CN117570832A - 一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 - Google Patents
一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117570832A CN117570832A CN202311354699.7A CN202311354699A CN117570832A CN 117570832 A CN117570832 A CN 117570832A CN 202311354699 A CN202311354699 A CN 202311354699A CN 117570832 A CN117570832 A CN 117570832A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- deep displacement
- cable
- mems array
- deep
- inclined drilling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxomagnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg]=O.[Mg]=O.[Mg]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/023—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object
Abstract
本发明公开了一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺。本发明通过在坡面布置倾斜钻孔利用深部位移MEMS阵列进行深部岩体变形监测，减少了监测孔数量和监测深度，监测更加精准，能够监测坡体潜在滑移面的位置，有助于揭示坡体滑移模式和失稳机理。本发明将传统的垂直钻孔改为倾斜钻孔，同时将传统的传感器阵列的倾斜测量方式改为沉降测量，通过在关键弱层上贯通传感器并增加测量距离，提高了监测效果。
Description
技术领域
本发明涉及滑坡监测技术领域，尤其涉及一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺。
背景技术
阵列式MEMS深部位移监测原理基于微机电系统(MEMS)技术，是一种基于微机电系统惯性传感器的位移监测技术。该监测系统包括多个MEMS传感器单元，每个传感器单元由惯性传感器、微控制器、存储器和通信模块等组成。传感器单元分布在需要监测的结构物或地质体表面上，并且相互之间可以通信。当结构物或地质体发生变形时，传感器单元可以通过惯性传感器来检测微小的位移，并将检测到的数据存储在存储器中，最后通过通信模块传输给数据中心进行处理和分析。由于MEMS传感器体积小、功耗低、响应速度快等优点，阵列式MEMS深部位移监测技术可以实现高密度布设和高精度测量。
在不同的地质条件下，滑坡体会形成许多不同的分层，每个岩层都具有其特定的物理和化学特性。在滑坡监测过程中，需要密切关注关键脆弱层的变化，这些脆弱层通常是滑坡体发生变形和滑移的关键部位。通过及时发现和监测脆弱层的变化，可以更好地把握滑坡体的演化过程，提前预警和采取相应的防治措施，因此，对于滑坡监测工作来说，把握关键脆弱层的变化是至关重要的。
传统的施工一般通过打垂直孔，如图1中的孔1，来进行监测，这种方法的缺点是不能够捕捉到滑坡前沿面的变化，随着深度的增加，前沿面离传感器距离就变大了，不利于监测；打的钻孔比较深，安装的mems阵列传感器就比较多，监测不经济也不精准。后续在传统的基础上打阶梯孔，如图1中的孔2和孔3，来进行监测，这种方法的缺点是，可监测的单体滑坡量比较少，当出现二次滑坡时，传感器可能已经被一次滑坡带走了。传统的垂直钻孔是深部位移监测，钻孔一般打到基岩上，设备基准一般以孔底的基岩为基准，mems传感器从孔底向上积分，算出位移的变化量，所以钻孔比较深。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺。
一方面，本发明提出了一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置，包括：
深部位移MEMS阵列，所述深部位移MEMS阵列设置在关键弱层的倾斜钻孔内，所述深部位移MEMS阵列的一端引出线缆，所述线缆位于所述倾斜钻孔外；
混凝土墩台，所述混凝土墩台预埋在坡体内，所述线缆预先嵌入所述混凝土墩台，所述混凝土墩台运动时，所述深部位移MEMS阵列随之移动；
供电采集设备，所述供电采集设备包括数据采集设备和供电设备，所述线缆穿出所述混凝土墩台连接所述数据采集设备，所述供电设备为所述数据采集设备提供电源。
在一些实施例中，所述倾斜钻孔的水平仰角为5°～15°。
在一些实施例中，所述线缆靠近所述深部位移MEMS阵列的一端通过固定夹板夹紧，所述固定夹板与所述线缆均预埋在所述混凝土墩台中。
在一些实施例中，所述深部位移MEMS阵列和所述线缆外部均套设保护管，所述深部位移MEMS阵列在所述保护管内沿轴向滑动。
在一些实施例中，发生滑坡时，所述深部位移MEMS阵列由其外部的保护管保护，且在所述混凝土墩台的带动下向下滑移形成曲线。
在一些实施例中，所述保护管为PVC管。
在一些实施例中，所述供电采集设备还包括立杆支架，所述数据采集设备固定设置在所述立杆支架上。
在一些实施例中，所述供电设备为太阳能板，所述太阳能板支撑设置在所述立杆支架的顶端。
在一些实施例中，所述关键弱层为煤矿采空区。
另一方面，本发明提出了一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置的施工工艺，包括以下步骤：
在关键弱层上施工倾斜钻孔；
将用于保护深部位移MEMS阵列的保护管放置在倾斜钻孔内使保护管上端与所述倾斜钻孔齐平，且尾端封堵，之后将深部位移MEMS阵列放置在保护管内；
在保护管和倾斜钻孔孔壁之间灌注水泥浆液以固定保护管；
将深部位移MEMS阵列的线缆用固定夹板固定，并将线缆和固定夹板一起预埋到混凝土墩台中。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明通过在坡面布置倾斜钻孔利用深部位移MEMS阵列进行深部岩体变形监测，减少了监测孔数量和监测深度，监测更加精准，能够监测坡体潜在滑移面的位置，有助于揭示坡体滑移模式和失稳机理。
本发明将传统的垂直钻孔改为倾斜钻孔，同时将传统的传感器阵列的倾斜测量方式改为沉降测量，通过在关键弱层上贯通传感器并增加测量距离，提高了监测效果。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为常规深部位移布孔方法示意图；
图2为倾斜钻孔深部位移布孔方法示意图；
图3为大量程深部位移倾斜钻孔监测装置整体示意图；
图4为倾斜钻孔滑移示意图；
图5为倾斜钻孔滑移空间姿态示意图；
图6为线缆在混凝土墩台中的设置方式示意图；
图7为图6中的A处的放大示意图；
附图标记说明：
供电采集设备1、混凝土墩台2、深部位移MEMS阵列3、倾斜钻孔4、固定夹板5、线缆6、PVC管7。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺。
如图2-7所示，本发明的大量程深部位移倾斜钻孔监测装置，包括深部位移MEMS阵列3、混凝土墩台2和供电采集设备1。
深部位移MEMS阵列3设置在关键弱层的倾斜钻孔4内，其中，关键弱层为煤矿采空区，本发明将传统方式的垂直钻孔改为倾斜钻孔4，倾斜钻孔4的水平仰角为5°～15°。本发明通过将垂直钻孔改为倾斜钻孔，同时将传统的传感器阵列的倾斜测量方式改为沉降测量，在关键弱层的倾斜钻孔4内贯通传感器，与垂直钻孔相比增加了测量距离，提高了监测效果。
深部位移MEMS阵列3的一端引出有线缆6，线缆6位于倾斜钻孔4外部，深部位移MEMS阵列3通过线缆6连接供电采集设备1的数据采集设备。
混凝土墩台2预埋在坡体内，在监测时，混凝土墩台2要深埋，埋深根据现场情况而定，确保在滑动时，混凝土墩台2和坡体一体滑动。
线缆6靠近深部位移MEMS阵列3的一端通过固定夹板5夹紧，固定夹板5与线缆6均预埋在混凝土墩台2中，当混凝土墩台2运动时，深部位移MEMS阵列3随之移动。如图7所示，固定夹板5的左侧为深部位移MEMS阵列3，固定夹板5的设置可以防止与线缆6连接的深部位移MEMS阵列3滑入倾斜钻孔4。
在安装深部位移MEMS阵列3时，在其外部套设保护管，保护管的设置使得深部位移MEMS阵列3可在其内部轴向滑动，同时保证了在保护管外部注浆时，浆液不会流到管内部。待水泥浆液固化后，保护管便在水泥中形成了一个牢固的空腔。在发生滑坡时，在滑面处的保护管保护其内部的深部位移MEMS阵列3。优选地，保护管为PVC管。多个PVC管之间用胶水固定密封连接。
深部位移MEMS阵列3端部的线缆6外部也设置保护管，设置在线缆6外部的PVC管的内径大于线缆6的外径，优选地，设置在线缆6外部的PVC管的内径与线缆6的外径之比为2：1。线缆6远离深部位移MEMS阵列3的一端穿出混凝土墩台2后连接供电采集设备1的数据采集设备。具体为，供电采集设备1包括数据采集设备、供电设备和立杆支架，数据采集设备固定设置在立杆支架上，用于采集深部位移MEMS阵列3的数据，供电设备为太阳能板，太阳能板支撑设置在立杆支架的顶端，用于为数据采集设备提供电源，线缆6远离深部位移MEMS阵列3的一端连接数据采集设备。
深部位移MEMS阵列3在混凝土墩台2的带动下，向下滑移形成曲线。如图4所示，深部位移MEMS阵列3尾端从点a平行滑移到点b，此时，点c和点d之间的MEMS角度发生了变化，根据所有MEMS的角度可以解算出一条空间曲线。在图5中，a0和b0表示初始曲线，a1和b1表示滑移变化后的曲线。通过比较这两条曲线，可以看出滑移量的大小和变化。这个过程不同于普通深部位移，普通深部位移是以底部的基岩层为基准积分。深部位移MEMS阵列的工作原理为已有的技术，此处不再赘述。
大量程深部位移倾斜钻孔监测装置的施工工艺包括以下步骤：
(1)在关键弱层上施工倾斜钻孔4；
(2)将用于保护深部位移MEMS阵列3的保护管放置在倾斜钻孔4内使保护管上端与倾斜钻孔4齐平，且尾端封堵，之后将深部位移MEMS阵列3放置在保护管内；
(3)在保护管和倾斜钻孔4孔壁之间灌注水泥浆液以固定保护管；
(4)将深部位移MEMS阵列3的线缆6用固定夹板5固定，并将线缆6和固定夹板5一起预埋到混凝土墩台2中。
其中，步骤(1)中倾斜钻孔4的布孔方式如图2所示，倾斜钻孔4在关键弱层上倾斜布置。倾斜钻孔4施工完成后先将用于保护深部位移MEMS阵列3的PVC保护管放置在倾斜钻孔4内，PVC管上端与孔口齐平，之后将深部位移MEMS阵列3放置在PVC保护管内，PVC管尾端盖堵头，PVC管距离线缆端50cm。对于较长的深部位移MEMS阵列3，在套设PVC管时，可在深部位移MEMS阵列3外面抹上滑石粉或其他润滑类的物质，以减少轴向滑动时的摩擦力。在PVC保护管和钻孔孔壁之间，用水灰比0.6水泥浆液灌浆，将PVC保护管固定。
将深部位移MEMS阵列3的线缆6用固定夹板5固定，并将线缆6和固定夹板5一起预埋到混凝土墩台2中，线缆6的外部套设PVC管7，线缆6远离深部位移MEMS阵列3的一端穿出混凝土墩台2后连接供电采集设备1的数据采集设备。安装完成后，深部位移MEMS阵列3呈现一条倾斜的直线，当发生滑坡时，滑坡体带动混凝土墩台2上的线缆6一起向坡下运动，而与线缆6连接的深部位移MEMS阵列3则在固定的PVC管内向外滑动，从而利用深部位移MEMS阵列进行深部岩体变形监测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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可以针对不同的实施例或示例。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。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置，其特征在于，包括：
深部位移MEMS阵列，所述深部位移MEMS阵列设置在关键弱层的倾斜钻孔内，所述深部位移MEMS阵列的一端引出线缆，所述线缆位于所述倾斜钻孔外；
混凝土墩台，所述混凝土墩台预埋在坡体内，所述线缆预先嵌入所述混凝土墩台，所述混凝土墩台运动时，所述深部位移MEMS阵列随之移动；
供电采集设备，所述供电采集设备包括数据采集设备和供电设备，所述线缆穿出所述混凝土墩台连接所述数据采集设备，所述供电设备为所述数据采集设备提供电源。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述倾斜钻孔的水平仰角为5°～15°。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线缆靠近所述深部位移MEMS阵列的一端通过固定夹板夹紧，所述固定夹板与所述线缆均预埋在所述混凝土墩台中。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述深部位移MEMS阵列和所述线缆外部均套设保护管，所述深部位移MEMS阵列在所述保护管内沿轴向滑动。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，发生滑坡时，所述深部位移MEMS阵列由其外部的保护管保护，且在所述混凝土墩台的带动下向下滑移形成曲线。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述保护管为PVC管。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电采集设备还包括立杆支架，所述数据采集设备固定设置在所述立杆支架上。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述供电设备为太阳能板，所述太阳能板支撑设置在所述立杆支架的顶端。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述关键弱层为煤矿采空区。
10.一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置的施工工艺，其特征在于，适用于如权利要求1～9任一所述的装置，包括以下步骤：
在关键弱层上施工倾斜钻孔；
将用于保护深部位移MEMS阵列的保护管放置在倾斜钻孔内使保护管上端与所述倾斜钻孔齐平，且尾端封堵，之后将深部位移MEMS阵列放置在保护管内；
在保护管和倾斜钻孔孔壁之间灌注水泥浆液以固定保护管；
将深部位移MEMS阵列的线缆用固定夹板固定，并将线缆和固定夹板一起预埋到混凝土墩台中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311354699.7A CN117570832A (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311354699.7A CN117570832A (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117570832A true CN117570832A (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=89894385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311354699.7A Pending CN117570832A (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117570832A (zh) |
-
2023
- 2023-10-18 CN CN202311354699.7A patent/CN117570832A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103898931B (zh) | 一种基于钻孔雷达的基桩三维检测装置及基桩三维检测方法 | |
| CN110486007B (zh) | 煤矿随钻围岩力学参数原位测试装置及方法 | |
| CN100535585C (zh) | 套管式钻孔多点引伸计 | |
| CN103278384B (zh) | 一种煤矿巷道煤岩体锚固性能测试装置及测量方法 | |
| CN102607488A (zh) | 一种监测滑坡滑动面位移变形的装置及方法 | |
| CN106908033A (zh) | 一种采空区顶板多点位移同步测量装置及其测量方法 | |
| CN105318824A (zh) | 一种基于分布式电阻应变片测量围岩松动圈的方法 | |
| CN109238161A (zh) | 一种巷道表面绝对收敛量的观测装置及观测方法 | |
| CN104931353B (zh) | 煤柱塑性区测试方法和测试装置 | |
| CN103290827B (zh) | 一种多点位移计安装埋设注浆方法 | |
| CN203310698U (zh) | 一种煤矿巷道煤岩体锚固性能测试装置 | |
| CN104897321B (zh) | 一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试方法 | |
| CN107941137B (zh) | 任意倾角钻孔变形量测方法 | |
| CN117570832A (zh) | 一种大量程深部位移倾斜钻孔监测装置及施工工艺 | |
| CN116147568B (zh) | 一种单线分布式多点位移计装置及测试方法 | |
| CN100535584C (zh) | 套管式钻孔多点引伸计 | |
| CN108362195B (zh) | 一种监测煤矿巷道变形的新型多点位移计 | |
| CN102183230B (zh) | 一种钻孔内基准点锚固装置 | |
| CN107703055B (zh) | 围岩松弛监测装置及其松弛深度判别方法 | |
| CN203768955U (zh) | 一种基于钻孔雷达的基桩三维检测装置 | |
| CN104596475A (zh) | 地层沉降监测系统及方法 | |
| CN112197806B (zh) | 采煤沉陷区移动变形、水文及应力监测设备装设方法 | |
| CN201000324Y (zh) | 套管式钻孔多点引伸计 | |
| CN100565225C (zh) | 一种用单孔或对比电阻率法测量桩长的方法 | |
| CN210426413U (zh) | 一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |