专利名称：外口自由式收敛仪及其测量方法
技术领域：
本发明涉及外ロ自由式收敛仪及其測量方法，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參数，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，其測量方法一般包括“十字”断面、“*字”断面、“井字”断面等，測量工具主要有钢卷尺、测杆、测枪、收敛仪、塔尺、激光测距仪等，但是现有的測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測。因此，利用周边浅部围岩固定测点开展观測，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。但是目前尚缺少ー套对施工影响小、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ー步发展。
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，提供ー种结构简单、方法简便、施工影响小、测读方便、可重复性强、精度高的外ロ自由式收敛仪及其测量方法。技术方案本发明的外ロ自由式收敛仪，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，所述的钻孔孔ロ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ー根外ロ自由杆；所述的深部锚固基杆、多节中部连接杆姆节长度为1000mnT3000mm,外ロ自由杆姆节长度为IOOmm ;所述的深部锚固基杆、多节中部连接杆及外ロ自由杆的后部均设有续接螺纹孔；中部连接杆、外ロ自由杆的前部均设有与接螺纹孔相匹配的螺纹联接头。所述的外ロ自由杆表面标有刻度；所述的楔形导向指示盘长度为100mnT200mm，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°。本发明的外ロ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ー个深度不小于IOm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ー个测站；
c.将长度不小于IOOOmm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，外ロ自由杆连接在孔ロ处，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10mnT50mm，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ロ自由杆，楔入钻孔的孔ロ内，与岩面紧贴，此时楔形导向指示盘外缘所指示的外ロ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ロ自由杆的末端推移，使外ロ自由杆向孔内位移，根据观测的需要定时记录外ロ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；
当外ロ自由杆向孔内位移至外露段距离为l(T20mm时，续接下一根外ロ自由杆，保证外ロ自由杆一直有外露在钻孔外的长度；
e.连续Γ5天巷道围岩的变形速度低于lmm/d吋，观测结束，外ロ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10nT20m距离，重复步骤ITe，布置下ー个测站。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測量中遇到的困难。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
1、将测量空间从巷道转到围岩体内，仅露出少量的外ロ自由杆，不影响巷道内的正常通行和工作；
2、采用收敛量直接从外ロ自由杆表面刻度读取，读数方便，操作简单可重复，精确度
闻;
3、可以实现立足于单帮、顶板、底板的绝对变形监测；
4、通过减少中部连接杆数量可以实现巷道扩刷前后的连续变形观测。
图I为本发明的外ロ自由式收敛仪结构示意 图2为图I的A区放大 图3为本发明的外ロ自由式收敛仪深部锚固基杆示意 图4为本发明的外ロ自由式收敛仪中部连接杆示意 图5为本发明的外ロ自由式收敛仪外ロ自由杆示意图。 图中1 一深部锚固基杆，2 —中部连接杆,3 —外ロ自由杆,4 ー树脂锚固剂,5 —钻孔，6 —楔形导向指示盘，7.刻度，8— .螺纹孔，9. 一螺纹联接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进ー步的说明
如图I所示，本发明的外ロ自由式收敛仪主要由深部锚固基杆I、中部连接杆2和外ロ自由杆3组成。深部锚固基杆I为I根，长度1000mnT3000mm，前部用树脂锚固剂4与钻孔5锚固在一起，后部与多节中部连接杆2螺纹连接；多节中部连接杆2为2、根首尾相接，具体数目根据孔深确定，姆节长度均为1000mnT3000mm ;外ロ自由杆3至少为ー根,长度为100mm，前部与中部连接杆2螺纹连接。深部锚固基杆I后部有与中部连接杆2联接头9匹配的螺纹孔8，如图3所示；中部连接杆2前部有联接头9，后部有螺纹孔8，可以相互匹配连接，如图4所示；外ロ自由杆3前部有联接头9，可以与中部连接杆2匹配连接，后部有螺纹孔8，与下一根外ロ自由杆3联接头9连接，外ロ自由杆3表面标有刻度7，如图5所示。钻孔5的孔ロ处设有固定中部连接杆2的楔形导向指示盘6，楔形导向指示盘6长度为100mnT200mm,楔形导向指示盘6的楔形最大半径比钻孔5的孔径大5、mm,楔形角为5 10。。 本发明利用上述外ロ自由式收敛仪的測量方法
a.首先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ー个深度不小于IOm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，相对稳定区域的深度一般为^lOm ；
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ー个测站，钻孔的数量根据现场实际需要确定；
c.将树脂锚固剂4放入钻孔内，树脂锚固剂4的长度不小于1000mm，然后将深部锚固基杆I、多节中部连接杆2依次连接紧固后送入钻孔5内，外ロ自由杆3连接在孔ロ处，深部锚固基杆I与多节中部连接杆2的连接长度之和比钻孔深度小10mnT50mm,各个连接杆连接完毕后，转动连接杆使深部锚固基杆I与树脂锚固剂4锚固在一起；
d.将楔形导向指示盘穿6过外ロ自由杆3，楔入钻孔5的孔ロ内，与岩面紧贴，此时楔形导向指示盘6外缘所指示的外ロ自由杆3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ロ自由杆3的末端推移，使外ロ自由杆3向孔内位移，根据观测的需要定时记录外ロ自由杆3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；
当外ロ自由杆向孔内位移至外露段距离为l(T20mm吋，续接下一根外ロ自由杆，保证外ロ自由杆一直有外露在钻孔外的长度；
e.连续:Γ5天，当巷道围岩的变形速度低于lmm/d时，结束观测，此时外ロ自由杆3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10nT20m距离，重复步骤ITe，布置下ー个测站。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。根据观测频度的不同，可以得到围岩的变形速度，例如每天记录一次数据，则可以得到每天的变形速度；每小时记录一次则可以得到每小时的变形速度，从而得到精确的围岩变形规律。
权利要求
1.一种外口自由式收敛仪，包括经树脂锚固剂(4)锚固在钻孔(5)内的深部锚固基杆(I)、与深部锚固基杆(I)相连的多节中部连接杆(2 )，其特征在于所述的钻孔(5 )孔口处设有固定中部连接杆(2)的楔形导向指示盘(6)，中部连接杆(2)的外端连有至少一根外口自由杆(3);所述的深部锚固基杆(I)、多节中部连接杆(2)每节长度为1000mnT3000mm，外口自由杆(3)每节长度为IOOmm;所述的深部锚固基杆(I)、多节中部连接杆(2)及外口自由杆(3)的后部均设有续接螺纹孔(8);中部连接杆(2)、外口自由杆(3)的前部均设有与接螺纹孔(8)相匹配的螺纹联接头(9)。
2.根据权利要求I所述的外口自由式收敛仪，其特征在于所述的外口自由杆(3)表面标有刻度(7)。
3.根据权利要求I所述的外口自由式收敛仪，其特征在于所述的楔形导向指示盘(6)长度为100mnT200mm,楔形导向指示盘(6)的楔形最大半径比钻孔(5)的孔径大5 8mm,楔形角为5 10°。
4.一种根据权利要求I所述外口自由式收敛仪的测量方法，其特征在于 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IOm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IOOOmm的树脂锚固剂(4)放入钻孔(5)内，然后将深部锚固基杆(I)、多节中部连接杆(2 )依次连接紧固后送入钻孔(5 )内，外口自由杆(3 )连接在孔口处，深部锚固基杆(I)与多节中部连接杆(2)的连接长度之和比钻孔深度小10mnT50mm,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(6)穿过外口自由杆(3)，楔入钻孔(5)的孔口内，与岩面紧贴，此时楔形导向指示盘(6)外缘所指示的外口自由杆(3)表面刻度(7)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(6)向外口自由杆(3)的末端推移，使外口自由杆(3)向孔内位移，根据观测的需要定时记录外口自由杆(3)表面刻度(7)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(3)向孔内位移至外露段距离为l(T20mm时，续接下一根外口自由杆(3),保证外口自由杆(3) —直有外露在钻孔(5)外的长度； e.连续3飞天巷道围岩的变形速度低于lmm/d时，观测结束，外口自由杆(3)的表面刻度(7)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10nT20m距离，重复步骤ITe，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。
全文摘要
一种外口自由式收敛仪及其测量方法，收敛仪主要由深部锚固基杆、多节中部连接杆和外口自由杆组成。深部锚固基杆与多节中部连接杆螺纹连接；多节中部连接杆首尾相接，数量根据孔深确定，孔口处的最后一节中部连接杆连接有外口自由杆。将各杆体顺序连接紧固后锚入钻孔，孔口用楔形导向指示盘楔紧，保证外口自由杆有一定外露长度，读取楔形导向指示盘外缘所指的外口自由杆表面刻度读数记为初始值，之后定时读取外口自由杆表面刻度读数，观测结束时的外口自由杆表面刻度读数减去初始读数即为观测期间的巷道表面收敛量。具有结构简单，使用方便，准确性高，测量连续可重复，对生产影响小等优点。
文档编号G01B5/30GK102679840SQ20121018931
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者姚亚虎, 张农, 李宝玉, 钱德雨, 韩昌良 申请人:中国矿业大学