一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护及监控设备的制作方法

本发明涉及土木工程技术领域，也涉及煤矿支护方法及支护状态监控领域，特别涉及一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护及监控设备。

背景技术：

在地下工程围岩中,非贯通裂隙岩体是较为常见的，由于风化等因素作用,裂隙岩体地下工程稳定性较差,破坏模式不同于一般岩体工程，裂隙岩体具有力学特征复杂、非线性等特点,构建一个能准确描述裂隙发展演化下岩体非线性力学模型较为困难,而描述裂隙岩体峰后应变软化行为则更加困难。

技术实现要素：

由于裂隙和结构面作用,埋深较浅围岩一般呈现出应变软化行为,而设计者对此缺乏深入认识,将引发安全事故，支护结构稳定性评价、围岩破坏模式、围岩-支护结构相互作用行为和最佳支护时机、参数是裂隙岩体地下工程设计中重要问题,解决这些问题无不涉及围岩本构模型，因此,构建裂隙发展演化条件下围岩应变软化模型,对深入了解裂隙围岩破坏行为有着重要现实意义，通过设计的围岩本构模型可以分析研究围岩应变软化区、破碎区及巷道周边变化趋势，可以通过地质雷达和钻孔超前探测关键技术，得到围岩应变软化区、断层带构造，位置及水文情况，从而对容易发生围岩应变软化区进行支护与实时监控，由于支护体两侧受到的挤压力较大，容易发生损坏，因此在进行支护时需要重点支撑并进行实时监控，并及时对测量得到的数据进行分析对比，以便于可以及时做到防护，为此，我们提出一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护方法及支护的监控设备，可以有效解决背景技术中的问题：由于支护体两侧受到的挤压力较大，容易发生损坏，因此在进行支护时需要重点支撑并进行实时监控，并及时对测量得到的数据进行分析对比，以便于可以及时做到防护。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护方法，具体包括以下步骤：

a：对存在应变软化特性围岩的隧道内安装下支护底板，再在下支护底板的上端设置有外支护拱架，即先将外支护侧板安装在下支护底板上，再将支护顶板安装在外支护侧板上，并在支护顶板的外侧安装多组应变传感器，用力检测混凝土应力应变，再通过将多组固定锚杆以适当的间距安装在围岩内，使得外支护侧板与支护顶板上与围岩固定，再将钢丝绳与多组固定锚杆连接，即将钢丝绳与多组固定锚杆组合形成锚杆连接群，进而可以对锚杆起到一定固定作用，防止后期锚杆脱落，再将内支护拱架安装在外支护拱架的内部，通过设置的外支护拱架和内支护拱架配合使用，进一步增加了支撑作用，且在后期需要巩固加强支护的同时，通过打开安装盖板，对其内部浇筑混凝土，使得外支护拱架和内支护拱架之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，也有利于后期加固；

b:完成a步骤后，再将外层检测机构安装在外支护拱架外侧设有的安装检测槽的内部，通过设置的外层检测机构可以对外支护拱架外侧受到的围岩的压力，可以实时监控围岩形变对外支护拱架外侧的压力，再将内层检测机构安装在外支护拱架与内支护拱架之间，通过设置的内层检测机构可以实时监测围岩挤压外支护拱架后，外支护拱架受到的形变大小，进而可以判定围岩的压力对支护装置的支护强度的影响，并对可能产生的危害进行防治；

c:完成b步骤后，再将多组连接支撑机构安装在外支护侧板的一侧，进而可以对整个支护装置最薄弱的地区进行加固，其中连接支撑机构包括第一连接座、第二连接座和连接凸起杆，即通过将第一连接座安装在外支护拱架的内侧，将第二连接座安装在内支护拱架的外侧，连接凸起杆设置在第一连接座和第二连接座之间，进而可以起到支撑的作用，安装完成后再浇筑混凝土；

所述固定锚杆的一端设置有托盘座，所述固定锚杆的一端外侧设置有安装螺母，所述固定锚杆的另一端设置有锚头，靠近所述锚头固定锚杆的一侧开设有安装槽，所述安装槽的内部设置有第一传感光纤；

其中，所述外层检测机构包括连接安装板、第一连接杆、检测连接杆、检测安装杆、第一弹簧、弹性检测块和第一压力传感器，所述检测连接杆位于第一连接杆的内部并与连接安装板连接，所述检测安装杆的一端位于第一连接杆的内部，所述检测安装杆的一端开设有检测放置槽，所述第一弹簧的一端与检测连接杆连接，所述第一弹簧的另一端与弹性检测块连接，所述，位于所述检测放置槽一侧检测安装杆的一端开设有防护槽，所述防护槽的上端连接有上连接杆，所述防护槽的下端连接有下连接杆，所述上连接杆与下连接杆之间连接有防护连接板；

所述内层检测机构包括第二连接杆、第三连接杆、外检测壳体、第一检测杆、第一检测块和第二压力传感器，所述第二连接杆的一端位于外检测壳体的内部并连接有滑动块，所述第三连接杆的一端位于外检测壳体的内部并连接有滑动块，所述外检测壳体的内部开设有滑动槽，所述滑动槽的内部设置有多组对称设置的弧形弹性板，所述外检测壳体的内部下端开设有滑动检测槽，所述第一检测杆的下端位于滑动检测槽的内部，所述检测槽的内部还设置有第二弹簧，围岩挤压外支护拱架并带动第二连接杆移动，并进一步带动下端的第一检测杆移动，使得第一检测杆带动第一检测块挤压设置的第二压力传感器，通过检测压力的变化进而可以对外支护拱架受到的挤压力进行检测，便于进行后期巩固工作。

其中，所述检测安装杆与内支护拱架的外侧连接，所述弹性检测块位于第一压力传感器的一侧，所述防护连接板位于第一压力传感器的另一侧。

其中，所述上连接杆与下连接杆的强度较弱，所述弹性检测块的大小大于防护槽，使得弹性检测块不能进入防护槽的内部，设置的连接安装板将收到的挤压力传递给检测连接杆，并带动设置的第一弹簧和弹性检测块移动对第一压力传感器进行挤压，从而可以得到外支护拱架外侧收到的挤压力，进而可以得知围岩的应力，当第一压力传感器受到的挤压力较大，此时防护连接板与上连接杆与下连接杆断开连接，使得防护连接板可以带动第一压力传感器进入防护槽的内部，进而可以起到保护作用，防止挤压力过大超过第一压力传感器的承受值造成损坏。

其中，所述第二连接杆的另一端与外支护拱架的内侧连接，所述第三连接杆的另一端与内支护拱架的外侧连接。

其中，所述滑动块位于滑动槽的内部，两组所述弧形弹性板的侧视图设置为椭圆形，进而使得弧形弹性板可以发生一定的形变，进而具有一定的弹性，多组所述弧形弹性板位于两组滑动块之间。

其中，所述第一检测块的一侧与第一检测杆连接，所述第二弹簧的一端与滑动检测槽的内壁连接，所述第二弹簧的另一端与第二压力传感器连接，所述第二压力传感器位于第一检测块的一侧。

其中，所述第一传感光纤通过连接线缆与外部的信号接收器连接，所述安装螺母设在托盘座的一侧，所述托盘座设置在外支护侧板的一侧，通过在设置的固定锚杆的内部设置有第一传感光纤测得锚杆的形变，并将测量的结果传递给信号接收器，进而可以测得围岩的应力，并通过测得的数据进行分析，起到实时监控的作用。

其中，所述连接凸起杆的内部开设有支撑连接槽，所述第一连接座和第二连接座的一侧均连接有支撑连接杆，所述支撑连接杆的一端连接有支撑连接块，两组所述支撑连接块位于支撑连接槽的内部，所述连接凸起杆的中间部位设置有凸起端，使得在连接支撑机构在一定的挤压力的作用下具有一定的形变能力，不易发生断裂，防止连接支撑机构较硬在受到强大挤压力的作用下发生断裂影响支撑效果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过设置的外层检测机构和内层检测机构配合使用，可以对支护体两侧容易发生损坏的位置进行支护并进行实时监测，便于可以及时做到防护，通过分别对外支护拱架外侧围岩的变化和对外支护拱架内侧受到的挤压力进行检测，可以检测到外支护侧板发生的形变，并根据形变大小及支撑能力进行分析，便于进行加固，通过对外支护拱架和内支护拱架之间浇筑混凝土，可以使得外支护拱架和内支护拱架之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，并配合在固定锚杆的内部设置有第一传感光纤和支护顶板的外侧设置有应变传感器可以实时监测围岩内部应力与变化，可以对支护体周边区域进行连续监测，并根据数据及时进行防护，提高了安全性，具有较好的实用性和创造性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的固定锚杆的内部结构示意图。

图3为本发明的外层检测机构的内部结构示意图。

图4为本发明的图3中a的放大示意图。

图5为本发明的内层检测机构的内部结构示意图。

图6为本发明的图5中b的放大示意图。

图7为本发明的连接凸起杆的内部结构示意图。

图中：1、下支护底板；2、内支护拱架；3、外支护拱架；4、外支护侧板；5、支护顶板；6、钢丝绳；7、应变传感器；8、安装盖板；9、托盘座；10、安装螺母；11、锚头；12、安装槽；13、第一传感光纤；14、连接线缆；15、安装检测槽；16、连接安装板；17、第一连接杆；18、检测连接杆；19、检测安装杆；20、检测放置槽；21、第一弹簧；22、弹性检测块；23、防护槽；24、上连接杆；25、下连接杆；26、防护连接板；27、第一压力传感器；28、第二连接杆；29、第三连接杆；30、外检测壳体；31、滑动块；32、滑动槽；33、弧形弹性板；34、第一检测杆；35、第一检测块；36、第二压力传感器；37、滑动检测槽；38、第二弹簧；39、连接支撑机构；40、第一连接座；41、第二连接座；42、连接凸起杆；43、支撑连接杆；44、支撑连接块；45、支撑连接槽；46、固定锚杆。

具体实施方式

如图1-7所示，一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护方法，具体包括以下步骤：

a：对存在应变软化特性围岩的隧道内安装下支护底板1，再在下支护底板1的上端设置有外支护拱架3，即先将外支护侧板4安装在下支护底板1上，再将支护顶板5安装在外支护侧板4上，并在支护顶板5的外侧安装多组应变传感器7，用力检测混凝土应力应变，再通过将多组固定锚杆46以适当的间距安装在围岩内，使得外支护侧板4与支护顶板5上与围岩固定，再将钢丝绳6与多组固定锚杆46连接，即将钢丝绳6与多组固定锚杆46组合形成锚杆连接群，进而可以对锚杆起到一定固定作用，防止后期锚杆脱落，再将内支护拱架2安装在外支护拱架3的内部，通过设置的外支护拱架3和内支护拱架2配合使用，进一步增加了支撑作用，且在后期需要巩固加强支护的同时，通过打开安装盖板8，对其内部浇筑混凝土，使得外支护拱架3和内支护拱架2之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，也有利于后期加固；

b:完成a步骤后，再将外层检测机构安装在外支护拱架3外侧设有的安装检测槽15的内部，通过设置的外层检测机构可以对外支护拱架3外侧受到的围岩的压力，可以实时监控围岩形变对外支护拱架3外侧的压力，再将内层检测机构安装在外支护拱架3与内支护拱架2之间，通过设置的内层检测机构可以实时监测围岩挤压外支护拱架3后，外支护拱架3受到的形变大小，进而可以判定围岩的压力对支护装置的支护强度的影响，并对可能产生的危害进行防治；

c:完成b步骤后，再将多组连接支撑机构39安装在外支护侧板4的一侧，进而可以对整个支护装置最薄弱的地区进行加固，其中连接支撑机构39包括第一连接座40、第二连接座41和连接凸起杆42，即通过将第一连接座40安装在外支护拱架3的内侧，将第二连接座41安装在内支护拱架2的外侧，连接凸起杆42设置在第一连接座40和第二连接座41之间，进而可以起到支撑的作用，安装完成后再浇筑混凝土；

固定锚杆46的一端设置有托盘座9，固定锚杆46的一端外侧设置有安装螺母10，固定锚杆46的另一端设置有锚头11，靠近锚头11固定锚杆46的一侧开设有安装槽12，安装槽12的内部设置有第一传感光纤13；

其中，外层检测机构包括连接安装板16、第一连接杆17、检测连接杆18、检测安装杆19、第一弹簧21、弹性检测块22和第一压力传感器27，检测连接杆18位于第一连接杆17的内部并与连接安装板16连接，检测安装杆19的一端位于第一连接杆17的内部，检测安装杆19的一端开设有检测放置槽20，第一弹簧21的一端与检测连接杆18连接，第一弹簧21的另一端与弹性检测块22连接，，位于检测放置槽20一侧检测安装杆19的一端开设有防护槽23，防护槽23的上端连接有上连接杆24，防护槽23的下端连接有下连接杆25，上连接杆24与下连接杆25之间连接有防护连接板26；

内层检测机构包括第二连接杆28、第三连接杆29、外检测壳体30、第一检测杆34、第一检测块35和第二压力传感器36，第二连接杆28的一端位于外检测壳体30的内部并连接有滑动块31，第三连接杆29的一端位于外检测壳体30的内部并连接有滑动块31，外检测壳体30的内部开设有滑动槽32，滑动槽32的内部设置有多组对称设置的弧形弹性板33，外检测壳体30的内部下端开设有滑动检测槽37，第一检测杆34的下端位于滑动检测槽37的内部，检测槽的内部还设置有第二弹簧38，围岩挤压外支护拱架3并带动第二连接杆28移动，并进一步带动下端的第一检测杆34移动，使得第一检测杆34带动第一检测块35挤压设置的第二压力传感器36，通过检测压力的变化进而可以对外支护拱架3受到的挤压力进行检测，便于进行后期巩固工作。

如图3和图4所示，检测安装杆19与内支护拱架2的外侧连接，弹性检测块22位于第一压力传感器27的一侧，防护连接板26位于第一压力传感器27的另一侧，上连接杆24与下连接杆25的强度较弱，弹性检测块22的大小大于防护槽23，使得弹性检测块22不能进入防护槽23的内部，设置的连接安装板16将收到的挤压力传递给检测连接杆18，并带动设置的第一弹簧21和弹性检测块22移动对第一压力传感器27进行挤压，从而可以得到外支护拱架3外侧收到的挤压力，进而可以得知围岩的应力，当第一压力传感器27受到的挤压力较大，此时防护连接板26与上连接杆24与下连接杆25断开连接，使得防护连接板26可以带动第一压力传感器27进入防护槽23的内部，进而可以起到保护作用，防止挤压力过大超过第一压力传感器27的承受值造成损坏。

如图5和图6所示，第二连接杆28的另一端与外支护拱架3的内侧连接，第三连接杆29的另一端与内支护拱架2的外侧连接，滑动块31位于滑动槽32的内部，两组弧形弹性板33的侧视图设置为椭圆形，进而使得弧形弹性板33可以发生一定的形变，进而具有一定的弹性，多组弧形弹性板33位于两组滑动块31之间，第一检测块35的一侧与第一检测杆34连接，第二弹簧38的一端与滑动检测槽37的内壁连接，第二弹簧38的另一端与第二压力传感器36连接，第二压力传感器36位于第一检测块35的一侧。

如图2所示，第一传感光纤13通过连接线缆14与外部的信号接收器连接，安装螺母10设在托盘座9的一侧，托盘座9设置在外支护侧板4的一侧，通过在设置的固定锚杆46的内部设置有第一传感光纤13测得锚杆的形变，并将测量的结果传递给信号接收器，进而可以测得围岩的应力，并通过测得的数据进行分析，起到实时监控的作用。

如图5和图6所示，连接凸起杆42的内部开设有支撑连接槽45，第一连接座40和第二连接座41的一侧均连接有支撑连接杆43，支撑连接杆43的一端连接有支撑连接块44，两组支撑连接块44位于支撑连接槽45的内部，连接凸起杆42的中间部位设置有凸起端，使得在连接支撑机构39在一定的挤压力的作用下具有一定的形变能力，不易发生断裂，防止连接支撑机构39较硬在受到强大挤压力的作用下发生断裂影响支撑效果。

通过采用上述技术方案：通过设置的外层检测机构和内层检测机构配合使用，可以对支护体两侧容易发生损坏的位置进行支护并进行实时监测，便于可以及时做到防护，通过分别对外支护拱架3外侧围岩的变化和对外支护拱架3内侧受到的挤压力进行检测，可以检测到外支护侧板4发生的形变，并根据形变大小及支撑能力进行分析，便于进行加固，通过对外支护拱架3和内支护拱架2之间浇筑混凝土，可以使得外支护拱架3和内支护拱架2之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，并配合在固定锚杆46的内部设置有第一传感光纤13和支护顶板5的外侧设置有应变传感器7可以实时监测围岩内部应力与变化，可以对支护体周边区域进行连续监测，并根据数据及时进行防护，提高了安全性，具有较好的实用性和创造性。

需要说明的是，本发明为一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护方法及支护的监控设备，在安装时，首先，对存在应变软化特性围岩的隧道内安装下支护底板1，再在下支护底板1的上端设置有外支护拱架3，即先将外支护侧板4安装在下支护底板1上，再将支护顶板5安装在外支护侧板4上，并在支护顶板5的外侧安装多组应变传感器7，用力检测混凝土应力应变，再通过将多组固定锚杆46以适当的间距安装在围岩内，使得外支护侧板4与支护顶板5上与围岩固定，再将钢丝绳6与多组固定锚杆46连接，即将钢丝绳6与多组固定锚杆46组合形成锚杆连接群，进而可以对锚杆起到一定固定作用，防止后期锚杆脱落，再将内支护拱架2安装在外支护拱架3的内部，通过设置的外支护拱架3和内支护拱架2配合使用，进一步增加了支撑作用，且在后期需要巩固加强支护的同时，通过打开安装盖板8，对其内部浇筑混凝土，使得外支护拱架3和内支护拱架2之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，也有利于后期加固，再将外层检测机构安装在外支护拱架3外侧设有的安装检测槽15的内部，通过设置的外层检测机构可以对外支护拱架3外侧受到的围岩的压力，可以实时监控围岩形变对外支护拱架3外侧的压力，再将内层检测机构安装在外支护拱架3与内支护拱架2之间，通过设置的内层检测机构可以实时监测围岩挤压外支护拱架3后，外支护拱架3受到的形变大小，进而可以判定围岩的压力对支护装置的支护强度的影响，并对可能产生的危害进行防治，再将多组连接支撑机构39安装在外支护侧板4的一侧，进而可以对整个支护装置最薄弱的地区进行加固，其中连接支撑机构39包括第一连接座40、第二连接座41和连接凸起杆42，即通过将第一连接座40安装在外支护拱架3的内侧，将第二连接座41安装在内支护拱架2的外侧，连接凸起杆42设置在第一连接座40和第二连接座41之间，进而可以起到支撑的作用，安装完成后再浇筑混凝土，本发明通过设置的外层检测机构和内层检测机构配合使用，可以对支护体两侧容易发生损坏的位置进行支护并进行实时监测，便于可以及时做到防护，通过分别对外支护拱架3外侧围岩的变化和对外支护拱架3内侧受到的挤压力进行检测，可以检测到外支护侧板4发生的形变，并根据形变大小及支撑能力进行分析，便于进行加固，通过对外支护拱架3和内支护拱架2之间浇筑混凝土，可以使得外支护拱架3和内支护拱架2之间构成一个支护整体，进而加强了支护效果，并配合在固定锚杆46的内部设置有第一传感光纤13和支护顶板5的外侧设置有应变传感器7可以实时监测围岩内部应力与变化，可以对支护体周边区域进行连续监测，并根据数据及时进行防护，提高了安全性，具有较好的实用性和创造性。