地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法，屬于礦業(yè)和巖土工程安全檢測與監(jiān)控技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

地下空間圍巖存在片幫、頂板冒落、突水及巖爆動力災害等危險，其對工作人員和設備構(gòu)成了直接威脅，而且影響工程進度，還能造成支護失效，甚至地震。錨桿支護已成為世界各國礦井巷道及其它地下工程支護的一種主要形式，錨桿錨固區(qū)的長期穩(wěn)定性問題尤為重要。隨著地下空間開發(fā)和開采深度的不斷增加，地應力越來越高，圍巖破壞頻度和強度越來越高，工程災害日益嚴重，安全問題亟待解決。

目前關于圍巖監(jiān)測主要有圍巖變形監(jiān)測可細分為表面位移監(jiān)測、頂板離層和松動范圍監(jiān)測、巷道支架載荷監(jiān)測、圍巖的應力監(jiān)測等，其監(jiān)測手段主要包括聲發(fā)射監(jiān)測和超聲波監(jiān)測，其中針對圍巖的聲發(fā)射監(jiān)測，其安裝監(jiān)測過程相對繁瑣復雜而且費用高，對整個安裝質(zhì)量的要求也較高，監(jiān)測數(shù)據(jù)的后期分析復雜和不方便，實際使用效果并不理想，針對圍巖的超聲波監(jiān)測，其能真正反映圍巖內(nèi)部的變化情況，但是其不適合長期監(jiān)測。

要保證安全必須針對上述問題的發(fā)生采取措施及事先預防和預警，需要研究針對圍巖的釋能技術(shù)、緩沖技術(shù)和對圍巖或錨固區(qū)的監(jiān)測監(jiān)控方法。目前針對圍巖錨固區(qū)的釋能和緩沖方法主要集中在使用錨桿緩沖托盤、吸能可變形托盤、大變形吸能錨桿和恒阻大變形錨桿等，以上方法不能很好的同時實現(xiàn)緩沖和釋能功能，更不能實現(xiàn)圍巖監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過設置圍巖感應緩沖機構(gòu)，實現(xiàn)了對圍巖能量的釋放和發(fā)生破壞時的緩沖，同時可實現(xiàn)對圍巖位移量的監(jiān)測，并通過圍巖的位移量進行實時記錄和分析，由主控計算機根據(jù)位移的變化監(jiān)測圍巖或錨固區(qū)的穩(wěn)定性進行判斷，降低了事故發(fā)生可能性的地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法，其特征在于：包括監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括在圍巖中安裝的若干錨桿，在錨桿上安裝有用于對圍巖的位移進行感應和緩沖的圍巖感應緩沖機構(gòu)，還設置有圍巖位移采集裝置，圍巖位移采集裝置安裝在圍巖感應緩沖機構(gòu)上并主控計算機實現(xiàn)通訊，還包括如下步驟：

步驟1，將錨桿安裝于圍巖的錨固檢測區(qū)內(nèi)；

步驟2，將圍巖感應緩沖機構(gòu)套裝在錨桿位于圍巖的部分；

步驟3，將圍巖位移采集裝置安裝在圍巖感應緩沖機構(gòu)上，并實現(xiàn)圍巖位移采集裝置與主控計算機的通訊；

步驟4，由圍巖感應緩沖機構(gòu)對發(fā)生位移的圍巖進行緩沖和感應，并通過圍巖位移采集裝置對圍巖的位移量進行監(jiān)測，并將監(jiān)測得到的數(shù)值送入主控計算機內(nèi)；

步驟5，由主控計算機判斷圍巖的位移量是否超過預設定的閾值或符合前兆模式，如果圍巖的位移量超過預設定的閾值或符合前兆模式，執(zhí)行步驟6，如果圍巖的位移量未超過預設定的閾值或并且不符合前兆模式，返回執(zhí)行步驟4；

步驟6，主控計算機判斷圍巖是否存在發(fā)生圍巖災害的可能性，如果存在發(fā)生圍巖災害的可能性，執(zhí)行步驟7，如果不存在發(fā)生圍巖災害的可能性，執(zhí)行步驟9；

步驟7，由主控計算機預報圍巖災害所出現(xiàn)的范圍，并同時執(zhí)行步驟8和步驟9；

步驟8，由主控計算機發(fā)布圍巖災害的預警級別；

步驟9，由主控計算機進行報警。

優(yōu)選的，所述的圍巖感應緩沖機構(gòu)包括依次套設在所述錨桿上的活動托盤、壓縮彈簧和固定托盤，在固定托盤的外側(cè)通過緊固螺母對活動托盤、壓縮彈簧和固定托盤進行固定。

通過設置壓縮彈簧，當圍巖發(fā)生位移時通過活動托盤擠壓壓縮彈簧，通過壓縮彈簧被壓縮達到對圍巖釋能的效果，圍巖發(fā)生破壞時壓縮彈簧可隨之發(fā)生壓縮變形，實現(xiàn)緩沖作用，將能量消解，降低傷害，減小事故損傷。

優(yōu)選的，圍巖位移采集裝置為安裝于所述的活動托盤和固定托盤之間的位移傳感器。

優(yōu)選的，所述的位移傳感器為拉繩位移傳感器，拉繩位移傳感器的本體安裝在固定托盤的外盤面上，其拉繩穿過固定托盤之后固定到活動托盤的外盤面上。

優(yōu)選的，所述的壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述的監(jiān)測系統(tǒng)還包括由主控計算機進行驅(qū)動的聲光報警裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：

1、通過本地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法，通過設置圍巖感應緩沖機構(gòu)，實現(xiàn)了對圍巖能量的釋放和發(fā)生破壞時的緩沖，同時可實現(xiàn)對圍巖位移量的監(jiān)測，并通過圍巖的位移量進行實時記錄和分析，由主控計算機根據(jù)位移的變化監(jiān)測圍巖或錨固區(qū)的穩(wěn)定性進行判斷，降低了事故發(fā)生的可能性；

2、釋能、緩沖：采用圓柱形壓縮彈簧，可實現(xiàn)超過一定壓力情況下圓柱形壓縮彈簧被壓縮達到對圍巖的釋能，圍巖發(fā)生破壞時圓柱形壓縮彈簧可隨之發(fā)生壓縮變形，實現(xiàn)緩沖作用，將能量消解，降低傷害，減小事故損傷；

3、自動化程度高、無損傷：由拉繩位移傳感器和變送器及主控計算機程序?qū)崟r采集和顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)并繪制圖形與分析，自動化程度高，節(jié)省了人力、物力，實現(xiàn)了對圍巖的無損監(jiān)測；

4、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、可靠、應用范圍廣：拉繩位移傳感器對位移的監(jiān)測精度高，受外界的干擾影響小，使得監(jiān)測到的數(shù)據(jù)更真實可靠；變送器及主控計算機程序?qū)崟r采集和顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)并繪制圖形與分析，實現(xiàn)了對圍巖的全程控實時監(jiān)測；本裝置可應用于圍巖的大變形、片幫、底鼓、頂板冒落、巖爆動力災害、突水等預測預報上；

5、操作與后期分析簡單：采用本裝置監(jiān)測具有簡單、易于操作的特點，整個監(jiān)測過程不影響工程的正常進行。監(jiān)測的后期分析比較簡單，主要為位移和壓力數(shù)據(jù)分析等，如果符合設定的值或前兆模式即發(fā)出預警，以確保工作人員和設備的安全。

附圖說明

圖1為地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

圖2為地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測系統(tǒng)原理方框圖。

圖3為地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法流程圖。

其中：1、錨桿2、緊固螺母3、拉繩位移傳感器4、固定托盤5、壓縮彈簧6、活動托盤7、圍巖。

具體實施方式

圖1~3是本發(fā)明的最佳實施例，下面結(jié)合附圖1~3對本發(fā)明做進一步說明。

地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法，包括一個監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，該監(jiān)測系統(tǒng)包括：固定于圍巖7中的錨桿1，在錨桿1位于圍巖7外的部分套裝有活動托盤6，在活動托盤6的外側(cè)安裝有壓縮彈簧5，在壓縮彈簧5的外側(cè)安裝有固定托盤4，在固定托盤4的外側(cè)通過緊固螺母2將固定托盤4、壓縮彈簧5以及活動托盤6固定在圍巖7的表面，并保證壓縮彈簧5處于壓縮的狀態(tài)。

在固定托盤4與活動托盤6的之間安裝有拉繩位移傳感器3，拉繩位移傳感器3的本體固定在固定托盤4的外盤面上，拉繩位移傳感器3的拉繩穿過固定托盤4的盤面后固定在活動托盤6的外盤面上。結(jié)合圖2，拉繩位移傳感器3的信號輸出端與主控計算機的信號輸入端相連，通過拉繩位移傳感器3對活動托盤6和固定托盤4之間的位移量進行檢測，并將活動托盤6和固定托盤4之間的位移量送入主控計算機內(nèi)，由主控計算機進行分析。還設置有由主控計算機進行控制的聲光報警裝置。

如圖3所示，地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟1001，在圍巖7的錨固檢測區(qū)安裝錨桿1；

將錨桿1固定于圍巖7的錨固檢測區(qū)內(nèi)。

步驟1002，依次安裝固定托盤4、壓縮彈簧5和活動托盤6；

依次將活動托盤6、壓縮彈簧5以及固定托盤4套裝在錨桿1上，然后在固定托盤4的外盤面上安裝緊固螺母2，通過緊固螺母2將固定托盤4、壓縮彈簧5以及活動托盤6固定在錨桿1上，并使壓縮彈簧5處于壓縮狀態(tài)。

步驟1003，安裝拉繩位移傳感器3并與主控計算機實現(xiàn)通訊；

將拉繩位移傳感器3的本體安裝在固定托盤4的外盤面上，然后將拉繩位移傳感器3的拉繩穿過固定托盤4之后固定到活動托盤6的外盤面上，然后將拉繩位移傳感器3的信號輸出端與主控計算機相連，并實現(xiàn)通訊。

步驟1004，由拉繩位移傳感器3與主控計算機對圍巖7位移進行實時監(jiān)測；

當圍巖7發(fā)生位移時，由圍巖7產(chǎn)生的位移會傳導至活動托盤6上，因此活動托盤6和固定托盤4之間的距離會發(fā)生變化，并由拉繩位移傳感器3對活動托盤6和固定托盤4之間的距離變化進行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的位移數(shù)據(jù)送入主控計算機內(nèi)。

當圍巖7的位移使活動托盤6的壓力超過一定程度后，壓縮彈簧5在活動托盤6的壓力下產(chǎn)生位移，達到對圍巖7釋能的效果。圍巖7發(fā)生破壞時壓縮彈簧5可隨之發(fā)生壓縮變形，實現(xiàn)緩沖作用，將能量消解，降低傷害，減小事故損傷。

步驟1005，判斷圍巖7位移是否符合預設定的閾值或前兆模式；

主控計算機判斷拉繩位移傳感器3送入的位移數(shù)值判斷圍巖7的位移量是否超過預設定的閾值或符合前兆模式，如果圍巖7的位移量超過預設定的閾值或符合前兆模式，執(zhí)行步驟1006，如果圍巖7的位移量未超過預設定的閾值或并且不符合前兆模式，返回執(zhí)行步驟1004。

步驟1006，主控計算機判斷是否存在發(fā)生圍巖災害的可能性；

主控計算機判斷圍巖7是否存在發(fā)生圍巖災害的可能性，如果存在發(fā)生圍巖災害的可能性，執(zhí)行步驟1007，如果不存在發(fā)生圍巖災害的可能性，執(zhí)行步驟1009。

步驟1007，預報圍巖災害的范圍；

由主控計算機預報圍巖災害所出現(xiàn)的范圍，并同時執(zhí)行步驟1008和步驟1009。

步驟1008，由主控計算機發(fā)布圍巖災害的預警級別。

步驟1009，由主控計算機驅(qū)動聲光報警裝置進行報警。

具體工作過程及工作原理如下：

利用本地下空間圍巖災害釋能及緩沖實時監(jiān)測方法對圍巖7進行監(jiān)測時，首先在圍巖7的錨固檢測區(qū)施工錨桿1，將錨桿1固定在圍巖7內(nèi)部，然后在錨桿1位于圍巖7外的部分依次安裝活動托盤6、壓縮彈簧5以及固定托盤4，通過緊固螺母2進行固定，并使壓縮彈簧5處于壓縮狀態(tài)。

然后將拉繩位移傳感器3的本體安裝在固定托盤4的外盤面上，然后將拉繩位移傳感器3的拉繩穿過固定托盤4之后固定到活動托盤6的外盤面上，然后將拉繩位移傳感器3的信號輸出端與主控計算機相連，并實現(xiàn)通訊，并開始對圍巖7的位移量進行監(jiān)測。

當圍巖7出現(xiàn)位移時，拉繩位移傳感器3通過活動托盤6和固定托盤4之間間距的變化得到圍巖7位移量，并將圍巖7發(fā)生的位移量送入主控計算機中。主控計算機首先判斷圍巖7的位移量是否超出預設定的閾值或符合前兆模式，如果未超過預設定的閾值或并且不符合前兆模式，則繼續(xù)進行監(jiān)測；如果圍巖7的位移量超過預設定的閾值或符合前兆模式，主控計算機判斷圍巖7是否存在發(fā)生圍巖災害的可能性，如果不存在發(fā)生圍巖災害的可能性，由主控計算機驅(qū)動聲光報警裝置進行警示；如果存在發(fā)生圍巖災害的可能性，由主控計算機預報圍巖災害所出現(xiàn)的范圍，發(fā)布圍巖災害的預警級別并驅(qū)動聲光報警裝置進行報警，并通知施工人員盡快撤離。圍巖7發(fā)生破壞時壓縮彈簧5可隨之發(fā)生壓縮變形，實現(xiàn)緩沖作用，將能量消解，降低傷害，減小事故損傷。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。