低成本深部多点位移计的研制
发布时间：2017-07-20 点击次数：2333次
研制目的锚杆监测项目较多，其中最重要的项目是深部位移和顶板离层的监测。目前，国外多 使用先进的声波多点位移计来进行，监测点数多，深度大，是较好的首选仪器；国内多使用煤炭科学总院等单位生产的深部多点位移计，安装使用方便。但这些仪器 成本高，对于科研方面少量的使用是可行的。由于本项目的研究最终目标是找出一种适合煤矿井下常规生产管理，坚持经常的监测方法。这样，有关的监测仪器必然 要大量使用，也必须降低监测成本。这就是研制低成本深部多点位移计的目的。
为满足常规监测的需要，研制的深部多点位移计具有如下特点：
(1)易于加工，安装方便，成本低；
(2)监测读数容易，精度达到毫米级；
(3)适用性强，既可用于巷道顶板深部位移的监测，又可用于顶板离层的监测。
2. 2. 2 深部多点位移计的设计
(1) 深部固定头：采用聚氯乙稀或PVC材料加工成胀壳式锚固头。锚固头由两部分组成，外径为φ42，与标准钻头配套。外型见图2-4。
图2-4 塑料胀壳式锚固头
(2) 测量部件：用φ6的冷拔钢筋制成。第一节固定在锚固头内。标准长度lm(称为一节)，各节之间可装配，根据需要加长。外型见图2-5
(3)孔口基点保护套：用φ42的钢管制成，用以保护测量部件和设定基点。外型见图2-6。装配成套后见图2-7。
图2-5 测量部件
图2-6 孔口保护套
图2-7 深部多点位移计
由于所选材料简单，加工容易，研制的深部多点位移计成本，每套仅为30元，适合大量使用。满足了本项目的需要，也有利于以后的推广应用。
2. 3 监测参数临界值的确定
2.3.1 临界值的作用
预报巷道顶板可能发生的冒顶地点，顶板离层和岩体扩容松动，查出巷道支护中的薄 弱环节，以便及时采取相应措施消除事故隐患，是实行锚杆支护监测的根本宗旨。用相关参数的实测值预报上述危险性，必须依据临界值进行判别。如果临界值确定 的合理，预报就比较切合实际，整改措施才能恰当有效。否则，高临界值可能导致漏报，失去监测作用;低临界值会造成谎报，使某些整改措施不必要，浪费人力物 力。因此，临界值的确定既与预报质量密切相关，又制约着整改措施的正确实施，是一个至关重要的问题。
2. 3. 2 顶板离层临界值的确定
离层临界值是指锚杆支护巷道中，顶板尚处于稳定状态下的岩层离层、松动的位移最大值，它包括锚杆排间的顶板变形的临界值。临界值是顶板由稳定到失稳的一个判定指标。它的确定是比较困难的。顶板离层临界值的确定方法如下:
(1) 数值模拟
这种方法最大的优点是可直观地显现巷道顶板变形离层情况，并在不同岩层层位设置测点和观测线，为顶板离层与否提供依据。
(2) 工程类比
这种方法的具体操作过程是，分析本矿区巷道实际围岩条件，总结顶板位移量与顶板离层之间的对应关系，进而归纳出适应一定巷道围岩条件的离层临界值。
(3) 统计分析
这种方法是建立在大量的监测数据基础上的，利用数理统计的方法计算出顶板离层的均值和均方差，以一定的可靠度来确定顶板离层临界值
总之，离层临界值很难用适当的力学模型来描述分析。矿上应据具体情况进行数值计算和矿压观测和总结，找出较为确切的岩层临界值。
2.3.3 深部位移临界值的确定
根据最大水平重应力理论，经多年研究和实践，一般认为当顶板岩层松动膨胀到1 / 100时，岩层即进入软化阶段，若锚杆长度范围内的岩层均进入这一状态则证明锚杆支护强度不够。因此，深部位移临界值确定为测量深度的1 / 100。
2. 3. 4 锚杆杆体失效的确定
锚杆杆体的失效分两种情况：一是指杆体周围的岩层局部脱落或托盘失效造成杆体失 去承载点而失效，这种情况可在井下直接观测到。另一种情况指在巷道锚杆支护过程中，锚杆在受轴向载荷的作用下，杆体本身产生屈服变形，造成杆体产生“颈 缩”显现甚至破断(尤其在螺纹部位)，这种情况只能通过锚杆测力计测得。
2.3.5 顶板位态监测准则一确定整改措施
(1) 对于较完整的层状顶板，如果相邻两分层的位移差△S>0，则表明岩层产生离层。对于节理裂隙较发育的层状顶板，应在同一层中设置不同位置的两测点，如果位移差△S>0，说明这层顶板已扩容松动，此时应注意顶板的局部冒顶。
(2)若锚固范围内△S>0，顶板产生离层，锚杆受力也较大(大于锚杆屈服载荷的80%)，说明顶锚杆约束强度不够，应考虑增大杆体直径或提高材质的强度，也可考虑增加锚杆数量。
(3)若锚固范围△S>0，且锚固体上位岩层位移量也较大，说明锚杆长度不够，应增加锚杆长度，在一定条件下可加锚索。
(4)掘进阶段和回采阶段，应每天读取并分析测力锚杆的数据，如发现锚杆接近或达到屈服载荷，应及时进行补打锚杆。
(5)不定期地利用无损检测仪对锚杆进行验证，发现载荷低于设计值，立即补打或改进安装质量。
(6)对于节理发育的顶板，顶板的失稳一般是先局部冒落后引起大面积垮落，因此不能单纯只分析下沉量，应结合测力锚杆各段的应力值分析锚固体内各岩层的受力变形情况。
(7)对于同排锚杆，在同层位测点的位移量、位移速度及相应层位的应力、应力变化速度应一致，如不一致，则应分析是锚杆支护参数的原因还是原岩应力或采动影响。
2. 4 监测日期和频度
(1) 各测站安设完毕后要及时测量各项监测项目的初读数，并作好记录。
(2) 当回采工作面距最近的测站30m以上时，每周测量数据两次。
(3) 当回采工作面距最近的测站30m以内时，每天测量数据一次．
3 锚杆支护监测软件
3. 1 软件编制原则和目的
编制计算机软件是论文工作的重要内容，锚杆支护质量监测的全部数据处理、储存和打印图表都由微机完成。其宗旨在于：一矿一台微机，实现适宜不同地质条件的多个锚杆支护巷道监测和评价微机化，并为更大范围的微机联网创造条件。
软件是为紧密配合晓南矿支护改革，推广锚杆支护工作进行编制的。它在实践中产生，又在实践中不断完善、充实、提高，前后经由多次修改，集思广益而成。
锚杆支护质量监测软件是一个应用软件，实用性是它的基本特点，为此，软件既充分体现了具体要求，又在晓南矿W3-405运输顺槽的实际监测工作中进行了验证。应用表明，本软件易于操作。功能齐全、运行稳定，安全可靠。
本软件用QBASIC语言编写，在UCDOS 5. 0汉字系统支持下，于386微机上调试通过，软件含有日监测程序和综合评价程序两大部分，五个功能模块。
软件编制原则：(1) 面向用户，采用菜单和音响技术方便用户，图表并茂;(2)密切结合现场实际，突出实用性。
软件编制目的：(1)对锚杆支护巷道的质量进行监测，使监测工作实现科学化、规范化和系列化；(2)}利用监测数据分析特定条件下巷道矿压显现规律，验证锚杆支护参数的合理性，为进一步修改和完善锚杆设计提供依据。
