[發明專利]弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 201911254977.5
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110967130B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 周志順;褚英奎;鄭宏利;張國煒;劉會龍;魏珊珊;滕明;鄧盛濤;付曉壯;邵偉文
• 申請（專利權）人: 中鐵十六局集團路橋工程有限公司;中鐵十六局集團有限公司
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L5/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明涉及巖土工程技術領域，公開了弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置及其監測方法，包括可傾斜或者水平插設于地層孔道內的測量桿，測量桿由剛性制得；測量桿的外壁沿長度方向套設有氣囊，氣囊的兩個端頭與測量桿接觸處密封連接，氣囊上設置有充放氣口；氣囊的內壁安裝有多個壓電膜片，壓電膜片沿氣囊的長度方向設置，每個壓電膜片的表面均通過導線分別連接至電荷量監測裝置，每個電荷監測裝置的輸出端均連接至計算機。本發明通過將帶有氣囊和壓電膜片的測量桿插入孔道內，然后對氣囊進行充氣使氣囊與孔道內壁接觸，通過壓電膜片對弱巖爆沖壓地層的垂向應力進行實時監測，監測數據準確度高；同時還可在垂向應力超過上限閾值時進行報警。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，具體涉及弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置及其監測方法。

背景技術

巖爆是深埋地下工程施工過程中常見的動力破壞現象，即在隧洞開挖后，發生的一種帶有爆裂聲響的巖層開裂，巖片或巖塊沿一定方向彈射出或墜落下來。根據發生的規模和劇烈程度巖爆可分為：弱巖爆、中等巖爆、強烈巖爆和劇烈巖爆。巖爆是深井、礦山、隧道面臨的主要安全隱患之一。

現有的對弱巖爆沖壓地層的垂向應力監測是采用錨桿進行監測，具體監測過程為觀察錨桿在地層中的變形量，然后進行大致的估算弱巖爆沖壓地層的垂向應力。這種監測方式精準度差，還不能對弱巖爆沖壓地層的垂向應力進行實時監測。

發明內容

基于以上問題，本發明提供弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置及其監測方法，通過將帶有氣囊和壓電膜片的測量桿沿與水平方向呈0-15°的夾角插入孔道內，然后對氣囊進行充氣使氣囊與孔道內壁接觸，通過壓電膜片對弱巖爆沖壓地層的垂向應力進行實時監測，監測數據準確度高。

為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：

弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置，包括可傾斜或者水平插設于地層孔道內的測量桿，測量桿由剛性材料制得；測量桿的外壁沿長度方向套設有氣囊，氣囊的兩個端頭與測量桿接觸處密封連接，氣囊上設置有充放氣口；氣囊的內壁安裝有多個壓電膜片，壓電膜片沿氣囊的長度方向設置，每個壓電膜片的表面均通過導線分別連接至電荷量監測裝置，每個電荷監測裝置的輸出端均連接至計算機。

進一步地，壓電膜片固定于剛性框架內，剛性框架與氣囊內壁固定連接，壓電膜片與充氣后的氣囊內部相接觸；壓電膜片與所述剛性框架之間絕緣連接。

進一步地，氣囊內壁沿長度方向設置有兩列壓電膜片，兩列壓電膜片對向設置于氣囊內壁。

進一步地，測量桿的長度為10-50米，壓電膜片在氣囊的內壁沿長度方向間隔1-2米布置一個。

進一步地，計算機內還設置有超限報警裝置，每個電荷量監測裝置均與超限報警裝置電性連接，超限報警裝置包括控制電路板和蜂鳴報警器，控制電路板用于設置上限閾值并在垂向應力值超過上限閾值時向蜂鳴報警器發出報警控制信號。

進一步地，氣囊的外壁可拆卸套設有保護套管。

為解決上述技術問題，本發明還提供了弱巖爆沖壓地層垂向應力監測方法，該方法基于弱巖爆沖壓地層垂向應力監測裝置，包括如下步驟：

S1：根據設計要求，在弱巖爆沖壓地層需要進行垂向應力監測的位置進行鉆孔，孔道與水平方向之間的夾角為0-15°；

S2：將帶有氣囊及壓電膜片的測量桿插入孔內，然后用氣泵通過充放氣口對氣囊進行充氣，使氣囊的外壁與孔道內壁接觸；

S3：啟動電荷量監測裝置，開始間隔讀取各個電荷量監測裝置監測到的對應的壓電膜片的電荷量值，并傳輸至計算機中進行記錄，記錄的數據包括電荷量值及其相應的監測時刻；