巷道围岩稳定性联合测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土及采矿工程技术领域，尤其是涉及一种巷道围岩稳定性联合测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002]为保障煤矿井下巷道稳定，在进行巷道支护设计前会应用探测技术对巷道围岩进行测试，通过对探测结果的分析总结评估巷道围岩稳定，为巷道支护设计提供依据，以对不同程度的围岩稳定性进行巷道支护设计。现如今，对矿山围岩监测技术手段较多，例如声发射、光纤、电阻应力计等，但都集中于某一种技术手段，由于煤岩层赋存的多样性和复杂性，空间尺寸的大型化以及在现场监测中受外界因素干扰较多，很多监测结果出现失真现象，可见单一的监测手段在特定的时-空-地范围内进行矿山岩体监测，难以对工程实践实现足够有效的指导。现有单一的监测手段主要存在以下几方面问题:第一、单个钻孔孔壁裂隙的发育程度无法反映围岩裂隙的整体面貌，精度较低；第二、以单个钻孔为中心的巷道围岩裂隙发育范围测试，无法探测复杂条件下含水区、采空区等其它结构，检测精度较低；第三、探测含水区、采空区及其它结构(如钢筋等)的位置与范围，无法对局部巷道的支护提供依据，监测精度较低；第四、在原有的巷道稳定性测试技术中，围岩裂隙的发育程度、松动范围大小、结构变异等技术均是单独应用，准确度较低；第五、随着开采深度的增加较多的矿体开采进入深部，围岩裂隙及松动范围等自然赋存条件越来越复杂，单种探测技术不能够对围岩稳定性进行完善的评估，精度较低。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种巷道围岩稳定性联合测试装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、测试结果准确，能解决现有单一监测手段存在的精度较低、难以对巷道围岩稳定性进行准确测试的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种巷道围岩稳定性联合测试装置，其特征在于:包括控制主机、对煤矿井下巷道顶板或巷道帮上钻取的钻孔内壁的围岩裂隙发育程度进行测试的钻孔窥视仪、对钻孔周侧围岩进行松动圈测试的松动圈测试仪和对煤矿井下巷道顶板或巷道帮的围岩稳定状况进行测试的地质雷达探测仪，所述钻孔窥视仪、松动圈测试仪和地质雷达探测仪均与控制主机相接。
[0005]上述巷道围岩稳定性联合测试装置，其特征是:所述钻孔窥视仪、松动圈测试仪和地质雷达探测仪与控制主机之间均通过电缆进行连接。
[0006]上述巷道围岩稳定性联合测试装置，其特征是:还包括平移小车和安装在平移小车上且长度可调的伸缩臂，所述钻孔窥视仪和松动圈测试仪均安装在伸缩臂上；所述平移小车包括水平车架和安装在所述水平车架底部的多个行走轮，所述地质雷达探测仪和控制主机均安装在所述水平车架上，所述地质雷达探测仪安装在所述水平车架的后侧上方。
[0007]上述巷道围岩稳定性联合测试装置，其特征是:还包括一个安装在所述水平车架前侧的平移轨道和能沿平移轨道前后移动的滑移座，所述滑移座安装在平移轨道上，所述伸缩臂底部安装在滑移座上；所述平移轨道沿所述水平车架的横向宽度方向布设且其横截面为倒凹字形，所述平移轨道由一个位于所述水平车架上部的水平轨道和两个分别位于所述水平轨道左右两侧下方的竖向轨道连接而成，所述水平轨道和两个所述竖向轨道均布设在同一竖直面上。
[0008]上述巷道围岩稳定性联合测试装置，其特征是:所述伸缩臂底部与滑移座之间以铰接方式进行连接，所述滑移座上装有供伸缩臂底部安装的铰接座；所述滑移座上安装有对伸缩臂与滑移座之间的夹角进行调节的调节结构，所述调节结构为液压缸，所述液压缸的缸体底部以铰接方式安装在滑移座上且其活塞杆顶端以铰接方式安装在伸缩臂上；所述伸缩臂包括伸缩杆和多个由内至外同轴套装在伸缩杆上的伸缩套筒，所述钻孔窥视仪和松动圈测试仪均安装在伸缩杆上。
[0009]同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便且测试效果好、能对巷道围岩稳定性进行准确测试的巷道围岩稳定性联合测试方法，其特征在于:沿巷道纵向延伸方向，由后向前分多个巷道节段对煤矿井下巷道进行围岩稳定性联合测试，多个所述巷道节段的围岩稳定性联合测试方法均相同；对于任一个巷道节段进行围岩稳定性联合测试时，包括以下步骤:
[0010]步骤一、钻孔:通过钻机在被测试巷道节段内钻取多组钻孔，多组所述钻孔由后向前布设；每组所述钻孔均包括三个钻孔，三个所述钻孔分别为一个布设在煤矿井下巷道顶板上的钻孔和两个分别布设在煤矿井下巷道的左右两侧巷道帮上的钻孔；
[0011]步骤二、围岩稳定性联合测试，过程如下:
[0012]步骤201、单孔测试:对步骤一中钻取的多组所述钻孔分别进行测试，多组所述钻孔中所有钻孔的测试方法均相同；对任一个钻孔进行测试时，包括以下步骤:
[0013]步骤2011、钻孔窥视:通过钻孔窥视仪获取被测试钻孔内壁的图像信息，并将获取的图像信息上传至控制主机进行同步显示和记录；根据控制主机显示的图像信息，对被测试钻孔内壁的围岩裂隙发育程度进行判断；
[0014]步骤2012、围岩松动测试:采用松动圈测试仪对被测试钻孔进行松动圈测试，并将松动圈测试结果上传至控制主机进行同步显示和记录；根据控制主机显示的松动圈测试结果，对被测试钻孔周侧围岩的围岩松动范围进行判断，完成被测试钻孔的单孔测试过程，并对该钻孔的单孔测试结果进行记录；
[0015]所述被测试钻孔的单孔测试结果包括该钻孔的内壁围岩裂隙发育程度和周侧围岩的围岩松动范围；
[0016]步骤2013、多次重复步骤2011至步骤2012，直至完成被测试巷道节段上所有钻孔的单孔测试过程，并获得所有钻孔的单孔测试结果；
[0017]步骤202、巷道整体地质雷达探测:采用地质雷达探测仪，由后向前对被测试巷道节段的顶板、底板和左右两侧巷道帮分别进行全断面扫描，并将扫描结果上传至控制主机进行同步显示和记录；根据控制主机显示的扫描结果，对被测试巷道节段的顶板、底板和左右两侧巷道帮的围岩稳定状况进行判断，并对顶板、底板和左右两侧巷道帮上是否存在空洞以及所存在空洞的位置和结构进行确定，完成被测试巷道节段的地质雷达探测过程，并对被测试巷道节段的地质雷达探测结果进行记录；
[0018]所述被测试巷道节段的地质雷达探测结果包括该巷道节段的顶板、底板和左右两侧巷道帮的围岩稳定状况、是否存在空洞以及所存在空洞的位置和结构；
[0019]步骤三、综合分析判断:结合步骤201中被测试巷道节段内所有钻孔的单孔测试结果和步骤202中得出被测试巷道节段的地质雷达探测结果，对被测试巷道节段的围岩稳定性进行确定，完成被测试巷道节段的围岩稳定性联合测试过程；
[0020]步骤四、按照步骤一至步骤三中所述的方法，对下一个巷道节段进行围岩稳定性联合测试；
[0021]步骤五、多次重复步骤四，直至完成煤矿井下巷道的围岩稳定性联合测试过程。
[0022]上述方法，其特征是:步骤2011中进行钻孔窥视时，先将钻孔窥视仪从被测试钻孔的孔口移动至孔底，再将钻孔窥视仪从被测试钻孔的孔底移动至孔口 ；所述钻孔窥视仪移动过程中，同步获取被测试钻孔内壁各位置处的图像信息；对被测试钻孔内壁的围岩裂隙发育程度进行判断时，根据被测试钻孔内壁各位置处的图像信息，对被测试钻孔内壁各位置处的围岩破碎情况以及是否存在裂隙和所存在裂隙的数量、位置、宽度、延伸方向与长度进行判断。
[0023]上述方法，其特征是:步骤201中进行单孔测试时，按照钻孔的布设位置，由后向前对多组所述钻孔分别进行单孔测试；待上一组所述钻孔的三个所述钻孔均完成单孔测试后，再对下一组所述钻孔进行单孔测试；每组所述钻孔中三个所述钻孔的单孔测试结果组成该组钻孔所处位置处的围岩稳定性分区测试结果；步骤201中完成被测试巷道节段上所有钻孔的单孔测试后，获得被测试巷道节段上多个不同位置处的围岩稳定性分区测试结果;
[0024]步骤202中所述被测试巷道节段的地质雷达探测结果为被测试巷道节段的围岩稳定性整体测试结果；
[0025]步骤三中进行综合分析判断时，根据步骤202中得出的被测试巷道节段的围岩稳定性整体测试结果，并结合步骤201中得出的被测试巷道节段上多个不同位置处的围岩稳定性分区测试结果，对被测试巷道节段的围岩稳定性进行确定。
[0026]上述方法，其特征是:所述钻孔窥视仪和松动圈测试仪均安装在长度可调的伸缩臂上，所述伸缩臂安装在平移小车上；所述平移小车包括水平车架和安装在所述水平车架底部的多个行走轮，所述地质雷达探测仪和控制主机均安装在所述水平车架上，所述地质雷达探测仪安装在所述水平车架的后侧上方；
[0027]所述水平车架前侧安装有一个平移轨道，所述平移轨道上安装有一个能沿平移轨道前后移动的滑移座，所述伸缩臂底部安装在滑移座上；所述平移轨道沿所述水平车架的横向宽度方向布设且其横截面为倒凹字形，所述平移轨道由一个位于所述水平车架上部的水平轨道和两个分别位于所述水平轨道左右两侧下方的竖向轨道连接而成，所述水平轨道和两个所述竖向轨道均布设在同一竖直面上；所述伸缩臂底部与滑移座之间以铰接方式进行连接，所述滑移座上装有供伸缩臂底部安装的铰接座；所述滑移座上安装有对伸缩臂与滑移座之间的夹角进行调节的调节结构，所述调节结构为液压缸，所述液压缸的缸体底部以铰接方式安装在滑移座上且其活塞杆顶端以铰接方式安装在伸缩臂上；所述伸缩臂包括伸缩杆和多个由内至外同轴套装在伸缩杆上的伸缩套筒，所述钻孔窥视仪和松动圈测试仪均安装在伸缩杆上；
[0028]步骤一中每组所述钻孔中的三个所述钻孔均布设在同一竖直面上且三者均位于煤矿井下巷道的横断面上；
[0029]步骤二中进行围岩稳定性联合测试时，推动平移小车沿被测