的出水管的成本低廉且耐用性好，使得本发明实施例的巷道围岩松动圈测试设备具有成本低、适用性广的优点。
进一步的，在本发明的一种实施方式中，，流量监测单元包括水压监测仪202，水压监测仪202与高压泵站201流体连通；监测组件包括高压软管203和三通阀204，高压软管203的一端与三通阀204连通，另一端与水压监测仪202连通，刻度杆104的另一端以及注水管105分别与三通阀204连通。通过水压监测仪202直接监测密闭空间中的高压水的流量以及流量变化速度，具有准确、直观的优点。
为了进一步提高测试松动圈范围的效率，在本发明的一种实施方式中，如图5所示，巷道围岩松动圈测试设备还包括视频探测组件，视频探测组件包括窥视仪主机301、探测杆302以及全景摄像头303，全景摄像头303与窥视仪主机301电连接，全景摄像头303安装于探测杆302的一端以能够通过探测杆302的驱动在巷道钻孔400中沿巷道钻孔400的轴向移动。
在将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103伸入巷道钻孔400之前，先通过具有全景摄像头303的视频探测组件检测出巷道钻孔400的裂隙发育与围岩完整的分界区域，再将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103伸入巷道钻孔400直至流体释放单元103位于分界区域。由于已经大致确定了松动圈的范围(即分界区域)，因此能够减少测试的次数，有效地提高测试效率。
为进一步提高测试效率，在本发明的一种实施方式中，视频探测组件包括深度检测仪304，深度检测仪304分别与全景摄像头303及窥视仪主机301电连接。由于通过深度检测仪304能够准确地知晓上述分界区域距离孔口的距离，因此能够极其方便地进行下一步测试工作。
在一些情况下，可能由于上述分界区域的范围较大或者其他因素，为了能够提高测试效率，在本发明的一种实施方式中，第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103的数量为多个并且三者的数量相一致。每一个第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103为一组，多组第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103依次连接，从而能够在不同的区域同时开展测试工作，极大地提升了测试效率。
本发明实施例还提供了一种巷道围岩松动圈测试方法，测试方法包括以下步骤：
S1、将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103伸入巷道钻孔400中，其中，流体释放单元103位于第一封隔器101和第二封隔器102之间；
S2、控制第一封隔器101和第二封隔器102膨胀以在第一封隔器101、第二封隔器102以及巷道钻孔400的内壁之间形成密闭空间；
S3、控制流体释放单元103在密闭空间中释放加压流体以填充密闭空间；
S4、实时监测加压流体的流量；
S5、将加压流体从密闭空间中排出，并且控制第一封隔器101和第二封隔器102收缩；
S6、将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103同时沿巷道钻孔400的轴向移动，移动的距离为第一封隔器101和第二封隔器102之间的间距；
S7、重复上述步骤S1至步骤S6，直至加压流体的流量的变化值达到指定数值范围，完成巷道围岩松动圈的范围测试。
进一步的巷道围岩松动圈测试方法还包括：步骤S0、在将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103伸入巷道钻孔400之前，先通过具有全景摄像头303的视频探测组件检测出巷道钻孔400的裂隙发育与围岩完整的分界区域，再将第一封隔器101、第二封隔器102以及流体释放单元103伸入巷道钻孔400直至流体释放单元103位于分界区域。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，所述巷道围岩松动圈测试设备包括：探测组件和监测组件；
所述探测组件包括第一封隔器(101)、第二封隔器(102)以及流体释放单元(103)，所述第一封隔器(101)与所述第二封隔器(102)相互间隔设置并且均能够膨胀和收缩，所述流体释放单元(103)位于所述第一封隔器(101)与所述第二封隔器(102)之间；当所述第一封隔器(101)与所述第二封隔器(102)均膨胀时，所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及巷道钻孔(400)的内壁之间能够形成密闭空间；所述流体释放单元(103)配置为能够释放加压流体以填充所述密闭空间；当所述第一封隔器(101)与所述第二封隔器(102)均收缩时，所述探测组件能够沿所述巷道钻孔(400)的轴向移动；
所述监测组件包括流量监测单元，所述流量监测单元配置为能够实时监测所述加压流体的流量；
所述探测组件还包括沿所述巷道钻孔(400)的轴向延伸的刻度杆(104)，当巷道围岩松动圈测试设备测试松动圈的范围时，所述刻度杆(104)的一端伸入所述巷道钻孔(400)中且另一端位于所述巷道钻孔(400)外。
2.根据权利要求1所述的巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，
所述监测组件包括高压泵站(201)；
所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)中的至少一者为膨胀胶管，所述流体释放单元(103)为具有出水孔的出水管，所述刻度杆(104)的一端穿过所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)并与所述出水管流体连通，所述刻度杆(104)的另一端与所述高压泵站(201)连通；所述探测组件还包括注水管(105)，所述注水管(105)在所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述高压泵站(201)之间提供流体连通。
3.根据权利要求2所述的巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，
所述流量监测单元包括水压监测仪(202)，所述水压监测仪(202)与所述高压泵站(201)流体连通；
所述监测组件包括高压软管(203)和三通阀(204)，所述高压软管(203)的一端与所述三通阀(204)连通，另一端与所述水压监测仪(202)连通，所述刻度杆(104)的另一端以及所述注水管(105)分别与所述三通阀(204)连通。
4.根据权利要求1所述的巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，所述巷道围岩松动圈测试设备包括视频探测组件，所述视频探测组件包括窥视仪主机(301)、探测杆(302)以及全景摄像头(303)，所述全景摄像头(303)与所述窥视仪主机(301)电连接，所述全景摄像头(303)安装于所述探测杆(302)的一端以能够通过所述探测杆(302)的驱动在所述巷道钻孔(400)中沿所述巷道钻孔(400)的轴向移动。
5.根据权利要求4所述的巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，所述视频探测组件包括深度检测仪(304)，所述深度检测仪(304)分别与所述全景摄像头(303)及所述窥视仪主机(301)电连接。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的巷道围岩松动圈测试设备，其特征在于，所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述流体释放单元(103)的数量为多个并且三者的数量相一致。
7.一种巷道围岩松动圈测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
将第一封隔器(101)、第二封隔器(102)以及流体释放单元(103)伸入巷道钻孔(400)中，其中，所述流体释放单元(103)位于所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)之间；
控制所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)膨胀以在所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及巷道钻孔(400)的内壁之间形成密闭空间；
控制所述流体释放单元(103)在所述密闭空间中释放加压流体以填充所述密闭空间；
实时监测所述加压流体的流量；
将所述加压流体从所述密闭空间中排出，并且控制第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)收缩；
将所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述流体释放单元(103)同时沿所述巷道钻孔(400)的轴向移动，移动的距离为所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)之间的间距；
重复上述步骤，直至所述加压流体的流量的变化值达到指定数值范围，完成巷道围岩松动圈的范围测试。
8.根据权利要求7所述的巷道围岩松动圈测试方法，其特征在于，沿所述巷道钻孔(400)的轴向移动所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述流体释放单元(103)时，通过能够与所述第一封隔器(101)同时移动的刻度杆(104)监测移动的距离。
9.根据权利要求8所述的巷道围岩松动圈测试方法，其特征在于，所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)中的至少一者为膨胀胶管，所述流体释放单元(103)为具有出水孔的出水管，所述刻度杆(104)的一端穿过所述第一封隔器(101)和所述第二封隔器(102)并与所述出水管流体连通，所述刻度杆(104)的另一端与高压泵站(201)连通；
所述第一封隔器(101)以及所述第二封隔器(102)均通过注水管(105)与所述高压泵站(201)流体连通。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的巷道围岩松动圈测试方法，其特征在于，在将所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述流体释放单元(103)伸入所述巷道钻孔(400)之前，先通过具有全景摄像头(303)的视频探测组件检测出所述巷道钻孔(400)的裂隙发育与围岩完整的分界区域，再将所述第一封隔器(101)、所述第二封隔器(102)以及所述流体释放单元(103)伸入所述巷道钻孔(400)直至所述流体释放单元(103)位于所述分界区域。
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