CN207991484U - 对井壁进行监测的钢弦式传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，所述钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计、钢弦式压力计、电缆、测量仪和计算机；若干个钢弦式混凝土应变计均设置在所述井壁的内表面上，若干个所述钢弦式压力计均设置在所述井壁的内部；若干个所述钢弦式混凝土应变计和若干个所述钢弦式压力计均通过所述电缆与所述测量仪连接，所述测量仪与所述计算机连接；所述测量仪接收由所述钢弦式混凝土应变计和所述钢弦式压力计采集的频率信号，所述测量仪将所述频率信号转换为数字信号，并将所述数字信号传递给所述计算机。本实用新型能够对井壁承受的注浆压力、井壁变形和井壁温度进行监测，确保了观测系统长期的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿山建设领域，具体涉及一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统。
背景技术
20世纪80年代以来，在大屯、徐州、淮北、兖州、永夏等矿区已有大量矿井发生了厚表土层中井壁破裂灾害，它们有的发生在井筒施工中，有的发生在矿井投产后，轻者停工停产，重者透水淹井，严重的制约了我国深立井建设的进一步发展。对井壁破裂机理的研究，形成了竖直附加力假说、采动影响假说、新构造运动假说等。大量理论分析，数值模拟和现场实测研究的成果支持了竖直附加力假说：特殊地层含水层因开采，以及冻结管拔除后的融沉而引起上覆土体下沉。土体在沉降过程中与井壁相互作用，施加于井壁外表面一个附加力系。该附加力系增长到一定值时，混凝土井壁因不能承受而遭破坏。井壁破裂是厚表土层与井壁结构相互作用的结果，因此井壁破裂治理方法主要有井壁加固和地层加固两类。对处理井壁的方法已有大量的研究，主要包括：槽钢井圈喷混凝土加固法，加套井壁法，开槽卸压法。对地层进行处理的方法主要有：壁后注浆和地面注浆加固。对地层注浆目的是封堵井筒周边含水地层的水利通道，阻滞含水地层疏水，可以减缓、减少井筒周边地层的沉降，降低立井井壁所受到的竖向附加力。
虽然目前关于立井表土地层的加固注浆已有大量的研究和工程实践，但是随着煤炭资源开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内部分矿井相继进人了深部煤炭开采状态，越来越多的立井井筒需要穿越深厚的冲积层。特别是，随着井筒穿越的冲积层越厚，其壁后土层的固结程度越大，可注性能越来越差。显然，进行深立井地层进行加固注浆，必须适当的提高注浆压力，但是，若单纯通过增大注浆压力，极容易产生劈裂注浆，过大的注浆压力会直接作用于井筒，而造成井筒的破坏。为监测井筒注浆治理期间井壁的受力状态，分析注浆浆液的压力扩散范围，确保矿井在综合治理期间的安全生产，必须对整个注浆过程进行实时监测，而整个监测系统充分的发挥其预警作用必须首先针对井壁目前受力状况确定井壁变形的预警值。因此，开展既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁监测系统与变形预警值确定方法的研究迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，本实用新型的技术方案解决了既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁的监测问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深立井地层加固注浆监测系统的空白，是井筒破裂综合治理方案的重要组成部分，确保了矿井在综合治理期间的安全生产，极大地提高了深立井地层加固注浆的安全性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，进而对变形进行预警，其特征在于，所述钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计、钢弦式压力计、电缆、测量仪和计算机；
若干个钢弦式混凝土应变计均设置在所述井壁的内表面上，若干个所述钢弦式压力计均设置在所述井壁的内部；
若干个所述钢弦式混凝土应变计和若干个所述钢弦式压力计均通过所述电缆与所述测量仪连接，所述测量仪与所述计算机连接；
所述测量仪接收由所述钢弦式混凝土应变计和所述钢弦式压力计采集的频率信号，所述测量仪将所述频率信号转换为包括所述井壁的应变值和压力值的数字信号，并将所述数字信号传递给所述计算机。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，所述钢弦式混凝土应变计在所述井壁的内表面上以两种方式进行设置，一种方式是沿所述井壁的内表面竖向设置、另一种方式是沿所述井壁的内表面环向设置；
所述钢弦式压力计在所述井壁的内部以两种方式进行设置，一种方式是沿所述井壁的内部竖向设置、另一种方式是沿所述井壁的内部环向设置；沿所述井壁的竖直方向上设置有多个水平的监测层；每个所述监测层包括一条所述电缆；在每个所述监测层内包括有四至八个竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计和四至八个环向设置的所述钢弦式混凝土应变计，在一个所述监测层内竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计与环向设置的所述钢弦式混凝土应变计的数量相同。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，在一个所述监测层内的竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计均匀分布在所述井壁的内表面上、环向设置的所述钢弦式混凝土应变计均匀分布在所述井壁的内表面上。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，在每个所述监测层内还包括有四至八个竖向设置的所述钢弦式压力计和四至八个环向设置的所述钢弦式压力计，在一个所述监测层内竖向设置的所述钢弦式压力计与环向设置的所述钢弦式压力计的数量相同；在一个所述监测层内的竖向设置的所述钢弦式压力计均匀分布在所述井壁的内部、环向设置的所述钢弦式压力计均匀分布在所述井壁的内部。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，所述钢弦式混凝土应变计通过底座和膨胀螺栓固定在所述井壁的内表面上。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，所述钢弦式压力计设置在所述井壁上开设的槽口内，所述钢弦式压力计置于所述槽口的底部，所述槽口内的空余部分由水泥填充。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，在所述钢弦式混凝土应变计和/或所述钢弦式压力计中设置有热敏电阻，由所述热敏电阻测出所述井壁的温度值，所述温度值通过所述测量仪传递给所述计算机。
进一步地，在上述钢弦式传感器系统中，所述井壁包括外层井壁和内层井壁，所述外层井壁套设在所述内层井壁的外周；所述监测层设置在所述内层井壁上并沿所述内层井壁的竖直方向上设置有多个。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：
本实用新型提供的一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，通过同时采用钢弦式混凝土应变计和钢弦式压力计对井壁承受的注浆压力、井壁变形和井壁温度进行监测，确保了观测系统长期的稳定性和可靠性。
通过对主要层位的井壁承受注浆压力的监测，以便及时了解和掌握井壁所受注浆压力的大小和分布规律，指导井筒治理期间的注浆压力设置，并对危及井壁安全的井壁受力予以警示；通过对主要层位井壁变形的监测，了解井壁的受力条件，判断井壁使用的可靠性以及安全程度，并可为井筒综合治理期间注浆压力的控制提供实时的信息化施工指导；通过对主要层位井壁温度的监测，了解井壁温度的变化，可及时判断浆液反应温度对井壁温度变化的影响，解决了既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁的监测问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深立井地层加固注浆监测系统的空白，是井筒破裂综合治理方案的重要组成部分，确保了矿井在综合治理期间的安全生产，极大地提高了深立井地层加固注浆的安全性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
图1为本实用新型实施例的测试元件布置示意图；
图2为本实用新型实施例的测试元件布置环向剖面示意图；
图3为本实用新型实施例的埋入式的钢弦式压力计及槽口示意图；
图4为图3中竖向设置的钢弦式压力计竖向剖面示意图；
图5为图3中环向设置的钢弦式压力计竖向剖面示意图；
图6为本实用新型实施例的钢弦式混凝土应变计埋设示意图；
图7为图6中钢弦式混凝土应变计安装示意图；
图8为图6中竖向设置的钢弦式混凝土应变计竖向剖面示意图；
附图标记说明：1外层井壁、2内层井壁、3钢弦式混凝土应变计、4钢弦式混凝土应变计、5钢弦式压力计、6钢弦式压力计、7电缆、8测量仪、9计算机、10螺栓、11底座。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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的具体含义。
如图1至图8所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，进而对变形进行预警，钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计(3和4)、钢弦式压力计(5和6)、电缆7、测量仪8和计算机9；
其中，钢弦式混凝土应变计(3和4)、钢弦式压力计(5和6)、电缆7可统称为测试元件。
钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)均采取钢弦式传感元件作为一次仪表，钢弦式频率仪作为二次仪表；钢弦式压力计(5和6)用于监测井壁承受注浆压力，获得井壁内部压力的数据；钢弦式混凝土应变计(3和4)用于监测井壁的竖向和环向应变，环向设置的钢弦式混凝土应变计4用于监测井壁的环向应变，竖向设置的钢弦式混凝土应变计3用于监测井壁的竖向应变。获得地层注浆过程中井壁应变的数据，通过弹塑性力学应力-应变的关系可计算得到地层注浆过程中井壁应力的数据。
井壁包括外层井壁1和内层井壁2，外层井壁1套设在内层井壁2的外周。
如图1所示，若干个钢弦式混凝土应变计(3和4)均设置在内层井壁2的内表面上，若干个钢弦式压力计(5和6)均设置在内层井壁2的内部；若干个钢弦式混凝土应变计(3和4)和若干个钢弦式压力计(5和6)均通过电缆7与测量仪8连接，测量仪8与计算机9连接；测量仪8接收由钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)采集的频率信号，测量仪8将频率信号转换为包括井壁的应变值和压力值的数字信号，并将数字信号传递给计算机9。计算机9接收并处理钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)采集的数据。优选地，钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)均可以采用有线和/或无线的传输方式将采集的数据传输给测量仪8。其中有线传输方式所用电缆7为矿用铠装屏蔽电缆，如此设置可以抵抗电磁干扰。
进一步地，沿井壁的竖直方向上设置有多个水平的监测层；监测层主要设置在注浆层±10米的位置，而注浆层主要设置在松散层的砂层位置，因为砂层的厚度不同，故具体监测层数量应根据实际地层土性和厚度确定，注浆层±10米之间的位置每间隔10～15米(如：10米、11米、12米、13米、14米、15米)设置1个监测层，优选在深部间隔取10米、浅部间隔取15米。井壁的顶端至井壁的底端之间除注浆层±10米位置外的其它位置，每间隔30～50米(如：30米、35米、40米、45米、50米)设置1个监测层，优选在深部取30米、浅部取50米；风化基岩与底含交界面以下分别间隔30米和40米各设置一个监测层，即交界面以下30米设置一个监测层、70米设置一个监测层。
如图6所示，钢弦式混凝土应变计(3和4)在内层井壁2的内表面上以两种方式进行设置，一种方式是沿内层井壁2的内表面竖向设置、另一种方式是沿内层井壁2的内表面环向设置；
如图3所示，钢弦式压力计(5和6)在内层井壁2的内部以两种方式进行设置，一种方式是沿内层井壁2的内部竖向设置、另一种方式是沿内层井壁2的内部环向设置。
进一步地，每个监测层包括多个竖向和环向设置的钢弦式混凝土应变计(3和4)、多个竖向和环向设置的钢弦式压力计(5和6)和一条电缆7；
具体地，钢弦式混凝土应变计(3和4)、钢弦式压力计(5和6)和电缆7的埋设方式为：
如图7所示，钢弦式混凝土应变计(3和4)的埋设采用非埋入式，在内层井壁2的内表面上打孔，钢弦式混凝土应变计(3和4)通过底座11和膨胀螺栓10固定在内层井壁2的内表面上。在每个监测层内包括有四至八个竖向设置的钢弦式混凝土应变计3，优选为竖向设置六个钢弦式混凝土应变计3，在每个监测层内包括有四至八个环向设置的钢弦式混凝土应变计4，优选为环向设置六个钢弦式混凝土应变计4，如此设置能够在有效地完成监测任务的情况下降低监测成本；在一个监测层内竖向设置的钢弦式混凝土应变计3与环向设置的钢弦式混凝土应变计4的数量相同、所有钢弦式混凝土应变计(3和4)的中心点等高、竖向设置的钢弦式混凝土应变计3均匀分布在内层井壁2的内表面上、环向设置的钢弦式混凝土应变计4均匀分布在内层井壁2的内表面上，每个竖向设置的钢弦式混凝土应变计3与一个相邻的环向设置的钢弦式混凝土应变计4成T字形型或L型并相互垂直设置，优选竖向设置的钢弦式混凝土应变计3与环向设置的钢弦式混凝土应变计4形成一个横放的T字形型。
如图3所示，钢弦式压力计(5和6)埋设采用埋入式，在内层井壁2开挖200mm(环向)×80mm(竖向)×80mm(径向)的槽口，用于安装一个环向的钢弦式压力计6；在内层井壁2开挖200mm(竖向)×80mm(环向)×80mm(径向)的槽口，用于安装一个竖向的钢弦式压力计5；钢弦式压力计(5和6)设置在槽口内，并置于槽口的底部，在钢弦式压力计(5和6)安装完成后，将槽口凿毛，然后将槽口内的空余部分用高标号水泥砂浆回填。在每个监测层内包括有四至八个竖向设置的钢弦式压力计5，优选为竖向设置六个钢弦式压力计5，每个监测层还包括四至八个环向设置的钢弦式压力计6，优选为环向设置六个钢弦式压力计6，如此设置能够在有效地完成监测任务的情况下降低监测成本；在一个监测层内竖向设置的钢弦式压力计5与环向设置的钢弦式压力计6的数量相同、所有钢弦式压力计(5和6)的中心点等高、竖向设置的钢弦式压力计5均匀分布在内层井壁2的内部、环向设置的钢弦式压力计6均匀分布在内层井壁2的内部，每个竖向设置的钢弦式压力计5与一个环向设置的钢弦式压力计6成T型或L型并相互垂直设置，优选竖向设置的钢弦式压力计5与环向设置的钢弦式压力计6形成一个横放的T型。
每个监测层设置一根电缆7，钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)及其导线均通过防水接线盒与电缆7连接，电缆7采用钢丝绳悬吊固定，电缆7与监测元件引出线的接头严格密封，确保监测元件正常工作；
进一步地，在钢弦式混凝土应变计(3和4)和/或钢弦式压力计(5和6)中设置有热敏电阻，由热敏电阻测出井壁的温度值，温度值通过测量仪8传递给计算机9。
通过对注浆层±10米的位置和风化基岩与底含交界面等主要层位设置监测层，并在监测层设置钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)，可以对井壁承受的注浆压力、井壁变形和井壁温度进行监测，以便及时了解和掌握井壁所受注浆压力的大小和分布规律，指导井筒治理期间的注浆压力设置，并对危及井壁安全的井壁受力予以警示。通过对主要层位井壁温度的监测，了解井壁温度的变化，可及时判断浆液反应温度对井壁温度变化的影响。
进一步地，利用钢弦式传感器系统对井壁进行监测和变形预警值确定的方法，包括如下步骤：
根据监测内容确定测试元件(包括环向设置的钢弦式混凝土应变计3、竖向设置的钢弦式混凝土应变计4、环向设置的钢弦式压力计5、竖向设置的钢弦式压力计6和电缆7的规格和数量，并进行购买后，将其在实验室内逐个做好标定、接头处理等准备工作。
在注浆前，对井壁穿越的地层进行分析，并分别确定监测层的位置，监测层主要设置在注浆层±10米的位置，而注浆层主要设置在松散层的砂层位置，因为砂层的厚度不同，故具体监测层数量应根据实际地层土性和厚度确定，注浆层±10米之间的位置每间隔10～15米(如：10米、11米、12米、13米、14米、15米)设置1个监测层，优选在深部间隔取10米、浅部间隔取15米。井壁的顶端至井壁的底端之间除注浆层±10米位置外的其它位置，每间隔30～50米(如：30米、35米、40米、45米、50米)设置1个监测层，优选在深部取30米、浅部取50米；风化基岩与底含交界面以下分别间隔30米和40米各设置一个监测层，即交界面以下30米设置一个监测层、70米设置一个监测层。根据注浆实际情况、地层土性和含水量，局部再做调整。
在每个监测层内埋设若干测点，在测点上安装钢弦式混凝土应变计(3和4)，在测点上开挖槽口，并在槽口内安装钢弦式压力计(5和6)，将钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)及其导线通过防水接线盒与电缆7连接，将电缆7与测量仪8连接，将测量仪8与计算机9连接，在井的底部厚砂含水层设置若干钢弦式压力计，钢弦式压力计及其导线通过防水接线盒与电缆7连接，安装过程中对钢弦式混凝土应变计(3和4)、钢弦式压力计(5和6)、电缆7进行连续性检验、记录安装过程，在钢弦式压力计(5和6)安装并测试完成后，将槽口凿毛，然后将槽口内的空余部分用高标号水泥砂浆回填，安装过程中进行初始测量并获取压力、应力和应变的初始数据，初始测量不少于二次，钢弦式混凝土应变计(3和4)对井壁变形进行监测，在注浆期间的每个小时监测1～2次、注浆后每天监测1～2次，根据监测结果，当数据变化速率发生骤变时，增加监测次数，钢弦式压力计(5和6)对井壁受到的压力进行监测，在注浆期间的每个小时监测1～2次、注浆后每天监测1～2次，根据监测结果，当数据变化速率发生骤变时，增加监测次数，在钢弦式混凝土应变计(3和4)和/或者钢弦式压力计(5和6)中设置有热敏电阻作为温度监测装置，温度监测装置对井壁进行温度监测，在注浆期间每天监测1～2次，注浆后每周监测1～2次，根据监测结果，当数据变化速率发生骤变时，增加监测次数，计算机9接收并处理钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)采集的数据。
进一步地，将钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)采集的数据制定数据记录表，绘制压力、应力、应变随时间的变化关系曲线，以便对井壁的受力状态做出判断，在进行数据处理过程中，对异常数据根据测量误差的处理原则进行剔除，并及时进行复测校正。
进一步地，井壁变形监测，采用三级压应变预警和三级拉应变预警，三级压应变预警分别为压应变黄色预警、压应变橙色预警和压应变红色预警，三级拉应变预警分别为拉应变黄色预警、拉应变橙色预警和拉应变红色预警；
井壁变形监测三级拉应变预警值和三级压应变预警值的确定，包括如下步骤：
井壁单独计算时，外荷载按1.0倍水压计算：P＝0.01×h，h为监测水平的埋深、单位是米；
由弹性力学厚壁圆筒外壁受均布外荷载的平面应变力学模型计算井壁内缘的环向应力为：其中，R为井壁的外半径、单位是米，r为内层井壁2的内半径、单位是米；
由上覆井筒自重计算该监测的竖向应力为：σz＝γh，γ为混凝土井壁容重；
根据弹性力学平面应变模型的应力应变关系计算出井壁内缘近似环向应变为：μ为混凝土井壁泊松比；
混凝土抗压强度设计值为fc、单位为MPa，弹性模量为Ec、单位为MPa，计算出混凝土允许压应变为：
当考虑荷载分项系数1.35时，井壁富余近似压应变值达到Δε＝[ε]c-1.35εt时启动压应变黄色预警，Δε＝[ε]c-1.35εt≤压应变值＜Δε＝[ε]c-1.2εt为压应变黄色预警范围；
当考虑荷载分项系数1.2时，井壁富余近似压应变值达到Δε＝[ε]c-1.2εt时启动压应变橙色预警，Δε＝[ε]c-1.2εt≤压应变值＜Δε＝[ε]c-εt为压应变橙色预警范围；
当不考虑荷载分项系数时，井壁富余近似压应变值达到或大于Δε＝[ε]c-εt时启动压应变红色预警；
混凝土抗拉强度设计值为ftMPa，弹性模量为EcMPa，计算出混凝土允许拉应变为：
当考虑井壁初始压应变折减系数为1/3时，井壁富余近似拉应变值达到Δε＝-1/3εt时启动拉应变黄色预警，Δε＝-1/3εt≤拉应变值＜Δε＝-2/3εt为拉应变黄色预警范围；
当考虑井壁初始压应变折减系数为2/3时，井壁富余近似拉应变值达到Δε＝-2/3εt时启动拉应变橙色预警，Δε＝-2/3εt≤拉应变值＜Δε＝-(2/3εt+[ε]t)为拉应变橙色预警范围；
当考虑井壁初始压应变折减系数为2/3且达到混凝土允许拉应变时，井壁富余近似拉应变值达到或大于Δε＝-(2/3εt+[ε]t)时启动拉应变红色预警。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，包括钢弦式混凝土应变计(3和4)、钢弦式压力计(5和6)、电缆7和计算机9；若干个钢弦式混凝土应变计(3和4)均设置在所述内层井壁2的内表面上，若干个所述钢弦式压力计(5和6)均设置在所述内层井壁2的内部；若干个所述钢弦式混凝土应变计(3和4)和若干个所述钢弦式压力计(5和6)均通过所述电缆7与所述测量仪8连接，所述测量仪8与所述计算机9连接；所述测量仪8接收由所述钢弦式混凝土应变计(3和4)和所述钢弦式压力计(5和6)采集的频率信号，所述测量仪8将所述频率信号转换为包括所述井壁的应变值和压力值的数字信号，并将所述数字信号传递给所述计算机9。
本实用新型的技术方案解决了既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁的监测问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深立井地层加固注浆监测系统的空白，是井筒破裂综合治理方案的重要组成部分，确保了矿井在综合治理期间的安全生产，极大地提高了深立井地层加固注浆的安全性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：
本实用新型提供的既有井筒条件下的深立井地层注浆过程中井壁监测系统，通过同时采用钢弦式混凝土应变计(3和4)和钢弦式压力计(5和6)对井壁承受的注浆压力、井壁变形和井壁温度进行监测，确保了观测系统长期的稳定性和可靠性。
通过对主要层位的井壁承受注浆压力的监测，以便及时了解和掌握井壁所受注浆压力的大小和分布规律，指导井筒治理期间的注浆压力设置，并对危及井壁安全的井壁受力予以警示；通过对主要层位井壁变形的监测，了解井壁的受力条件，判断井壁使用的可靠性以及安全程度，并可为井筒综合治理期间注浆压力的控制提供实时的信息化施工指导；通过对主要层位井壁温度的监测，了解井壁温度的变化，可及时判断浆液反应温度对井壁温度变化的影响，解决了既有井筒条件下深立井地层加固注浆过程中井壁的监测问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深立井地层加固注浆监测系统的空白，是井筒破裂综合治理方案的重要组成部分，确保了矿井在综合治理期间的安全生产，极大地提高了深立井地层加固注浆的安全性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种对井壁进行监测的钢弦式传感器系统，用于既有井筒条件下的深立井进行地层加固注浆的过程中对井壁进行监测，进而对变形进行预警，其特征在于，
所述钢弦式传感器系统包括：钢弦式混凝土应变计、钢弦式压力计、电缆、测量仪和计算机；
若干个钢弦式混凝土应变计均设置在所述井壁的内表面上，若干个所述钢弦式压力计均设置在所述井壁的内部；
若干个所述钢弦式混凝土应变计和若干个所述钢弦式压力计均通过所述电缆与所述测量仪连接，所述测量仪与所述计算机连接；
所述测量仪接收由所述钢弦式混凝土应变计和所述钢弦式压力计采集的频率信号，所述测量仪将所述频率信号转换为包括所述井壁的应变值和压力值的数字信号，并将所述数字信号传递给所述计算机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述钢弦式混凝土应变计在所述井壁的内表面上以两种方式进行设置，一种方式是沿所述井壁的内表面竖向设置、另一种方式是沿所述井壁的内表面环向设置；
所述钢弦式压力计在所述井壁的内部以两种方式进行设置，一种方式是沿所述井壁的内部竖向设置、另一种方式是沿所述井壁的内部环向设置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
沿所述井壁的竖直方向上设置有多个水平的监测层；
每个所述监测层包括一条所述电缆；
在每个所述监测层内包括有四至八个竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计和四至八个环向设置的所述钢弦式混凝土应变计，在一个所述监测层内竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计与环向设置的所述钢弦式混凝土应变计的数量相同；
在一个所述监测层内的竖向设置的所述钢弦式混凝土应变计均匀分布在所述井壁的内表面上、环向设置的所述钢弦式混凝土应变计均匀分布在所述井壁的内表面上。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
在每个所述监测层内还包括有四至八个竖向设置的所述钢弦式压力计和四至八个环向设置的所述钢弦式压力计，在一个所述监测层内竖向设置的所述钢弦式压力计与环向设置的所述钢弦式压力计的数量相同；
在一个所述监测层内的竖向设置的所述钢弦式压力计均匀分布在所述井壁的内部、环向设置的所述钢弦式压力计均匀分布在所述井壁的内部。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述钢弦式混凝土应变计通过底座和膨胀螺栓固定在所述井壁的内表面上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述钢弦式压力计设置在所述井壁上开设的槽口内，所述钢弦式压力计置于所述槽口的底部，所述槽口内的空余部分由水泥填充。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
在所述钢弦式混凝土应变计和/或所述钢弦式压力计中设置有热敏电阻，由所述热敏电阻测出所述井壁的温度值，所述温度值通过所述测量仪传递给所述计算机。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述井壁包括外层井壁和内层井壁，所述外层井壁套设在所述内层井壁的外周；所述监测层设置在所述内层井壁上并沿所述内层井壁的竖直方向上设置有多个。
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| CN108489435B (zh) * | 2018-03-22 | 2020-04-21 | 安徽理工大学 | 对井壁进行监测的钢弦式传感器系统和变形预警的方法 |
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