地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法与流程

地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。

背景技术：

地下空间围岩存在片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。锚杆支护已成为世界各国矿井巷道及其它地下工程支护的一种主要形式，锚杆锚固区的长期稳定性问题尤为重要。随着地下空间开发和开采深度的不断增加，地应力越来越高，围岩破坏频度和强度越来越高，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决。

目前关于围岩监测主要有围岩变形监测可细分为表面位移监测、顶板离层和松动范围监测、巷道支架载荷监测、围岩的应力监测等，其监测手段主要包括声发射监测和超声波监测，其中针对围岩的声发射监测，其安装监测过程相对繁琐复杂而且费用高，对整个安装质量的要求也较高，监测数据的后期分析复杂和不方便，实际使用效果并不理想，针对围岩的超声波监测，其能真正反映围岩内部的变化情况，但是其不适合长期监测。

要保证安全必须针对上述问题的发生采取措施及事先预防和预警，需要研究针对围岩的释能技术、缓冲技术和对围岩或锚固区的监测监控方法。目前针对围岩锚固区的释能和缓冲方法主要集中在使用锚杆缓冲托盘、吸能可变形托盘、大变形吸能锚杆和恒阻大变形锚杆等，以上方法不能很好的同时实现缓冲和释能功能，更不能实现围岩监测。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置围岩感应缓冲机构，实现了对围岩能量的释放和发生破坏时的缓冲，同时可实现对围岩位移量的监测，并通过围岩的位移量进行实时记录和分析，由主控计算机根据位移的变化监测围岩或锚固区的稳定性进行判断，降低了事故发生可能性的地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法，其特征在于：包括监测系统，监测系统包括在围岩中安装的若干锚杆，在锚杆上安装有用于对围岩的位移进行感应和缓冲的围岩感应缓冲机构，还设置有围岩位移采集装置，围岩位移采集装置安装在围岩感应缓冲机构上并主控计算机实现通讯，还包括如下步骤：

步骤1，将锚杆安装于围岩的锚固检测区内；

步骤2，将围岩感应缓冲机构套装在锚杆位于围岩的部分；

步骤3，将围岩位移采集装置安装在围岩感应缓冲机构上，并实现围岩位移采集装置与主控计算机的通讯；

步骤4，由围岩感应缓冲机构对发生位移的围岩进行缓冲和感应，并通过围岩位移采集装置对围岩的位移量进行监测，并将监测得到的数值送入主控计算机内；

步骤5，由主控计算机判断围岩的位移量是否超过预设定的阈值或符合前兆模式，如果围岩的位移量超过预设定的阈值或符合前兆模式，执行步骤6，如果围岩的位移量未超过预设定的阈值或并且不符合前兆模式，返回执行步骤4；

步骤6，主控计算机判断围岩是否存在发生围岩灾害的可能性，如果存在发生围岩灾害的可能性，执行步骤7，如果不存在发生围岩灾害的可能性，执行步骤9；

步骤7，由主控计算机预报围岩灾害所出现的范围，并同时执行步骤8和步骤9；

步骤8，由主控计算机发布围岩灾害的预警级别；

步骤9，由主控计算机进行报警。

优选的，所述的围岩感应缓冲机构包括依次套设在所述锚杆上的活动托盘、压缩弹簧和固定托盘，在固定托盘的外侧通过紧固螺母对活动托盘、压缩弹簧和固定托盘进行固定。

通过设置压缩弹簧，当围岩发生位移时通过活动托盘挤压压缩弹簧，通过压缩弹簧被压缩达到对围岩释能的效果，围岩发生破坏时压缩弹簧可随之发生压缩变形，实现缓冲作用，将能量消解，降低伤害，减小事故损伤。

优选的，围岩位移采集装置为安装于所述的活动托盘和固定托盘之间的位移传感器。

优选的，所述的位移传感器为拉绳位移传感器，拉绳位移传感器的本体安装在固定托盘的外盘面上，其拉绳穿过固定托盘之后固定到活动托盘的外盘面上。

优选的，所述的压缩弹簧处于压缩状态。

优选的，所述的监测系统还包括由主控计算机进行驱动的声光报警装置。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、通过本地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法，通过设置围岩感应缓冲机构，实现了对围岩能量的释放和发生破坏时的缓冲，同时可实现对围岩位移量的监测，并通过围岩的位移量进行实时记录和分析，由主控计算机根据位移的变化监测围岩或锚固区的稳定性进行判断，降低了事故发生的可能性；

2、释能、缓冲：采用圆柱形压缩弹簧，可实现超过一定压力情况下圆柱形压缩弹簧被压缩达到对围岩的释能，围岩发生破坏时圆柱形压缩弹簧可随之发生压缩变形，实现缓冲作用，将能量消解，降低伤害，减小事故损伤；

3、自动化程度高、无损伤：由拉绳位移传感器和变送器及主控计算机程序实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，自动化程度高，节省了人力、物力，实现了对围岩的无损监测；

4、监测数据实时、可靠、应用范围广：拉绳位移传感器对位移的监测精度高，受外界的干扰影响小，使得监测到的数据更真实可靠；变送器及主控计算机程序实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了对围岩的全程控实时监测；本装置可应用于围岩的大变形、片帮、底鼓、顶板冒落、岩爆动力灾害、突水等预测预报上；

5、操作与后期分析简单：采用本装置监测具有简单、易于操作的特点，整个监测过程不影响工程的正常进行。监测的后期分析比较简单，主要为位移和压力数据分析等，如果符合设定的值或前兆模式即发出预警，以确保工作人员和设备的安全。

附图说明

图1为地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测系统示意图。

图2为地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测系统原理方框图。

图3为地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法流程图。

其中：1、锚杆2、紧固螺母3、拉绳位移传感器4、固定托盘5、压缩弹簧6、活动托盘7、围岩。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法，包括一个监测系统，如图1所示，该监测系统包括：固定于围岩7中的锚杆1，在锚杆1位于围岩7外的部分套装有活动托盘6，在活动托盘6的外侧安装有压缩弹簧5，在压缩弹簧5的外侧安装有固定托盘4，在固定托盘4的外侧通过紧固螺母2将固定托盘4、压缩弹簧5以及活动托盘6固定在围岩7的表面，并保证压缩弹簧5处于压缩的状态。

在固定托盘4与活动托盘6的之间安装有拉绳位移传感器3，拉绳位移传感器3的本体固定在固定托盘4的外盘面上，拉绳位移传感器3的拉绳穿过固定托盘4的盘面后固定在活动托盘6的外盘面上。结合图2，拉绳位移传感器3的信号输出端与主控计算机的信号输入端相连，通过拉绳位移传感器3对活动托盘6和固定托盘4之间的位移量进行检测，并将活动托盘6和固定托盘4之间的位移量送入主控计算机内，由主控计算机进行分析。还设置有由主控计算机进行控制的声光报警装置。

如图3所示，地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法，包括如下步骤：

步骤1001，在围岩7的锚固检测区安装锚杆1；

将锚杆1固定于围岩7的锚固检测区内。

步骤1002，依次安装固定托盘4、压缩弹簧5和活动托盘6；

依次将活动托盘6、压缩弹簧5以及固定托盘4套装在锚杆1上，然后在固定托盘4的外盘面上安装紧固螺母2，通过紧固螺母2将固定托盘4、压缩弹簧5以及活动托盘6固定在锚杆1上，并使压缩弹簧5处于压缩状态。

步骤1003，安装拉绳位移传感器3并与主控计算机实现通讯；

将拉绳位移传感器3的本体安装在固定托盘4的外盘面上，然后将拉绳位移传感器3的拉绳穿过固定托盘4之后固定到活动托盘6的外盘面上，然后将拉绳位移传感器3的信号输出端与主控计算机相连，并实现通讯。

步骤1004，由拉绳位移传感器3与主控计算机对围岩7位移进行实时监测；

当围岩7发生位移时，由围岩7产生的位移会传导至活动托盘6上，因此活动托盘6和固定托盘4之间的距离会发生变化，并由拉绳位移传感器3对活动托盘6和固定托盘4之间的距离变化进行监测，并将监测到的位移数据送入主控计算机内。

当围岩7的位移使活动托盘6的压力超过一定程度后，压缩弹簧5在活动托盘6的压力下产生位移，达到对围岩7释能的效果。围岩7发生破坏时压缩弹簧5可随之发生压缩变形，实现缓冲作用，将能量消解，降低伤害，减小事故损伤。

步骤1005，判断围岩7位移是否符合预设定的阈值或前兆模式；

主控计算机判断拉绳位移传感器3送入的位移数值判断围岩7的位移量是否超过预设定的阈值或符合前兆模式，如果围岩7的位移量超过预设定的阈值或符合前兆模式，执行步骤1006，如果围岩7的位移量未超过预设定的阈值或并且不符合前兆模式，返回执行步骤1004。

步骤1006，主控计算机判断是否存在发生围岩灾害的可能性；

主控计算机判断围岩7是否存在发生围岩灾害的可能性，如果存在发生围岩灾害的可能性，执行步骤1007，如果不存在发生围岩灾害的可能性，执行步骤1009。

步骤1007，预报围岩灾害的范围；

由主控计算机预报围岩灾害所出现的范围，并同时执行步骤1008和步骤1009。

步骤1008，由主控计算机发布围岩灾害的预警级别。

步骤1009，由主控计算机驱动声光报警装置进行报警。

具体工作过程及工作原理如下：

利用本地下空间围岩灾害释能及缓冲实时监测方法对围岩7进行监测时，首先在围岩7的锚固检测区施工锚杆1，将锚杆1固定在围岩7内部，然后在锚杆1位于围岩7外的部分依次安装活动托盘6、压缩弹簧5以及固定托盘4，通过紧固螺母2进行固定，并使压缩弹簧5处于压缩状态。

然后将拉绳位移传感器3的本体安装在固定托盘4的外盘面上，然后将拉绳位移传感器3的拉绳穿过固定托盘4之后固定到活动托盘6的外盘面上，然后将拉绳位移传感器3的信号输出端与主控计算机相连，并实现通讯，并开始对围岩7的位移量进行监测。

当围岩7出现位移时，拉绳位移传感器3通过活动托盘6和固定托盘4之间间距的变化得到围岩7位移量，并将围岩7发生的位移量送入主控计算机中。主控计算机首先判断围岩7的位移量是否超出预设定的阈值或符合前兆模式，如果未超过预设定的阈值或并且不符合前兆模式，则继续进行监测；如果围岩7的位移量超过预设定的阈值或符合前兆模式，主控计算机判断围岩7是否存在发生围岩灾害的可能性，如果不存在发生围岩灾害的可能性，由主控计算机驱动声光报警装置进行警示；如果存在发生围岩灾害的可能性，由主控计算机预报围岩灾害所出现的范围，发布围岩灾害的预警级别并驱动声光报警装置进行报警，并通知施工人员尽快撤离。围岩7发生破坏时压缩弹簧5可随之发生压缩变形，实现缓冲作用，将能量消解，降低伤害，减小事故损伤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。