貼壁式井筒徑向位移測微計及其測量方法
2023-12-10 06:56:47 2
專利名稱：貼壁式井筒徑向位移測微計及其測量方法
技術領域：
本發明涉及地下工程監測技術，尤其涉及生產礦井井筒和運營中的隧道的徑向和切向變形實時動態監測。
背景技術：
立井井筒是礦業工程重要的結構組成部分，是礦業生產活動的咽喉要道，立井井筒的變形和破壞不僅會對煤礦的安全造成嚴重的威脅，而且還會給煤礦企業造成嚴重的經濟損失。我國華東地區的淮北、淮南、大屯、徐州，兗州和永夏等礦區為立井井筒非採動破壞 的工程地質災害多發區域，造成了嚴重的經濟損失。自20世紀80年代以來徐淮礦區(徐州、淮北、淮南)出現了嚴重的井筒非採動破壞現象，90年代以來，我國特大型煤炭企業兗州礦業集團的9對井筒也先後發生了此類破壞。由於厚表土層立井井筒變形破壞的影響因素複雜，井筒周圍地層條件特殊，通過分析井筒的地質條件和變形破壞特徵，選擇合適的層位進行井筒變形動態監測，對於井壁的應力應變狀態的分析以及井筒變形破壞的預測顯得尤為重要。但是由於生產礦井的特殊性，在進行井筒的變形測量時，有兩個難於克服的困難第一，不能影響井筒提升空間，即不能直接測量徑向位移量，也沒有能夠測試井筒表面切向變形的儀器;第二，由於在罐籠的提升過程中，會散落煤渣，會對監測儀器的安全造成威脅，需要採取合理的措施對監測儀器進行保護。本發明提出的貼壁式徑向位移和切向位移雙功能測試器，貼壁安裝不佔用井筒有效空間、便於安裝和保護，能夠有效地解決上述難題。
發明內容
本發明的目的在於為生產井筒(主要包括立井，斜井和隧道)的徑向位移的監測提供一種簡便有效的貼壁式井筒徑向位移測微計及使用方法。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構造和安裝結構是，人字架由兩根具有一定的抗彎剛度的杆件組成，每根杆件的兩端設有安裝孔，兩根杆件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根杆件底端叉開從而形成人字架結構，將位移傳感器受力兩端置入兩根杆件之間，然後通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構成一個整體。要求位移傳感器的測量精度l/1000mm。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計的安裝測量方法說明如下當在井筒中選定監測的位置後，在同一水平斷面上選定對稱四個方位進行測微計的安裝，並按照測微計的尺寸，在井壁上打三個膨脹螺栓固定孔；在三個固定孔內添加錨固齊U，然後將測微計人字架緊貼井壁，且人字頭的朝向應與井筒徑向垂直，用膨脹螺栓進行固定，並保證鉸接處無轉動約束；然後將位移傳感器置入兩根杆件之間，置入時的受力兩端應與杆件密切接觸，且受力軸向呈水平狀態，置入後固定在井筒壁上；再將位移傳感器導線連接在數據採集儀上。由數據採集儀採集井筒變形位移數據，根據幾何原理從而換算出微小的變形量。為了測量計算需要，位移傳感器的兩端應位於距杆件頂端的1/4處。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計工作原理是，井筒為深埋於地層中的空間地下結構體，井筒外壁受到周圍地層的約束，當發生變形時必然會產生徑向收斂。此時，人字架底端兩點隨之收縮，位移傳感器發生變形傳出信號，由數據採集儀採集數據，根據幾何原理從而換算出微小的變形量。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計的積極效果是，體積小、重量輕、便於貼壁安裝，不佔井筒使用空間，不受井筒中其他設備的限制。
圖I為本發明安裝結構組成示意圖。圖2為本發明結構示意圖。圖3圖4為本發明計算原理示意圖。圖例說明，I-膨脹螺栓，2-杆件，3-位移傳感器，4-鉸接點。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計，包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器3 ;具體構造和安裝結構是，人字架由兩根具有一定的抗彎剛度的杆件2組成，每根杆件2的兩端設有安裝孔，兩根杆件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點4，兩根杆件底端叉開從而形成人字架結構，將位移傳感器3受力兩端置入兩根杆件2之間，然後通過安裝孔用三個膨脹螺栓I固定在井筒壁上從而構成一個整體。實施例中，要求位移傳感器3的測量精度l/1000mm。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計的安裝過程再說明如下如圖I所示，當在井筒中選定監測的位置後，在同一水平斷面上選定對稱四個方位進行測微計的安裝(圖中僅示出I個方位)，並按照測微計的尺寸，在井筒壁上打三個膨脹螺栓固定孔，且人字頭的朝向應與井筒徑向垂直；在三個固定孔內添加錨固劑，然後將測微計人字架緊貼井壁，用膨脹螺栓I進行固定，並保證鉸接處無轉動約束；然後將位移傳感器3置入兩根杆件2之間，置入時的受力兩端應與杆件密切接觸，且受力軸呈水平狀態，置入後固定在井筒壁上；再將位移傳感器3導線連接在數據採集儀上。為了測量計算需要，位移傳感器的兩端應位於距杆件頂端的1/4處。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計工作原理是，井筒為深埋於地層中的空間地下結構體，井筒外壁受到周圍地層的約束，當發生變形時必然會產生徑向收斂。此時，人字架底端兩點隨之收縮，位移傳感器發生變形傳出信號，由數據採集儀採集數據，根據幾何原理從而換算出微小的變形量。下面參照圖3圖4舉一個計算例子如圖3、4所示，假定井筒的內半徑為R，將對應的圓周進行η(—般進行12等分即可)等分後，根據圖中對應的幾何關係可得每個圓心角對應的弦長I = 2R sin ( Θ /2)，其中Θ = 2 π /η。
當井筒發生徑向收斂變形時，位移傳感器的測量值為Al時，則圓心角Θ對應的弦長該變量為4 Λ 1，即測量兩點的相對位移。由於周圍地層的約束作用，而且量測兩點的距離較小，可以認為井筒變形前後，這兩點對應的圓心角不變，當測微計繞下端兩個固定點旋轉到與監測斷面一個水平面時，如圖4所示，井 筒徑向位移收斂值ΛR計算公式如下AR= 2 Δ I/sin ( Θ /2)式中Θ = 2 Ji /n0
權利要求
1.一種貼壁式井筒徑向位移測微計，其特徵在於，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構造和安裝結構是，人字架由兩根具有抗彎剛度的杆件組成，每根杆件的兩端設有安裝孔，兩根杆件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根杆件底端叉開從而形成人字架結構，將位移傳感器受力兩端置入兩根杆件之間，然後通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構成一個整體；要求位移傳感器的測量精度為 l/1000mm。
2.如權利要求I所述的貼壁式井筒徑向位移測微計的測量方法，其特徵在於，當在井筒中選定監測的位置後，在同一水平斷面上選定對稱四個方位進行測微計的安裝，並按照測微計的尺寸，在井壁上打三個膨脹螺栓固定孔；在三個固定孔內添加錨固劑，然後將測微計人字架緊貼井壁，且人字頭的朝向應與井筒徑向垂直，用膨脹螺栓進行固定，並保證鉸接處無轉動約束；然後將位移傳感器置入兩根杆件之間，位移傳感器的兩端應位於距杆件頂端的1/4處，置入時的受力兩端應與杆件密切接觸，且受力軸向呈水平狀態，置入後固定在井筒壁上；再將位移傳感器導線連接在數據採集儀上；由數據採集儀採集井筒變形位移數據，根據幾何原理從而換算出微小的變形量。
全文摘要
本發明公開了一種貼壁式井筒徑向位移測微計及其測量方法，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構造和安裝結構是，人字架由兩根具有抗彎剛度的杆件組成，每根杆件的兩端設有安裝孔，兩根杆件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根杆件底端叉開從而形成人字架結構，將位移傳感器受力兩端置入兩根杆件之間，然後通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構成一個整體。本發明的貼壁式井筒徑向位移測微計的積極效果是，體積小、重量輕、便於貼壁安裝，不佔井筒使用空間，不受井筒中其他設備的限制。
文檔編號G01B21/32GK102721399SQ20121019981
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月2日 優先權日2012年6月2日
發明者王渭明, 賈海濱, 鄭忠友 申請人:山東科技大學