一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置及方法与流程

本发明涉及锚杆应力监测技术领域，特别是涉及一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置及方法。

背景技术：

基于锚杆的锚固技术已经在边坡、基坑、矿井、隧道和地下工程等工程中得到了广泛的应用。采用锚杆的锚固技术，能够改变围岩的力学特性，获得较好的支护效果，带来了传统支护方式无法比拟的技术和经济效益，同时，锚杆的锚固技术在井巷工程中也受到了普遍的重视，并得到了快速的发展及广泛的应用。

与边坡锚杆不同，在矿产资源开采过程中，深埋巷道处于高地应力环境，地应力释放后，巷道周围岩体会产生较大变形，巷道锚杆会受到地应力释放后岩体产生的变形作用。如果围岩变形过大，在锚杆内部产生较高的拉应力，这个应力一旦超出锚杆的极限承载力，锚杆破坏，其所约束的围岩将会发生失稳现象。因此，实时监测锚杆的应力变化对围岩稳定、巷道安全具有非常重要的意义。

由于锚杆的锚固具有高度的隐蔽性，锚杆作用在岩体的内部，这给测试工作带来了很大的困难，发现质量问题难，事故处理更难。目前常用的监测手段有两种形式：

1、直接对锚杆承载力进行监测：在锚杆锚固端设置锚杆压力计，压力计与锚杆同时施工，放置在岩体内部，通过对压力计的实时监测了解锚杆的受力，这种方法固然可以实现对锚杆受力的直接监测，但是压力计的工作环境较为恶劣，经常处于处于潮湿、温差较大的环境，这些因素不但影响了测力计的准确性，同时还对测力计的耐久性造成影响，难以持续稳定工作，一旦压力计失效即永久损坏，无法进行更换、维修；

2、监测锚杆端头的受力：通过焊接相应设备，实现对锚杆自由段的受力监测，这种方法由于要单独增加相应设备，施工繁琐，造价昂贵，而且矿山巷道内空间有限，增加的设备减少了巷道的使用空间，需要改进。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置及方法，进行巷道锚杆应力变化的实时监测，提升施工、维护便利性和安全防护效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置，包括：护套、弹簧和压力计，所述锚杆的自由段上设置有外螺纹，所述护套嵌入巷道内壁且同心位于锚杆的自由段外侧，所述护套内孔末端设置有与自由段配合的固定环，所述锚杆的自由段上设置有位于护套内的限位环，所述弹簧套设在锚杆的自由段上并位于固定环与限位环之间，所述压力计设置在限位环的内侧面而对弹簧进行压力监测，所述护套内孔前端设置有一段内螺纹，所述内螺纹上设置有与限位环间隔的防护环。

在本发明一个较佳实施例中，所述固定环和限位环内设置有与外螺纹对应的螺纹孔。

在本发明一个较佳实施例中，所述锚杆的自由段上设置有位于弹簧与压力计之间的垫片。

在本发明一个较佳实施例中，所述防护环内孔直径大于锚杆的自由段外圆直径。

在本发明一个较佳实施例中，所述限位环上设置有与压力计对应的穿线孔。

在本发明一个较佳实施例中，所述锚杆的自由段上设置有位于巷道内壁外侧的支撑板及紧固螺母。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用于监测巷道锚杆应力变化的方法，包括以下步骤：

（1）进行锚杆的锚固段施工，灌浆固定在巷道内壁深处；

（2）锚固段施工完毕后，将护套旋转套在锚杆的自由段上，护套内部放入弹簧，并使得锚杆贯穿弹簧；

（3）弹簧端部安装垫片，垫片外侧安装压力计，然后再旋转安装限位环，实现压力计的限位及弹簧的预压缩；

（4）在巷道内壁外侧安装位于锚杆端部的支撑板，并利用紧固螺母进行旋紧，使得锚杆达到设计承载力，弹簧产生的压缩变形使得压力计产生读数，将压力计通过线路外接计算机，对压力计数据进行读取；

（5）如果巷道内壁的岩体发生膨胀变形，则对锚杆产生拉伸作用，锚杆的拉应力增加，锚杆自由段产生伸长，于是弹簧伸长，弹簧产生的压力变小，压力计读数变小，根据伸长后与初始锚杆安装完毕时的压力计读数差值，能够得出弹簧压力的变化值，根据胡克定律，求出弹簧的应变，此应变即为自由段锚杆的应变，再根据锚杆的应力、应变的关系，即可求出锚杆的应力增量，反之，若岩体收缩，利用上述原理，同样能够求得锚杆的应力变化，实现锚杆应力的动态监测。

在本发明一个较佳实施例中，所述弹簧为螺旋弹簧。

在本发明一个较佳实施例中，所述压力计的线路通过限位环上的穿线孔导出。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中，限位环安装后，在护套内安装防护环，防护环与限位环保持一定的间隙，锚杆自由段伸长到一定程度时，防护环与限位环接触，利用防护环进行限位环的伸长限制以免拉断。

本发明的有益效果是：本发明指出的一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置及方法，施工比较简便，结构紧凑，不占用巷道空间，护套加强了对压力计和锚杆自由段的保护，避免了压力计受到环境因素而损坏的问题，延长了装置的使用寿命，而且维护和更换比较便利，使用的成本低，简单可靠，可以配合计算机用于巷道内所有锚杆的应力监测，避免重大安全事故发生，提升巷道安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例包括：

如图1所示的用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置，包括：护套2、弹簧3和压力计4，所述锚杆1的自由段上设置有外螺纹5，所述锚杆1的自由段端部上设置有位于巷道内壁外侧的支撑板10及紧固螺母11，利用紧固螺母11进行支撑板10的固定以及锚杆1的拉伸。

所述护套2嵌入巷道内壁且同心位于锚杆1的自由段外侧，加强了对锚杆1自由段的保护，所述护套2内孔末端设置有与自由段配合的固定环6，所述固定环6内设置有与外螺纹对应的螺纹孔，方便护套2的旋转安装。

如图1所示，所述锚杆1的自由段上设置有位于护套2内的限位环8，所述限位环8内设置有与外螺纹对应的螺纹孔，旋转安装，比较方便。所述弹簧3套设在锚杆1的自由段上并位于固定环6与限位环8之间，所述压力计4设置在限位环8的内侧面而对弹簧进行压力监测，所述锚杆1的自由段上设置有位于弹簧3与压力计4之间的垫片7，垫片7使得压力计4的受力更均匀，提升弹簧3压力监测数据精度。

压力计4位于护套2内，护套2减少了环境对压力计4的不良影响，所述护套2内孔前端设置有一段内螺纹，所述内螺纹上螺纹连接设置有与限位环8间隔的防护环9。所述防护环9内孔直径大于锚杆1的自由段外圆直径，一定范围内，防护环9不影响锚杆1的自由段长度变化，但是，当锚杆1的自由段伸长过多时，防护环9与限位环8接触而避免了锚杆1自由段继续伸长而断裂的问题。

所述限位环8上设置有与压力计4对应的穿线孔，压力计4的线路通过限位环8上的穿线孔导出，不破坏护套2的结构，施工便利。

一种用于监测巷道锚杆应力变化的方法，包括以下步骤：

（1）进行锚杆1的锚固段施工，采用灌浆作业，将锚杆1的锚固段固定在巷道内壁深处；

（2）锚固段施工完毕后，将护套2旋转套在锚杆1的自由段上，护套2内部放入弹簧，并使得锚杆1贯穿弹簧3，弹簧3采用螺旋弹簧，利用锚杆1的进行弹簧3的导向；

（3）弹簧3端部安装垫片7，垫片7外侧安装压力计4，然后再旋转安装限位环8，实现压力计4的限位及弹簧3的预压缩，限位环安装后，在护套内安装防护环9，防护环与限位环保持一定的间隙，锚杆1的自由段伸长到一定程度时，防护环9与限位环8接触，利用防护环9进行限位环8的伸长限制以免拉断，提升了结构安全系数；

（4）在巷道内壁外侧安装位于锚杆1端部的支撑板10，并利用紧固螺母11进行旋紧，使得锚杆1达到设计承载力，弹簧3产生的压缩变形使得压力计4产生读数，将压力计4通过线路外接计算机，对压力计数据进行读取，一台计算机可以同时监控数根锚杆1的应力变化，降低了生产的成本；

（5）巷道内壁的岩体发生膨胀变形时，对锚杆1产生拉伸作用，锚杆的拉应力增加，锚杆自由段产生伸长，于是弹簧3伸长，弹簧3产生的压力变小，压力计读数变小，根据伸长后与初始锚杆安装完毕时的压力计读数差值，能够得出弹簧压力的变化值，根据胡克定律，求出弹簧的应变，此应变即为自由段锚杆的应变，再根据锚杆的应力、应变的关系，即可求出锚杆的应力增量，反之，若岩体收缩，利用上述原理，同样能够求得锚杆的应力变化，实现锚杆应力的动态监测，灵敏度高，成本低。

综上所述，本发明指出的一种用于监测巷道锚杆应力变化的防护装置及方法，体积小巧，施工便利，耐用性好，通过间接监测岩体变形，将其转化为锚杆变形，从而根据锚杆的应力、应变关系，实现对锚杆的应力监测，有利于及时发现问题锚杆，提升巷道的使用安全性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。