采矿滑裂面变形监测方法与流程

本发明涉及矿山巷道变形测试技术。

背景技术：

随着浅部矿产资源的日益枯竭，深部开采已成为地下矿山开采的必然趋势。深部开采过程中巷道和采场围岩处在高地应力和高熔岩水压的复合应力环境中，所以经常出现采矿滑裂面。采矿滑裂面是采矿(尤其是金属矿山)过程中，矿体上下盘产生相对移动形成的完整的结构面。由于矿体是倾斜的，因此结构面往往呈斜面状态。习惯地，滑裂面之上的岩体称为上盘、之下的岩体称为下盘。当巷道穿过滑裂面时，滑裂面的变形对巷道的稳定性有重要的影响。在巷道中的滑裂面，其上下盘相对变形有三个位移分量，即：沿巷道轴向位移分量、沿巷道横向位移分量和相对转动位移分量。通过对巷道滑裂面上下盘相对位移监测，可以预测滑裂面长期位移趋向，判断巷道稳定性，预报险情，防范于未然。同时通过精确的监测，可以研究滑裂面变形机理，为矿井制定合理的开采方法和开采顺序提供可靠的依据。因此，对滑裂面变形的监测对矿井的安全生产有重要的意义。

随着采矿的进行，上、下盘不断进行位移，而且这种位移有沿巷道轴向的变形、也有沿巷道环向的变形，以及上、下盘之间的相互转动等，上述变形量、转角和变形速度等参数对采矿巷道和采场产生重要的影响，尤其在生产期间，直接威胁人身安全。变形监测是评估围岩稳定性的重要方式，是揭示矿山采场岩体变形规律的科学手段。因此，在生产期间对采矿滑裂面进行变形监测，取得变形参数，对于综合分析围岩稳定状态，揭示采矿滑裂面的运动形成规律，指导矿山安全高效开采具有重要的科学和实用价值。

技术实现要素：

为了揭示采矿滑裂面的运动形规律，综合分析围岩稳定状态，本发明提出一种采矿滑裂面变形监测方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种采矿滑裂面变形监测方法，其特征在于：

第一步，制作一个长方体反力座和一个直角形拐角支座，拐角支座的两个拐臂分别称为拐臂a和拐臂b，要求拐臂a内侧的长度大于长方体反力座的宽度，拐臂b内侧的长度大于长方体反力座的长度，两个长度大于值应满足安装位移传感器的尺寸；长方体反力座和拐角体支座上加工上锚固孔；

第二步，在巷道顶板上找到采矿滑裂面的断裂线，区分出采矿滑裂面的上、下盘，将长方体反力座沿断裂线方向锚固在上盘上，将拐角支座布置在采矿滑裂面的下盘上，要求拐角支座的拐臂b与长方体反力座的长度方向相对应，拐臂a跨过断裂线与长方体反力座的一端面相对应，长方体反力座和拐角支座之间与留有安装位移传感器的距离；

第三步，拐臂b的长度方向上安装设计间距安装上两支位移传感器，靠近拐臂a一侧的位移传感器为第一位移传感器，另一支为第二位移传感器，两支位移传感器抵触在长方体反力座上；拐臂a上安装上第三位移传感器，并与长方体反力座的端面相抵触；

第四步，调整三个位移传感器初始值均为零或记下三个位移传感器的初始值，记下开始时间进行监测，等待一定时间t采集三个位移传感器的位移数据，计算出三个位移量，三个位移量分别记为：w1、w2、w3；

第五步，变形参数的计算：

沿巷道轴向变形量zb＝(w1+w2)/2；

沿巷道轴向变形速度zs＝zb/t；

沿巷道横向变形量hb＝w3；

沿巷道横向向变形速度hs＝hb/t；

转角j＝arctg[(w1-w2)/r]；

式中r为两支位移传感器的计算距离r，t为位移传感器的计时时间；

第六步，每间隔一定时间，再采集一次三个位移传感器的位移量数据，计算出三个位移量，并按照第五步的方法进行变形参数的计算；从而得到生产期间采矿滑裂面的一系列变形参数，利用这些变形参数综合分析围岩稳定状态，揭示采矿滑裂面的运动规律，指导矿山安全高效开采。

一种用于矿滑裂面变形监测的二维位移监测装置，其特征在于：它包括锚固在巷道顶板上的拐角支座和长方体反力座，长方体反力座和拐角支座上分别加工有两个锚固孔，通过锚固孔分别锚固在采矿滑裂面的下盘和上盘上；所述的拐角支座的两个拐臂分别称为拐臂a和拐臂b；所述的拐臂a处于长方体反力座的其中一端面的对面位置，拐臂a上安装固定有第三位移传感器，且第三位移传感器抵触在长方体反力座的端面上；所述的拐臂b处于长方体反力座长度面的对面位置，拐臂b上按照设计间距间隔安装固定有第一位移传感器和第二位移传感器，两支位移传感器抵触在长方体反力座上。使用时，三个位移传感器的信号输出端通过导线电连接在数据采集仪的相应端口上。通过采集三个位移传感器的位移数据，可计算出矿滑裂面沿巷道轴向变形量zb和变形速度zs、沿巷道横向变形量hb和变形速度hs、矿滑裂面转角j。

本发明所用的位移传感器又称为线性传感器，优选数字式位移传感器，数字式位移传感器可将信号直接送入计算机系统，进行储存、和有关参数计算。

本发明的工作原理和积极效果：

1、通过在采矿滑裂面的上下盘之间布置三个位移传感器，可计算出生产期间采矿滑裂面上下盘二维变形参数，利用这些变形参数综合分析围岩稳定状态，揭示采矿滑裂面的运动规律，指导矿山安全高效开采。

附图说明

图1是本发明实施例的二维位移测试装置的构造和在顶板上安装情况平面示意图；

图2是本发明实施例的二维位移测试装置在顶板上安装位置示意图。

图中，1-长方体反力座，2-拐角支座，3-第一位移传感器，4-第位移传感器，5-第三位移传感器，6-锚固孔，7-锚栓，8-二维位移监测装置，sp-上盘，xp-下盘，dlx-断裂线。

具体实施方式

一种采矿滑裂面变形监测方法，如图1、图2所示，如下：

第一步，制作一个长方体反力座1和一个直角形拐角支座2，拐角支座2的两个拐臂分别称为拐臂a和拐臂b，要求拐臂a内侧的长度大于长方体反力座1的宽度，拐臂b内侧的长度大于长方体1反力座的长度，这两个长度大于值应满足安装位移传感器的尺寸；长方体反力座1和拐角体支座2上加工上锚固孔6；如图1所示；

第二步，在巷道顶板上找到采矿滑裂面的断裂线dlx，区分出采矿滑裂面的上盘sp、下盘xp，将长方体反力座1沿断裂线dlx方向锚固在上盘sp上，将拐角支座2锚固在采矿滑裂面的下盘2上，要求拐角支座2的拐臂b处于长方体反力座1长度方向的对应面，拐臂a跨过断裂线dlx对应在长方体反力座1一端面，长方体反力座1和拐臂a、拐臂b之间分别预留出安装位移传感器的距离；

第三步，沿拐臂b的长度方向安装上两支位移传感器，靠近拐角的位移传感器为第一位移传感器3，另一支为第二位移传感器4，两支位移传感器保持一定的计算距离r＝500mm，并抵触在长方体反力座1上；拐臂a上安装上第三位移传感器5，并与长方体反力座1的端面相抵触；

第四步，调整三个位移传感器初始值均为零(或记下三个位移传感器的初始值)，记下开始时间进行监测，等待一定时间t＝10小时，采集三个位移传感器的位移数据，计算出三个位移量，三个位移量分别记为：w1＝50mm、w2＝10mm、w3＝10mm；

第五步，变形参数的计算：

沿巷道轴向变形量zb＝(w1+w2)/2＝30mm；

沿巷道轴向变形速度zs＝zb/t＝30/10＝3mm/小时；

沿巷道环向变形量hb＝w3＝10mm：

沿巷道环向变形速度hs＝hb/t＝10/10＝1.0mm/小时；

转角j＝arctg[(w1-w2)/r]＝arctg(40/500)＝arctg(0.08)＝4.57⁰；

式中r为两支位移传感器的计算距离r＝500mm，t为位移传感器的计时时间10小时；

第六步，每间隔一定时间，再采集一次三个位移传感器的位移量数据，计算出三个位移量，并按照第五步的方法进行变形参数的计算；从而得到生产期间采矿滑裂面的一系列变形参数，利用这些变形参数综合分析围岩稳定状态，揭示采矿滑裂面的运动规律，指导矿山安全高效开采。

如图1所示的用于矿滑裂面变形监测的二维位移监测装置8，它包括锚固在巷道顶板上的拐角支座2和长方体反力座1，长方体反力座和拐角支座2上分别加工有安装锚栓7的两个锚固孔6，通过锚固孔6分别锚固在采矿滑裂面的下盘xp和上盘sp上；所述的拐角支座2的两个拐臂分别称为拐臂a和拐臂b；所述的拐臂a处于长方体反力座1的其中一端面的对面位置，拐臂a上安装固定第三位移传感器5，且第三位移传感器5抵触在长方体反力座1的端面上；所述的拐臂b处于长方体反力座1长度面的对面位置，拐臂b上依次安装固定第一位移传感器3和第二位移传感器4，两支位移传感器保持设计距离r，并抵触在长方体反力座1上；通过采集三个位移传感器的位移数据，可计算出矿滑裂面沿巷道轴向变形量zb和变形速度zs、沿巷道横向变形量hb和变形速度hs、矿滑裂面转角j。

本发明所用的位移传感器又称为线性传感器，优选数字式位移传感器，数字式位移传感器可将信号直接送入计算机系统，进行储存、和有关参数计算。