專利名稱：高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種監(jiān)測系統(tǒng)，具體是高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)。
技術(shù)背景
近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速穩(wěn)定發(fā)展，能源需求旺盛，煤炭產(chǎn)量大幅 度增加，2001年我國煤炭產(chǎn)量為10. 98億t， 2003年達(dá)到16億t， 2004年達(dá)到 19億t，2005年接近22億t。這使得礦井開采延伸速度加快，采深進(jìn)一步加大， 一些中老礦井及深部礦井，己經(jīng)進(jìn)入深部開采階段，東北及中東部地區(qū)的多數(shù)礦 區(qū)開采歷史長，開采深度大，如平煤集團(tuán)十二礦深部已經(jīng)達(dá)到1150m。國際方面， 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類生活水平的提高，對金屬礦產(chǎn)的需求量與日劇增，金屬礦 產(chǎn)的開采深度不斷延伸，南非是世界上礦山開采深度最大的國家，開采深度已達(dá) 4600m。隨著開采深度的增大，礦井開采地質(zhì)力學(xué)環(huán)境與淺部開采相比發(fā)生明顯 改變，導(dǎo)致深部開采工程災(zāi)害日趨嚴(yán)重。正是由于深部開采地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的改變， 使得深部開采巖石力學(xué)行為與淺部明顯不同，基于淺部開采形成的巖層控制理論 與技術(shù)不能適應(yīng)深部丌采。為了保證深部資源的安全高效開采，必須開展深部開 采相關(guān)問題的研究。深部開采主要研究方向不但包括深部開采巖體力學(xué)基本特 性、深部開采巷道工程穩(wěn)定性控制、深部開采動力災(zāi)害防治、深部開采巖層移動 與開采沉陷控制等方面，而且應(yīng)包括測試?yán)碚撆c測試技術(shù)的研究。 采礦和地下工程都需要在地下開挖，形成一定大小的空間，并保持該空間的 穩(wěn)定。但是，地下空間的開挖將會擾動巖石介質(zhì)，造成巖石內(nèi)應(yīng)力和巖石強(qiáng)度的 變化，產(chǎn)生巖石應(yīng)力轉(zhuǎn)移、集中和巖石強(qiáng)度的減小，使周圍巖石發(fā)生變形甚至破 壞，發(fā)生巖石物理狀態(tài)的改變。這個在開挖的空間周圍所形成的破裂區(qū)， 一般是 圍繞開挖空間形成環(huán)狀。這個由于應(yīng)力作用產(chǎn)生的環(huán)狀破裂帶稱為巷道圍巖松動 圈，簡稱為松動圈。
松動圈的大小是選擇支護(hù)方式的重要依據(jù)和前提。目前，常用的松動圈測試 方法有聲波法、多點(diǎn)位移計法、地震波法、地質(zhì)雷達(dá)法和滲透法等。但是，上述 方法在峒室(尤其是大斷面峒室)松動圈測試大都存在著數(shù)據(jù)采集速度慢、費(fèi)用高或操作困難等缺點(diǎn)。因此，有必要研究安裝工藝簡單、操作簡便、快速經(jīng)濟(jì)的
松動圈探測技術(shù)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種高密度電阻率監(jiān)測 圍巖松動圈的系統(tǒng)。本實(shí)用新型使松動圈探測技術(shù)工藝簡單、操作簡便、快速經(jīng) 濟(jì)、準(zhǔn)確可靠。
本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)，其特征在于在圍巖巷道內(nèi)的多個斷
面上分別鉆孔5 9個，鉆孔呈圓周分布，孔的深度為5~7m，孔的直徑為45~55mm; 將電極按照每間隔0.1-0.3米，按照先里后外的順序固定于空心導(dǎo)桿上，空心導(dǎo) 桿帶同各電極置于鉆孔內(nèi)，通過耦合劑將電極、空心導(dǎo)桿與孔壁耦合成一體，所 述的各電極均連接到多芯電纜上，所述的多芯電纜接入到電阻率儀。
巖層變形必然導(dǎo)致巖石的孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致巖石電阻率 發(fā)生變化。當(dāng)應(yīng)力在巖石強(qiáng)度極限范圍內(nèi)時，隨著應(yīng)力的增大，干燥或稍許含水 的巖石其電阻率會減小，這是因?yàn)橛捎诳紫抖冉档?、顆粒間接觸良好的原因；除 此之外，巖石中孤立的含水孔隙在壓力的作用下閉合形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，也會 使其電阻率減小。當(dāng)應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度極限時，隨著應(yīng)力的增大，巖石變形破裂， 其電阻率會明顯增大。根據(jù)此原理，可利用在圍巖中施工地質(zhì)鉆孔、在孔中埋設(shè) 電極、采用高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)的方法對覆巖破壞情況進(jìn)行監(jiān)測。
本實(shí)用新型利用錨桿鉆機(jī)鉆孔、錨固劑封閉孔口 、簡易壓力容器灌注水泥漿、 高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是
本實(shí)用新型具有施工工藝簡單、緊密結(jié)合巷道開挖與支護(hù)的工藝特點(diǎn)，做到 了因地制宜、簡便易行，且做到"一次安裝，長久監(jiān)測"。

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圖1為本實(shí)用新型中鉆孔的布置附圖2為本實(shí)用新型的電極與鉆孔壁耦合示意圖。
具體實(shí)施方式
高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)，在圍巖巷道1內(nèi)的多個斷面上分別鉆5~9個孔2，孔2呈圓周分布，孔2的深度為5 7m，孔2的直徑為45 55mm; 將電極3按照每間隔0.1-0.3米，按照先里后外的順序固定于空心導(dǎo)桿4上，空 心導(dǎo)桿4帶同各電極3置于鉆孔內(nèi)，通過耦合劑將電極、空心導(dǎo)桿4與孔2內(nèi)壁 耦合成一體，各電極3均連接到多芯電纜5上，所述的多芯電纜5接入到電阻率 儀。
系統(tǒng)施工方法
1、 鉆孔2施工
深埋的地下峒室所受的地應(yīng)力較大，為了保持大斷面的永久性和地下峒室的 穩(wěn)定性， 一般采用錨噴+襯砌的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行峒室支護(hù)。用錨桿加固圍巖時， 必須用錨桿鉆機(jī)施工錨桿鉆？L。對于拱高小于10m的地下峒室，目前探測的松動 圈厚度一般在4.0m以下。因此，探測孔的深度可控制在6.0m左右，鉆孔2直徑 可控制在50mm左右。根據(jù)測試斷面的大小可布置5 9個鉆孔2，在峒室錨噴支 護(hù)時，可利用錨桿鉆機(jī)迸行探測鉆孔的施工。
2、 電極3的放置
鉆孔2盡量與峒室壁垂直，如不垂直則按夾角進(jìn)行換算，為了保證松動圈探 測精度，電極距一般為O. 1 0.3m左右；電極距過小，則電極長度與電極距的比 過大，難以形成理想的點(diǎn)電源，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；電極距過大，則探測精度較 小。鉆孔2形成后，將電極3按先里后外的順序固定在PVC空心導(dǎo)桿4上，各電 極3連接到多芯電纜5上，然后送入鉆孔2的預(yù)定位置，為了減小鉆孔孔徑，減 小鉆孔施工的難度，固定電極的PVC空心導(dǎo)桿4兼作排氣管。
3、 鉆孔2封閉
注槳前，先用樹脂錨固劑將設(shè)置于鉆孔口的PVC注漿管6、 PVC空心導(dǎo)桿4、 連接電極的多芯電纜5與圍巖粘結(jié)在一起。注漿時使用排氣返漿法， 一次性由孔 口向孔內(nèi)注滿水泥漿直到PVC空心導(dǎo)桿4出水泥漿為止，以避免灌注不實(shí)。注漿 采用自行研制的簡易壓力容器，采用的是供風(fēng)鎬、風(fēng)泵等施工設(shè)備所用的風(fēng)能。 具體操作步驟是
(1) 鉆孔孔口處的樹脂錨固劑固化后，將壓力容器用橡膠管分別與進(jìn)風(fēng)管、 注漿管相聯(lián)接，并保證連接處密實(shí)；
(2) 按水泥、水的比例為1 2: 1在壓力容器中配制水泥漿；(3) 打開壓力容器進(jìn)風(fēng)管控制閘閥；當(dāng)壓力容器壓力表讀數(shù)為2. 0MPa時， 關(guān)閉進(jìn)風(fēng)管控制閘閥；
(4) 打開壓力容器輸漿管控制閘閥，水泥漿比過注漿管進(jìn)入鉆孔內(nèi)，當(dāng)PVC 空心導(dǎo)桿出漿時，表明鉆孔己經(jīng)注滿水泥漿。此時，關(guān)閉壓力容器輸漿 管控制閘閥，將鉆孔口處連接注漿管的橡膠管對折扎緊，然后截斷多余 的橡膠管。
4、將連接各電極引線的多芯電纜接入到電阻率儀，通過監(jiān)測各斷面上電阻率的 變化，對圍巖松動圈變化情況進(jìn)行監(jiān)測。
權(quán)利要求1、高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)，其特征在于在圍巖巷道內(nèi)的多個斷面上分別鉆孔5～9個，鉆孔呈圓周分布，孔的深度為5～7m，孔的直徑為45～55mm；將電極按照每間隔0.1-0.3米，按照先里后外的順序固定于空心導(dǎo)桿上，空心導(dǎo)桿帶同各電極置于鉆孔內(nèi)，通過耦合劑將電極、空心導(dǎo)桿與孔壁耦合成一體，所述的各電極均連接到多芯電纜上，所述的多芯電纜接入到電阻率儀。
專利摘要本實(shí)用新型公開了高密度電阻率監(jiān)測圍巖松動圈的系統(tǒng)，它是先在圍巖巷道內(nèi)的多個斷面鉆孔，孔內(nèi)埋設(shè)帶有電極的多芯電纜和排氣管，運(yùn)用注漿裝置將鉆孔內(nèi)注滿耦合劑，通過連接到多線電纜的外端的電阻率儀測出多組電阻率數(shù)據(jù)，最后根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)運(yùn)用高密度電阻率法對圍巖松動圈實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。本實(shí)用新型具有施工工藝簡單、緊密結(jié)合巷道開挖與支護(hù)的工藝特點(diǎn)，做到了因地制宜、簡便易行，且做到“一次安裝，長久監(jiān)測”。
文檔編號E21C39/00GK201401174SQ20092014337
公開日2010年2月10日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者姚直書, 宋海清, 樺 王, 王曉健, 樺 程, 榮傳新, 蔡海兵 申請人:安徽理工大學(xué)