用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘的制作方法

本实用新型属于大变形软岩巷道围岩变形受力监测和支护领域，涉及一种用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘。

背景技术：

在采矿与岩土工程中，锚杆(索)支护作为一种快速经济有效的支护形式得到了广泛的使用，而在锚杆(索)支护设计中，围岩变形量及变形压力的监测对掌握巷道支护效果及支护构件工作状态具有重要价值，传统监测中多采用十字布点法和安装液压枕进行巷道围岩的变形和受力监测，不仅增加了大量的监测费用投入，而且较难实现对巷道全断面变形及压力的监测，因而如何利用对锚杆(索)支护系统的改进，实现支护监测一体化具有重要意义。

另一方面，在《工程岩体分级标准》(GB50218-94)所分类的IV、V类巷道支护中，由于巷道围岩自身性质较差，同时叠加高地应力和采动应力作用，巷道围岩呈现出软岩大变形特征，采用在浅部巷道中的刚性支护系统已无法适应，支护系统需要进行让压以适应围岩大变形。然而，由于锚杆(索)的延伸率一般较小，尤其是锚索，当围岩变形量超过锚杆(索)的允许变形量时，锚杆(索)所受的应力会由于变形过大而超过其极限承载能力，从而发生失效或断裂现象。因此，对于软岩大变形巷道不能靠单纯提高支护强度，而应采用让压的方式使围岩变形能得以释放，提高支护系统对围岩大变形的适应力，才能有效解决软岩大变形支护难题。

技术实现要素：

为了克服已有支护系统的成本较高、较难实现对巷道全断面变形及压力的监测的不足，本实用新型提供一种降低成本、有效实现对巷道全断面变形及压力的监测的用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘，所述大变形托盘包括盘盒、弹簧组和滑动盖板，所述盘盒内布置所述弹簧组，所述弹簧组的各个弹簧均相同，所述弹簧的下端固定在所述盘盒的底面，所述盘盒的开口处设置可在盘盒内上下移动的滑动盖板，所述弹簧的上端与所述滑动盖板固定连接，所述盘盒的侧壁开有用于监测滑动盖板位移的监测口，所述盖板的中部开有盖板定位孔，所述盘盒的底面中部开有盘盒定位孔，定位组件依次穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩内。

进一步，所述滑动盖板的形状与所述盘盒的开口匹配，所述滑动盖板沿着所述盘盒内壁上下滑动。这是一种优选的方案，滑动盖板与盘盒内壁之间无摩擦力，相互之间不接触。

再进一步，所述盘盒呈方形，所述盘盒的一侧开有监测口，所述盘盒的其他三侧分别设有导轨，所述盖板上开有与所述导轨配合的滑槽；该方案为优选的方案，当然，导轨也可以为其他方式；另外盘盒的形状也可以根据需要选择其他形状，例如圆形等。

更进一步，所述定位组件为锚杆和螺帽，所述锚杆穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩的钻孔内，所述钻孔的底部设有锚固剂，所述锚杆的上部固定螺帽，所述螺帽顶触在所述滑动盖板上。

或者是：所述定位组件为锚索和锚具，所述锚索穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩的钻孔内，所述钻孔的底部设有锚固剂，所述锚索的上部固定锚具，所述锚具顶触在所述滑动盖板上。定位组件还可以选择其他方式。

所述弹簧组呈阵列式布置，弹簧的高度与所述盘盒的深度相同。这也是一种可以选择的常见方式，弹簧的高度也可以所述盘盒的深度不相同。

本实用新型的技术构思为：通过滑动盖板在锚杆或锚索所传递的围岩变形压力下沿着导轨压缩弹簧组，通过监测口可以观测到滑动盖板的位置，得出巷道围岩的变形量，再结合弹簧组的刚度系数，可以计算出锚杆或锚索的实时锚固力，从而掌握锚杆或锚索的工作状态。此外，通过弹簧组的压缩变形将围岩的变形能转化为弹性能，实现了对围岩的让压，提高了锚杆或锚索对大变形围岩的适应性，防止由于围岩变形过大超出锚杆或锚索允许变形值而发生破坏。该实用新型可以很好的适应软岩大变形巷道，不仅节省了巷道的监测费用，同时提高了锚固系统的安全可靠性。

本实用新型的有益效果主要表现在：降低成本、有效实现对巷道全断面变形及压力的监测。

附图说明

图1为用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘的使用示意图；

图2为盘盒示意图。

图3为滑动盖板示意图。

图4为图2的A处局部放大图。

图中，1-围岩，2-钻孔，3-锚杆或锚索，4-锚固剂，5-滑动盖板，6-盘盒，7-弹簧组，8-螺帽或锚具，9-导轨，10-监测口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图4，一种用于巷道全断面变形及压力监测的大变形托盘，所述大变形托盘包括盘盒6、弹簧组7和滑动盖板5，所述盘盒6内布置所述弹簧组7，所述弹簧组7的各个弹簧均相同，所述弹簧的下端固定在所述盘盒6的底面，所述盘盒6的开口处设置可在盘盒内上下移动的滑动盖板5，所述弹簧的上端与所述滑动盖板5固定连接，所述盘盒6的侧壁开有用于监测滑动盖板位移的监测口10，所述滑动盖板5的中部开有盖板定位孔，所述盘盒6的底面中部开有盘盒定位孔，所述定位组件依次穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩1内。

进一步，所述滑动盖板5的形状与所述盘盒6的开口匹配，所述滑动盖板5沿着所述盘盒6内壁上下滑动。这是一种优选的方案，滑动盖板与盘盒内壁之间无摩擦力，相互之间不接触。

再进一步，所述盘盒6呈方形，所述盘盒6的一侧开有监测口10，所述盘盒6的其他三侧分别设有导轨9，所述滑动盖板5上开有与所述导轨9配合的滑槽；该方案为优选的方案，当然，导轨也可以为其他方式；另外盘盒的形状也可以根据需要选择其他形状，例如圆形等。

更进一步，所述定位组件为锚杆和螺帽，所述锚杆穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩的钻孔内，所述钻孔的底部设有锚固剂，所述锚杆的上部固定螺帽，所述螺帽顶触在所述滑动盖板上。

或者是：所述定位组件为锚索3和锚具8，所述锚索3穿过盖板定位孔和盘盒定位孔并固定在待监测巷道围岩1的钻孔2内，所述钻孔2的底部设有锚固剂4，所述锚索3的上部固定锚具8，所述锚具8顶触在所述滑动盖板5上。定位组件还可以选择其他方式。

所述弹簧组7呈阵列式布置，弹簧的高度与所述盘盒的深度相同。这也是一种可以选择的常见方式，弹簧的高度也可以所述盘盒的深度不相同。

如图1所示，本实用新型的可监测巷道围岩变形受力的大变形托盘，主要由盘盒6、弹簧组7及滑动盖板5组成，盘盒6内设有三道导轨9和一道监测口10，与锚杆或锚索3及螺帽或锚具8配套使用；所述的盘盒6底面为正方形带孔眼钢板，根据使用要求的不同，其边长为20～40cm，钢板厚度为6～10mm，孔眼尺寸为32～42mm。盘盒6四面为矩形钢板，钢板高度为30～50cm，其中一面钢板内开有一道监测口10，监测口宽度为10～20mm，监测口两侧有围岩变形和受力刻度，另外三面钢板内侧中间位置布置有导轨9，导轨底面为正方形，边长为10～20mm；所述的滑动盖板5为带孔眼和三处槽口的正方形钢板，孔眼尺寸与盘盒6孔眼尺寸一致，槽口尺寸与盘盒6内导轨9尺寸一致，钢板厚度为6～10mm；所述的弹簧组7由多个刚度和尺寸均相同的弹簧组成，并均匀分布于盘盒6内，弹簧刚度K为10～20N/mm，弹簧中经为30～60mm，线径为4～10mm；所述的弹簧组7与盘盒6和滑动盖板5之间均采用焊接。

本实用新型的可监测巷道围岩变形受力的大变形托盘的使用方法，具体步骤如下：

a、在待监测巷道围岩1内施工钻孔2，在施工好的钻孔2内用锚杆或锚索3将锚固剂4送入钻孔2的孔底。

b、连接锚杆钻机带动锚杆或锚索3搅拌锚固剂4，待锚固剂4搅拌充分并凝固后，安装上大变形托盘和螺帽或锚具8，并进行预张拉。

c、大变形托盘的滑动盖板5侧与螺帽或锚具8相接，不可反向安装；

d、当对锚杆或锚索3施加预应力或围岩1变形时，螺帽或锚具8将推动滑动盖板5沿着导轨9向围岩1方向滑移，弹簧组7受到滑动盖板5的推动产生压缩变形，从而实现对围岩1变形的让压，让压变形量根据托盘厚度的不同可以达到20～30cm，提高了锚杆或锚索3对围岩1大变形的适应力。

e、从监测口10内，可以读出滑动盖板5的滑移量，该滑移量扣除锚杆或锚索施加预应力时的变形量后即可得出围岩1的实际变形量，再结合弹簧组7的刚度系数，根据公式：F＝nKS，即可得出锚杆或锚索3的轴力大小，也即围岩1所受到的支护力的大小，从而方便的实现了围岩1变形和受力的监测。其中，F-锚杆或锚索轴力；K-弹簧刚度；S-滑动盖板滑移量；n-弹簧个数。