CN201401174Y - 高密度电阻率监测围岩松动圈的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了高密度电阻率监测围岩松动圈的系统，它是先在围岩巷道内的多个断面钻孔，孔内埋设带有电极的多芯电缆和排气管，运用注浆装置将钻孔内注满耦合剂，通过连接到多线电缆的外端的电阻率仪测出多组电阻率数据，最后根据采集到的数据运用高密度电阻率法对围岩松动圈实现监测。本实用新型具有施工工艺简单、紧密结合巷道开挖与支护的工艺特点，做到了因地制宜、简便易行，且做到“一次安装，长久监测”。
Description
技术领域：
本实用新型为一种监测系统，具体是高密度电阻率监测围岩松动圈的系统。
背景技术：
近几年来，随着我国经济持续高速稳定发展，能源需求旺盛，煤炭产量大幅度增加，2001年我国煤炭产量为10.98亿t，2003年达到16亿t，2004年达到19亿t，2005年接近22亿t。这使得矿井开采延伸速度加快，采深进一步加大，一些中老矿井及深部矿井，已经进入深部开采阶段，东北及中东部地区的多数矿区开采历史长，开采深度大，如平煤集团十二矿深部已经达到1150m。国际方面，随着经济的发展、人类生活水平的提高，对金属矿产的需求量与日剧增，金属矿产的开采深度不断延伸，南非是世界上矿山开采深度最大的国家，开采深度已达4600m。随着开采深度的增大，矿井开采地质力学环境与浅部开采相比发生明显改变，导致深部开采工程灾害日趋严重。正是由于深部开采地质力学环境的改变，使得深部开采岩石力学行为与浅部明显不同，基于浅部开采形成的岩层控制理论与技术不能适应深部开采。为了保证深部资源的安全高效开采，必须开展深部开采相关问题的研究。深部开采主要研究方向不但包括深部开采岩体力学基本特性、深部开采巷道工程稳定性控制、深部开采动力灾害防治、深部开采岩层移动与开采沉陷控制等方面，而且应包括测试理论与测试技术的研究。
采矿和地下工程都需要在地下开挖，形成一定大小的空间，并保持该空间的稳定。但是，地下空间的开挖将会扰动岩石介质，造成岩石内应力和岩石强度的变化，产生岩石应力转移、集中和岩石强度的减小，使周围岩石发生变形甚至破坏，发生岩石物理状态的改变。这个在开挖的空间周围所形成的破裂区，一般是围绕开挖空间形成环状。这个由于应力作用产生的环状破裂带称为巷道围岩松动圈，简称为松动圈。
松动圈的大小是选择支护方式的重要依据和前提。目前，常用的松动圈测试方法有声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达法和渗透法等。但是，上述方法在峒室(尤其是大断面峒室)松动圈测试大都存在着数据采集速度慢、费用高或操作困难等缺点。因此，有必要研究安装工艺简单、操作简便、快速经济的松动圈探测技术。
实用新型内容：
本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高密度电阻率监测围岩松动圈的系统。本实用新型使松动圈探测技术工艺简单、操作简便、快速经济、准确可靠。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
高密度电阻率监测围岩松动圈的系统，其特征在于：在围岩巷道内的多个断面上分别钻孔5～9个，钻孔呈圆周分布，孔的深度为5～7m，孔的直径为45～55mm；将电极按照每间隔0.1-0.3米，按照先里后外的顺序固定于空心导杆上，空心导杆带同各电极置于钻孔内，通过耦合剂将电极、空心导杆与孔壁耦合成一体，所述的各电极均连接到多芯电缆上，所述的多芯电缆接入到电阻率仪。
岩层变形必然导致岩石的孔隙度和孔隙结构发生变化，从而导致岩石电阻率发生变化。当应力在岩石强度极限范围内时，随着应力的增大，干燥或稍许含水的岩石其电阻率会减小，这是因为由于孔隙度降低、颗粒间接触良好的原因；除此之外，岩石中孤立的含水孔隙在压力的作用下闭合形成连续的导电通路，也会使其电阻率减小。当应力超过岩石强度极限时，随着应力的增大，岩石变形破裂，其电阻率会明显增大。根据此原理，可利用在围岩中施工地质钻孔、在孔中埋设电极、采用高密度电阻率法采集数据的方法对覆岩破坏情况进行监测。
本实用新型利用锚杆钻机钻孔、锚固剂封闭孔口、简易压力容器灌注水泥浆、高密度电阻率法采集数据。
本实用新型的优点是：
本实用新型具有施工工艺简单、紧密结合巷道开挖与支护的工艺特点，做到了因地制宜、简便易行，且做到“一次安装，长久监测”。
附图说明：
图1为本实用新型中钻孔的布置图；
附图2为本实用新型的电极与钻孔壁耦合示意图。
具体实施方式：
高密度电阻率监测围岩松动圈的系统，在围岩巷道1内的多个断面上分别钻5～9个孔2，孔2呈圆周分布，孔2的深度为5～7m，孔2的直径为45～55mm；将电极3按照每间隔0.1-0.3米，按照先里后外的顺序固定于空心导杆4上，空心导杆4带同各电极3置于钻孔内，通过耦合剂将电极、空心导杆4与孔2内壁耦合成一体，各电极3均连接到多芯电缆5上，所述的多芯电缆5接入到电阻率仪。
系统施工方法
1、钻孔2施工
深埋的地下峒室所受的地应力较大，为了保持大断面的永久性和地下峒室的稳定性，一般采用锚喷+衬砌的复合衬砌结构进行峒室支护。用锚杆加固围岩时，必须用锚杆钻机施工锚杆钻孔。对于拱高小于10m的地下峒室，目前探测的松动圈厚度一般在4.0m以下。因此，探测孔的深度可控制在6.0m左右，钻孔2直径可控制在50mm左右。根据测试断面的大小可布置5～9个钻孔2，在峒室锚喷支护时，可利用锚杆钻机进行探测钻孔的施工。
2、电极3的放置
钻孔2尽量与峒室壁垂直，如不垂直则按夹角进行换算，为了保证松动圈探测精度，电极距一般为0.1～0.3m左右；电极距过小，则电极长度与电极距的比过大，难以形成理想的点电源，从而产生系统误差；电极距过大，则探测精度较小。钻孔2形成后，将电极3按先里后外的顺序固定在PVC空心导杆4上，各电极3连接到多芯电缆5上，然后送入钻孔2的预定位置，为了减小钻孔孔径，减小钻孔施工的难度，固定电极的PVC空心导杆4兼作排气管。
3、钻孔2封闭
注浆前，先用树脂锚固剂将设置于钻孔口的PVC注浆管6、PVC空心导杆4、连接电极的多芯电缆5与围岩粘结在一起。注浆时使用排气返浆法，一次性由孔口向孔内注满水泥浆直到PVC空心导杆4出水泥浆为止，以避免灌注不实。注浆采用自行研制的简易压力容器，采用的是供风镐、风泵等施工设备所用的风能。具体操作步骤是：
(1)钻孔孔口处的树脂锚固剂固化后，将压力容器用橡胶管分别与进风管、注浆管相联接，并保证连接处密实；
(2)按水泥、水的比例为1～2∶1在压力容器中配制水泥浆；
(3)打开压力容器进风管控制闸阀；当压力容器压力表读数为2.0MPa时，关闭进风管控制闸阀；
(4)打开压力容器输浆管控制闸阀，水泥浆比过注浆管进入钻孔内，当PVC空心导杆出浆时，表明钻孔已经注满水泥浆。此时，关闭压力容器输浆管控制闸阀，将钻孔口处连接注浆管的橡胶管对折扎紧，然后截断多余的橡胶管。
4、将连接各电极引线的多芯电缆接入到电阻率仪，通过监测各断面上电阻率的变化，对围岩松动圈变化情况进行监测。
Claims (1)
1、高密度电阻率监测围岩松动圈的系统，其特征在于：在围岩巷道内的多个断面上分别钻孔5～9个，钻孔呈圆周分布，孔的深度为5～7m，孔的直径为45～55mm；将电极按照每间隔0.1-0.3米，按照先里后外的顺序固定于空心导杆上，空心导杆带同各电极置于钻孔内，通过耦合剂将电极、空心导杆与孔壁耦合成一体，所述的各电极均连接到多芯电缆上，所述的多芯电缆接入到电阻率仪。
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