巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土及采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為保障煤礦井下巷道穩(wěn)定，在進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)前會應(yīng)用探測技術(shù)對巷道圍巖進(jìn)行測試，通過對探測結(jié)果的分析總結(jié)評估巷道圍巖穩(wěn)定，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以對不同程度的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)。現(xiàn)如今，對礦山圍巖監(jiān)測技術(shù)手段較多，例如聲發(fā)射、光纖、電阻應(yīng)力計(jì)等，但都集中于某一種技術(shù)手段，由于煤巖層賦存的多樣性和復(fù)雜性，空間尺寸的大型化以及在現(xiàn)場監(jiān)測中受外界因素干擾較多，很多監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)失真現(xiàn)象，可見單一的監(jiān)測手段在特定的時(shí)-空-地范圍內(nèi)進(jìn)行礦山巖體監(jiān)測，難以對工程實(shí)踐實(shí)現(xiàn)足夠有效的指導(dǎo)?，F(xiàn)有單一的監(jiān)測手段主要存在以下幾方面問題:第一、單個(gè)鉆孔孔壁裂隙的發(fā)育程度無法反映圍巖裂隙的整體面貌，精度較低；第二、以單個(gè)鉆孔為中心的巷道圍巖裂隙發(fā)育范圍測試，無法探測復(fù)雜條件下含水區(qū)、采空區(qū)等其它結(jié)構(gòu)，檢測精度較低；第三、探測含水區(qū)、采空區(qū)及其它結(jié)構(gòu)(如鋼筋等)的位置與范圍，無法對局部巷道的支護(hù)提供依據(jù)，監(jiān)測精度較低；第四、在原有的巷道穩(wěn)定性測試技術(shù)中，圍巖裂隙的發(fā)育程度、松動(dòng)范圍大小、結(jié)構(gòu)變異等技術(shù)均是單獨(dú)應(yīng)用，準(zhǔn)確度較低；第五、隨著開采深度的增加較多的礦體開采進(jìn)入深部，圍巖裂隙及松動(dòng)范圍等自然賦存條件越來越復(fù)雜，單種探測技術(shù)不能夠?qū)鷰r穩(wěn)定性進(jìn)行完善的評估，精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且使用操作簡便、測試結(jié)果準(zhǔn)確，能解決現(xiàn)有單一監(jiān)測手段存在的精度較低、難以對巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確測試的問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其特征在于:包括控制主機(jī)、對煤礦井下巷道頂板或巷道幫上鉆取的鉆孔內(nèi)壁的圍巖裂隙發(fā)育程度進(jìn)行測試的鉆孔窺視儀、對鉆孔周側(cè)圍巖進(jìn)行松動(dòng)圈測試的松動(dòng)圈測試儀和對煤礦井下巷道頂板或巷道幫的圍巖穩(wěn)定狀況進(jìn)行測試的地質(zhì)雷達(dá)探測儀，所述鉆孔窺視儀、松動(dòng)圈測試儀和地質(zhì)雷達(dá)探測儀均與控制主機(jī)相接。
[0005]上述巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其特征是:所述鉆孔窺視儀、松動(dòng)圈測試儀和地質(zhì)雷達(dá)探測儀與控制主機(jī)之間均通過電纜進(jìn)行連接。
[0006]上述巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其特征是:還包括平移小車和安裝在平移小車上且長度可調(diào)的伸縮臂，所述鉆孔窺視儀和松動(dòng)圈測試儀均安裝在伸縮臂上；所述平移小車包括水平車架和安裝在所述水平車架底部的多個(gè)行走輪，所述地質(zhì)雷達(dá)探測儀和控制主機(jī)均安裝在所述水平車架上，所述地質(zhì)雷達(dá)探測儀安裝在所述水平車架的后側(cè)上方。
[0007]上述巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其特征是:還包括一個(gè)安裝在所述水平車架前側(cè)的平移軌道和能沿平移軌道前后移動(dòng)的滑移座，所述滑移座安裝在平移軌道上，所述伸縮臂底部安裝在滑移座上；所述平移軌道沿所述水平車架的橫向?qū)挾确较虿荚O(shè)且其橫截面為倒凹字形，所述平移軌道由一個(gè)位于所述水平車架上部的水平軌道和兩個(gè)分別位于所述水平軌道左右兩側(cè)下方的豎向軌道連接而成，所述水平軌道和兩個(gè)所述豎向軌道均布設(shè)在同一豎直面上。
[0008]上述巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試裝置，其特征是:所述伸縮臂底部與滑移座之間以鉸接方式進(jìn)行連接，所述滑移座上裝有供伸縮臂底部安裝的鉸接座；所述滑移座上安裝有對伸縮臂與滑移座之間的夾角進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)為液壓缸，所述液壓缸的缸體底部以鉸接方式安裝在滑移座上且其活塞桿頂端以鉸接方式安裝在伸縮臂上；所述伸縮臂包括伸縮桿和多個(gè)由內(nèi)至外同軸套裝在伸縮桿上的伸縮套筒，所述鉆孔窺視儀和松動(dòng)圈測試儀均安裝在伸縮桿上。
[0009]同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便且測試效果好、能對巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確測試的巷道圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試方法，其特征在于:沿巷道縱向延伸方向，由后向前分多個(gè)巷道節(jié)段對煤礦井下巷道進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試，多個(gè)所述巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試方法均相同；對于任一個(gè)巷道節(jié)段進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試時(shí)，包括以下步驟:
[0010]步驟一、鉆孔:通過鉆機(jī)在被測試巷道節(jié)段內(nèi)鉆取多組鉆孔，多組所述鉆孔由后向前布設(shè)；每組所述鉆孔均包括三個(gè)鉆孔，三個(gè)所述鉆孔分別為一個(gè)布設(shè)在煤礦井下巷道頂板上的鉆孔和兩個(gè)分別布設(shè)在煤礦井下巷道的左右兩側(cè)巷道幫上的鉆孔；
[0011]步驟二、圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試，過程如下:
[0012]步驟201、單孔測試:對步驟一中鉆取的多組所述鉆孔分別進(jìn)行測試，多組所述鉆孔中所有鉆孔的測試方法均相同；對任一個(gè)鉆孔進(jìn)行測試時(shí)，包括以下步驟:
[0013]步驟2011、鉆孔窺視:通過鉆孔窺視儀獲取被測試鉆孔內(nèi)壁的圖像信息，并將獲取的圖像信息上傳至控制主機(jī)進(jìn)行同步顯示和記錄；根據(jù)控制主機(jī)顯示的圖像信息，對被測試鉆孔內(nèi)壁的圍巖裂隙發(fā)育程度進(jìn)行判斷；
[0014]步驟2012、圍巖松動(dòng)測試:采用松動(dòng)圈測試儀對被測試鉆孔進(jìn)行松動(dòng)圈測試，并將松動(dòng)圈測試結(jié)果上傳至控制主機(jī)進(jìn)行同步顯示和記錄；根據(jù)控制主機(jī)顯示的松動(dòng)圈測試結(jié)果，對被測試鉆孔周側(cè)圍巖的圍巖松動(dòng)范圍進(jìn)行判斷，完成被測試鉆孔的單孔測試過程，并對該鉆孔的單孔測試結(jié)果進(jìn)行記錄；
[0015]所述被測試鉆孔的單孔測試結(jié)果包括該鉆孔的內(nèi)壁圍巖裂隙發(fā)育程度和周側(cè)圍巖的圍巖松動(dòng)范圍；
[0016]步驟2013、多次重復(fù)步驟2011至步驟2012，直至完成被測試巷道節(jié)段上所有鉆孔的單孔測試過程，并獲得所有鉆孔的單孔測試結(jié)果；
[0017]步驟202、巷道整體地質(zhì)雷達(dá)探測:采用地質(zhì)雷達(dá)探測儀，由后向前對被測試巷道節(jié)段的頂板、底板和左右兩側(cè)巷道幫分別進(jìn)行全斷面掃描，并將掃描結(jié)果上傳至控制主機(jī)進(jìn)行同步顯示和記錄；根據(jù)控制主機(jī)顯示的掃描結(jié)果，對被測試巷道節(jié)段的頂板、底板和左右兩側(cè)巷道幫的圍巖穩(wěn)定狀況進(jìn)行判斷，并對頂板、底板和左右兩側(cè)巷道幫上是否存在空洞以及所存在空洞的位置和結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，完成被測試巷道節(jié)段的地質(zhì)雷達(dá)探測過程，并對被測試巷道節(jié)段的地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果進(jìn)行記錄；
[0018]所述被測試巷道節(jié)段的地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果包括該巷道節(jié)段的頂板、底板和左右兩側(cè)巷道幫的圍巖穩(wěn)定狀況、是否存在空洞以及所存在空洞的位置和結(jié)構(gòu)；
[0019]步驟三、綜合分析判斷:結(jié)合步驟201中被測試巷道節(jié)段內(nèi)所有鉆孔的單孔測試結(jié)果和步驟202中得出被測試巷道節(jié)段的地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果，對被測試巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行確定，完成被測試巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試過程；
[0020]步驟四、按照步驟一至步驟三中所述的方法，對下一個(gè)巷道節(jié)段進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試；
[0021]步驟五、多次重復(fù)步驟四，直至完成煤礦井下巷道的圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試過程。
[0022]上述方法，其特征是:步驟2011中進(jìn)行鉆孔窺視時(shí)，先將鉆孔窺視儀從被測試鉆孔的孔口移動(dòng)至孔底，再將鉆孔窺視儀從被測試鉆孔的孔底移動(dòng)至孔口 ；所述鉆孔窺視儀移動(dòng)過程中，同步獲取被測試鉆孔內(nèi)壁各位置處的圖像信息；對被測試鉆孔內(nèi)壁的圍巖裂隙發(fā)育程度進(jìn)行判斷時(shí)，根據(jù)被測試鉆孔內(nèi)壁各位置處的圖像信息，對被測試鉆孔內(nèi)壁各位置處的圍巖破碎情況以及是否存在裂隙和所存在裂隙的數(shù)量、位置、寬度、延伸方向與長度進(jìn)行判斷。
[0023]上述方法，其特征是:步驟201中進(jìn)行單孔測試時(shí)，按照鉆孔的布設(shè)位置，由后向前對多組所述鉆孔分別進(jìn)行單孔測試；待上一組所述鉆孔的三個(gè)所述鉆孔均完成單孔測試后，再對下一組所述鉆孔進(jìn)行單孔測試；每組所述鉆孔中三個(gè)所述鉆孔的單孔測試結(jié)果組成該組鉆孔所處位置處的圍巖穩(wěn)定性分區(qū)測試結(jié)果；步驟201中完成被測試巷道節(jié)段上所有鉆孔的單孔測試后，獲得被測試巷道節(jié)段上多個(gè)不同位置處的圍巖穩(wěn)定性分區(qū)測試結(jié)果;
[0024]步驟202中所述被測試巷道節(jié)段的地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果為被測試巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性整體測試結(jié)果；
[0025]步驟三中進(jìn)行綜合分析判斷時(shí)，根據(jù)步驟202中得出的被測試巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性整體測試結(jié)果，并結(jié)合步驟201中得出的被測試巷道節(jié)段上多個(gè)不同位置處的圍巖穩(wěn)定性分區(qū)測試結(jié)果，對被測試巷道節(jié)段的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行確定。
[0026]上述方法，其特征是:所述鉆孔窺視儀和松動(dòng)圈測試儀均安裝在長度可調(diào)的伸縮臂上，所述伸縮臂安裝在平移小車上；所述平移小車包括水平車架和安裝在所述水平車架底部的多個(gè)行走輪，所述地質(zhì)雷達(dá)探測儀和控制主機(jī)均安裝在所述水平車架上，所述地質(zhì)雷達(dá)探測儀安裝在所述水平車架的后側(cè)上方；
[0027]所述水平車架前側(cè)安裝有一個(gè)平移軌道，所述平移軌道上安裝有一個(gè)能沿平移軌道前后移動(dòng)的滑移座，所述伸縮臂底部安裝在滑移座上；所述平移軌道沿所述水平車架的橫向?qū)挾确较虿荚O(shè)且其橫截面為倒凹字形，所述平移軌道由一個(gè)位于所述水平車架上部的水平軌道和兩個(gè)分別位于所述水平軌道左右兩側(cè)下方的豎向軌道連接而成，所述水平軌道和兩個(gè)所述豎向軌道均布設(shè)在同一豎直面上；所述伸縮臂底部與滑移座之間以鉸接方式進(jìn)行連接，所述滑移座上裝有供伸縮臂底部安裝的鉸接座；所述滑移座上安裝有對伸縮臂與滑移座之間的夾角進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)為液壓缸，所述液壓缸的缸體底部以鉸接方式安裝在滑移座上且其活塞桿頂端以鉸接方式安裝在伸縮臂上；所述伸縮臂包括伸縮桿和多個(gè)由內(nèi)至外同軸套裝在伸縮桿上的伸縮套筒，所述鉆孔窺視儀和松動(dòng)圈測試儀均安裝在伸縮桿上；
[0028]步驟一中每組所述鉆孔中的三個(gè)所述鉆孔均布設(shè)在同一豎直面上且三者均位于煤礦井下巷道的橫斷面上；
[0029]步驟二中進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性聯(lián)合測試時(shí)，推動(dòng)平移小車沿被測