[发明专利]外口自由式收敛仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及外口自由式收敛仪及其测量方法，尤其适用于测量巷道表面位移和围岩内部特定区域相对变形，也适用于测量围岩内部特定区域相对变形情况，如锚固区的膨胀变形等。

背景技术

煤矿巷道作为井下重要的运行通道和工作空间，其稳定状况直接影响到矿井的正常生产和工人的生命安全。目前，我国煤矿采准巷道基本为锚杆支护，与传统的棚式支护相比，锚杆支护属于隐蔽性工程，内部破坏不易显现，冒顶事故具有突发性，所以必须进行日常巷道围岩变形监测，以判断巷道支护质量和优化巷道支护参数，保证巷道维护的完好程度和工作空间的安全性，更好为矿井高效安全生产服务。

巷道表面位移是煤矿巷道围岩变形监测的核心内容，其测量方法一般包括“十字”断面、“艹字”断面、“井字”断面等，测量工具主要有钢卷尺、测杆、测枪、收敛仪、塔尺、激光测距仪等，但是现有的测量工具及方法都在巷道内作业，对巷道正常通行和工作影响较大；测站保护困难，可靠性低；测量费时耗力，工作量较大；过程受人为因素影响较大，可重复性差，精度难以保证；有大型设备区域或风速大的巷道难以测量；测量所得数据为顶底板、两帮相对变形量，无法测量测点的绝对变形量；巷道扩刷后测站被破坏，无法实现扩刷前后的连续观测。因此，利用周边浅部围岩固定测点开展观测，已经不适用于大变形、松软围岩和深部巷道等工程环境和条件。

但是目前尚缺少一套对施工影响小、测读方便、可重复性强、精度高的围岩变形观测装备和方法。现存观测方法在测读精度上存在的问题影响了现场基础资料的采集，限制了对围岩变形规律的把握，阻碍了巷道支护技术的进一步发展。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中的不足，提供一种结构简单、方法简便、施工影响小、测读方便、可重复性强、精度高的外口自由式收敛仪及其测量方法。

技术方案：本发明的外口自由式收敛仪，包括经树脂锚固剂锚固在钻孔内的深部锚固基杆、与深部锚固基杆相连的多节中部连接杆，所述的钻孔孔口处设有固定中部连接杆的楔形导向指示盘，中部连接杆的外露端连有至少一根外口自由杆；所述的深部锚固基杆、多节中部连接杆每节长度为1000mm~3000mm，外口自由杆每节长度为100mm；所述的深部锚固基杆、多节中部连接杆及外口自由杆的后部均设有续接螺纹孔；中部连接杆、外口自由杆的前部均设有与接螺纹孔相匹配的螺纹联接头。

所述的外口自由杆表面标有刻度；所述的楔形导向指示盘长度为100mm~200mm，楔形导向指示盘的楔形最大半径比钻孔的孔径大5~8mm，楔形角为5～10°。

本发明的外口自由式收敛仪的测量方法：

a．在待观测巷道内垂直于围岩表面分别向顶板和两帮的中部各施工一个深度不小于10m的钻孔，通过钻孔窥视确定巷道周围岩体裂隙发育深度和相对稳定区域深度，相对稳定区域深度为8~10m；

b．紧跟掘进工作面在巷道顶板和两帮各施工一个或多个长度不小于相对稳定区域深度的钻孔作为一个测站；

c．将长度不小于1000mm的树脂锚固剂放入钻孔内，然后将深部锚固基杆、多节中部连接杆依次连接紧固后送入钻孔内，外口自由杆连接在孔口处，深部锚固基杆与多节中部连接杆的连接长度之和比钻孔深度小10mm~50mm，各个连接杆连接完毕后进行搅拌锚固；

d．将楔形导向指示盘穿过外口自由杆，楔入钻孔的孔口内，与岩面紧贴，此时楔形导向指示盘外缘所指示的外口自由杆表面刻度的读数记录为初始值；

当巷道围岩在变形扩容过程中，不断将楔形指示盘向外口自由杆的末端推移，使外口自由杆向孔内位移，根据观测的需要定时记录外口自由杆表面刻度的读数，每记录两次的读数之差即为围岩的变形速度；

当外口自由杆向孔内位移至外露段距离为10~20mm时，续接下一根外口自由杆，保证外口自由杆一直有外露在钻孔外的长度；

e．连续3~5天巷道围岩的变形速度低于1mm/d时，观测结束，外口自由杆的表面刻度的读数为最终读数，最终读数与初始读数的差值即为观测期间的巷道表面的收敛量； 

f．间隔10m~20m距离，重复步骤b~ e，布置下一个测站。根据测量需要，布置多个测站，即可得到多个位置的围岩变形特征。

有益效果：本发明能有效解决目前存在的测站保护难、易受人为因素影响、精度低、影响生产等问题，提高巷道表面位移测量效率和精度。可以很好地解决煤矿巷道围岩表面位移观测和围岩内部特定区域相对变形测量中遇到的困难。其结构简单、方法简便、施工影响小、测读方便、可重复性强、精度高。具体优点如下：