钻孔沉降变形监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及交通、水利水电、矿山及城市建设的隧道、边坡和地下工程岩体变形及稳定性监测技术。
背景技术：
：岩土工程、采矿工程、边坡工程及地下工程的主要问题的岩体的稳定性。通过监测岩体内部的变形规律及动态，对判断岩土体的稳定性，预报险情，防范于未然有重要意义。目前对岩体内部的位移监测方法有多种多样，但是，各种方法应用都受到不同的限制。因此，不断研究开发不同的岩体内部变形的监测方法，以适应不同的工程条件是非常必要的。微压传感器是工业实践中最为常用的一种压力传感器，微压传感器在测量过程中，压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，同时通过电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号，这样的过程就是微压传感器进行测量的过程。技术实现要素：为了适用不同工程条件下岩体内部变形的监测，本发明提供一种钻孔沉降变形监测系统。本发明同时提供利用该系统监测钻孔沉降变形的方法。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种钻孔沉降变形监测系统，它包括微压传感器，其特征在于，它还包括一根安设在岩体钻孔内的液体管道，液体管道的孔外端连接有储液器，要求储液器位置高于钻孔位置，以保证液体管道中有稳定的压力；在钻孔底部或钻孔孔外的相对不变形点设置参照点作为基准点，钻孔内分布有多个测点，基准点和测点上均设有微压传感器，所有微压传感器的信号输出端通过导线电连接在孔外压力传感器数据采集仪的相应端口上；上述的钻孔应稍微向孔口倾斜，防止孔内积水对量测成果的影响。上述微压传感器与液体管道的连接结构是：在液体管道上串接一个t型三通，微压传感器的膜片伸入管道，微压传感器的本体旋拧在三通的竖管上，用于传感器的膜片直接与管道中的液体接触，传感该点的液体压力值并通过信号输出到导线。上述的钻孔直径应满足液体管道、t型三通、微压传感器和导线装入的要求。上述微压传感器选用高精度、小量程的液体压力传感器，如扩散硅压力变送器等。要求传感器采用螺纹接口形式，其量程根据储液器的液位与管道最低点位差确定。一般这一高度小于2m，因此选用量程为0～30kpa即可。传感器的输出信号选用4～20ma的标准形式。压力传感器采集仪采用通用的4～20ma多通道数据采集系统，通过无线传输把数据发送至主机。采集仪的通道数与传感器数目相对应。利用本发明监测系统监测钻孔沉降变形的方法如下：第一步:在岩体中施工近水平钻孔，为了防止钻孔积水，钻孔应略往外倾斜。然后将带有微压传感器的液体管道推进钻孔，基准点的微压传感器作为参照点设在相对不动的位置上，其余的微压传感器刚好处于事先设定的测点上，将所有微压传感器的信号输出端通过导线引出连接在孔外的数据采集仪的相应端口上。第二步：整个系统安设固定后，从储液器向液体管道中注入防冻液体，利用储液器与液体管道中的液位差对液体管道施加压力；为了使液体充满管道，可事先在液体管道中穿入一根细管至管道内端，以便注入液体时排出气体，待注入液体后将其拔出；第三步：监测岩体钻孔变形，具体包括：第3.1步：首先采集基准点及各测点的初始压力值设基准点的初始压力值为h00；从孔口开始，分别为第一测点、第二测点、第三测点，以此类推直到第n测点，这些测点的初始压力值分别为h01、h02、h03、……h0n；第3.2步:采集岩体沉降变形后基准点及各测点的压力值当钻孔周围的岩体沉降变形经历t天后所采集的基准点及各测点的压力值分别为ht0、ht1、ht2、ht3、……htn，则这时第i测点的沉降量可按下式计算：式中：0.1代表1mm水柱的压力，单位为pa/mm；—第i测点经历t天后周围岩体的沉降量，mm；—第i测点经历t天后所采集的液体管中的压力，单位pa。本发明的积极效果是：本发明将钻孔变形通过液体管道和储液器的液位差表观出来，当钻孔发生变形后，钻孔中的液体管道的测点位置产生了抬升或降低，液体管道和储液器的液位差发生变化，液位差产生的压力直接作用在微压力传感器上。通过微压力传感器测得变形后的各个测点的压力值，然后通过钻孔变性前后的压力值得到各测点的沉降量。本发明适应性广，结构简单，便于实施，成本底，量测数据稳定可靠，为岩土工程变形监测提供了一条的途径。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。图1为本发明监测系统实施例的结构示意图，图中将基准点设在钻孔外；图2为本发明监测系统中微压传感器的设置结构图图3为本发明的应用实例图图例说明：1-钻孔；2-液体管道；3-基准点；4-第一测点1；5-第二测点；6-第三测点；7-导线；8-采集仪；9-储液器；10-液面；11-三通；12-微压传感器；13-边坡坡面；14-边坡推测滑裂面；15-钻孔沉降变形监测系统。具体实施方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。如图1-2所示，本发明钻孔沉降变形监测系统实施例，包括一根安设在岩体钻孔1内的液体管道2，液体管道2的孔外端连接有储液器9，要求储液器9位置高于钻孔1位置，保证液体管道2中有稳定的压力，根据液面10的变化可以直观感受到钻孔的变形；实施例中在液体管道2孔外段设有基准点3，孔内段间隔设有第一至第三测点4-6，基准点3和第一至第三测点4-6上均设有微压传感器12，所有微压传感器12的信号输出端通过导线7电连接在孔外压力数据采集仪8的相应端口上；上述微压传感器12与液体管道2的连接结构是：在液体管道2上串接一个t型三通11，微压传感器12的膜片伸入液体管道2，微压传感器12的本体旋拧在三通11的竖管上，用于对膜片的形变进行计算，将计算结果通过信号输出端输出到导线7。下面根据一个应用实例说明利用本发明监测系统监测钻孔沉降变形的方法。某露天金矿边坡高度170m，综合边坡角51度。边坡岩体构造复杂，局部破碎失稳。为了保证矿井的安全生产，防范于未然，矿方除了采用gps系统和光学测量相结合的方法进行边坡坡面13位移监测，并且拟采用本发明的钻孔沉降位移监测方法，以掌握边坡岩体内部的变形动态。实施时，在同一断面上布置两组钻孔沉降变形监测系统15，每组钻孔长度28m，分布12个测点。由于边坡深部岩体是不会变形的，因此设置钻孔底部的测点为基准点，从孔底到孔口的测点编号依次为1、2、3……11。测点采用高精度扩散硅微型压力传感器,量程为0～30kpa，综合精度为0.25％fs，长期稳定性0.1％fs。数据由设在孔口的二次仪表采集并转化为无线信号传输，由设在矿井调度室进行接收、处理和储存。两组监测系统安装后进行了初次数据采集，以后每天采集一次。表一和表二是两组检测系统安装后60天的监测结果。从表中可以看出，边坡整体变形量较小，处于正常范围，在边坡岩体内部的变形稳定连续，在如图3中所示的预测滑裂面14周围没有出现变形不连续现象，由此可以看出边坡处于整体稳定状态。表一(第一组监测结果)测点初始压力值(kpa)变形后的压力值(kpa)沉降量(mm)基准点15.30514.9200第一测点15.37014.9880.3第二测点15.44115.0610.5第三测点15.51015.1330.8第四测点15.58315.2101.2第五测点15.65415.2892.0第六测点15.72515.3682.8第七测点15.79815.4483.5第八测点15.87015.5284.3第九测点15.94315.6105.2第十测点16.01715.6996.7第十一测点16.09015.7837.8表二(第二组监测结果)以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页12