[發明專利]一種巖層沉降磁感應監測裝置及其操作方法

有效

• 申請號: 202110253756.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112945188B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李文平;陳維池;秦偉;呂振猛;王啟慶;楊玉茹
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 北京佳信天和知識產權代理事務所(普通合伙) 11939
• 代理人: 楊光

本專利涉及一種巖層沉降磁感應監測裝置，包括沉降磁環組件和安裝導管，沉降磁環組件包括錨箍組件、磁感應鐵圈以及套設于磁感應鐵圈外的磁環套；所述錨箍組件設于磁環套的外圓周，具有收縮狀態和展開狀態；收縮狀態下的錨箍組件能夠在監測孔內移動，展開狀態下的錨箍組件與監測孔孔壁在豎直方向上至少有兩個高度的支撐點；安裝導管的兩端分別與鉆桿和磁環套連接，通過鉆桿配合安裝導管使錨箍組件處于收縮狀態和展開狀態，以實現沉降磁環組件的安裝與回收。本發明的結構簡單，操作方便，不僅能夠長期穩固的固定在監測孔孔壁上，而且完成監測后能夠從監測孔中移出，實現重復使用，顯著降低了成本，具有顯著的經濟效益。

技術領域

本發明屬于煤礦離層沉降監測裝置技術領域，具體而言涉及一種巖層沉降磁感應監測裝置及其操作方法。

背景技術

不同的沉積時間和沉積環境會造成地層巖性和厚度的差異性。當煤層開采時，覆巖原巖應力的破壞導致各地層不一致的沉降變形，因此在巖層間形成離層空間。一方面，在負壓作用下，覆巖含水層大量水資源向離層空腔積聚，當規模發育到一定程度就會發生瞬時性離層突水事故，威脅礦井工作面安全開采。另一方面，覆巖離層空間的閉合會使地表下沉，形成沉降坑并積水，改變地表土壤環境，威脅地表生態及建筑物穩定。當離層空間發育最大時，地面注漿是防治離層突水和地面沉降的一種有效方法，過早(離層發育不完全)或過晚(離層開始閉合)注漿都會導致較低防治效率。因此，覆巖離層動態發育監測對離層水突水防治及地面沉降治理非常重要。

現有覆巖離層發育(覆巖變形)監測方法中，有一種利用光纖檢測的方法，將傳感光纖及配重借助鉆桿埋設進監測孔，通過監測光纖應變情況分析采動引起的覆巖變形破壞高度和受力狀況，判斷離層發育高度；還有一種監測方法，通過在煤系上覆巖層布設由多組彈簧傳感器和應變傳感器構成的監測裝置，根據監測裝置的彈簧拉、壓應力狀態計算覆巖移動變形量。上述方法存在以下不足：(1)煤層開采過程中離層上、下覆巖巖層移動劇烈，監測信號線易被水平或垂直應力剪斷或拉斷導致測量失效；(2)測量裝置通常用水泥與巖層進行耦合，同步變形差導致測量不準確；(3)監測結果涉及應力-應變換算，步驟繁瑣；(4)監測點過少，無法完全測量所有巖層的移動；(5)價格昂貴，監測成本高。

在地鐵、橋梁、基坑等施工項目的土層沉降監測中，采用磁環式分層沉降儀進行監測，磁環式分層沉降儀由沉降管、沉降磁環、磁感應探頭構成，其監測原理簡單，將沉降磁環套接在沉降管上下入監測孔，根據沉降磁環位置判斷土層下沉量。然而，現有沉降磁環無法直接應用到巖層分層沉降監測中，理由如下：(1)巖層分層沉降監測孔埋深大，所用沉降管根數多，現有沉降管連接技術承重小，深孔安裝時沉降管可能在上部斷開導致安裝失敗；(2)沉降磁環的錨固爪彈開前，沉降磁環在自重作用下產生位移導致安裝位置不準確；(3)巖石硬度遠大于土體，現有沉降磁環無法長期固定在監測孔巖壁上；(4)沉降管與沉降磁環間隙小，限制沉降磁環測量量程，若其被巖屑或土顆粒堵塞，沉降磁環無法自由移動，影響測量精度。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種巖層沉降磁感應監測裝置及其操作方法，用以解決現有監測裝置無法長期穩定固定在監測孔巖壁上，且無法回收重復利用，且一旦沉降磁環位置安裝錯誤，無法再次調整，成本高的問題中的一者或多者。

本發明的目的是這樣實現的：

第一方面，提供一種巖層沉降磁感應監測裝置，包括：

沉降磁環組件，包括錨箍組件、磁感應鐵圈以及套設于磁感應鐵圈外的磁環套；所述錨箍組件設于磁環套的外圓周，具有收縮狀態和展開狀態，收縮狀態下的錨箍組件能夠在監測孔內移動，展開狀態下的錨箍組件與監測孔孔壁在豎直方向上至少有兩個高度的支撐點；

安裝導管，安裝導管的兩端分別與鉆桿和磁環套連接，通過鉆桿配合安裝導管使錨箍組件處于收縮狀態和展開狀態，以實現沉降磁環組件的安裝與回收。

進一步地，錨箍組件包括長壁錨爪和箍片；