一种钻孔围岩变形连续监测设备与方法

1.本发明用于岩土、交通、矿山及水利工程领域,具体涉及一种钻孔围岩变形连续监测设备与方法。


背景技术：

2.目前，对于测量隧道岩层或公路路基中由于空洞产生的变形大致分为接触式和非接触式的方法，接触式的有各式传感器包括电测百分表、电涡流位移传感器等，而非接触式的主要借助激光扫描。对于接触式传感器在实际运用过程中难固定，测量结果不准确。而非接触式对于仪器设备的精确度要求很高，其设备昂贵，且在特殊复杂不良地质条件下识别效果不好。
3.目前，市面上专利号为cn201911071063.3的一种智能监测岩溶与采空区顶板垮落程度的装置及方法，包括磁圈(1)、磁电感应器(2)、以及信号处理装置(3)，其特征在于，所述岩溶或采空区顶板上具有利用钻孔设备钻出的垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔(4)，所述磁圈(1)包括多个磁圈，多个磁圈(1)等距间隔设于所述钻孔(4)的孔壁上，所述磁电感应器(2)向下通过钻孔并穿过每一个磁圈(2)悬吊于岩溶或者采空区顶板下表面以下一定距离，所述信号处理装置(3)设于地面并与磁电感应器(2)电性连接。
4.本发明通过将磁圈等距设在垂直贯穿岩溶或采空区顶板的钻孔的孔壁上，并在钻孔中悬吊一个磁电感应器，当岩溶或采空区顶板垮落时，磁圈随着一起下落，磁圈在下落过程中，使磁电感应器产生感应电流，磁电感应器将感应电流转换为电信号后经信号放大器放大传输给信号处理装置的信号处理器，信号处理器自动采集分析磁圈掉落的时间和顶板的垮落的厚度，并计算出顶板垮落频率和顶板岩层剩余的厚度，当剩余的顶板岩层厚度达到设定的临界垮落厚度或垮落的频率达到预设的临界垮落频率时，信号处理器控制报警器报警并将报警系统通过gprs无线发射器发送到移动终端，最终达到监测岩溶或采空区顶板垮落程度的目的。
5.但也存在一个问题，该方案能检测围岩的垮塌数据，但不能监控围岩下沉的连续变化量。


技术实现要素：

6.本方案提供一种钻孔围岩变形连续监测设备，用以解决不可以监控围岩下沉连续变化量的问题。
7.为达到以上目的，本方案提供一种钻孔围岩变形连续监测设备，包括数据采集仪，还包括固定在机架上的铜索、固定在钻孔上的第一磁环、第二磁环和压力传感器；所述铜索一端与压力传感器固定连接，所述第二磁环位于压力传感器上方，所述第二磁环与压力传感器接触连接，所述第一磁环与第二磁环同轴心相配合，所述数据采集仪与压力传感器电性连接。
8.本方案的原理在于：首先，主路边缘预留钻孔管道，直径200mm左右。待主体工程完
工后，在管道内安装铜索，铜索一端固定连接压力传感器，然后将第二磁环放置在压力传感器上，在钻孔内穿过铜索安装第一磁环极性与第二磁环相对，即n对n或s对s，使其相对排斥），其与周围岩体联结在一起，且与第一磁环在同一轴线上。铜索固定在顶部稳定岩层中。压力传感器通过线端与数据采集仪连接。
9.在运营阶段，在荷载作用及蠕变作用下底部岩体向下变形时，第一磁环与岩体一同向下位移，此时第二磁环所受排斥力，第二磁环所受压力传到压力传感器上，压力传感器得到压力时间曲线。最后通过磁力大小与变形量的标定，得到变形量随时间的曲线。
10.本方案的有益效果在于：通过压力传感器得到压力时间曲线，最后通过磁力大小与变形量的标定，得到变形量随时间的曲线，能有效的对围岩下沉做出准确连续的监控，对地质灾害防控具有重要意义。
11.进一步，还包括除虫防干扰设备，所述除虫防干扰设备包括发声球、连接线、药箱、声音检测机构、用于开闭药箱的压板和弹簧，所述发声球与压板配合，所述连接线一端与压力传感器固定连接，另一端与发声球固定连接，所述药箱设有开口，所述用于开闭药箱的压板与药箱滑动连接，所述弹簧一端与药箱固定连接，另一端与压板固定连接，所述压板设有出料口，所述出料口与开口相配合，所述声音检测机构与数据采集仪电性连接。
12.当有小动物来摇晃离子棒时，第二磁环会产生位移，同样会造成压力传感器产生压力，导致工作人员以为围岩变化，形成误触发。当小动物去摇晃拉扯压力传感器时，发声球会跟着摇晃，通过声音检测机构收集到发声球声音，自动排除掉刚刚收集到的信息，同时发声球摇晃或者小动物会撞击到旁边的压板，压板压缩，使得出料口对齐药箱开口，内部的驱虫和去动物的药液就会从出料口流出，进行驱赶小动物，防止小动物过多的停留。
13.进一步，所述发声球和压板采用的铜材质，且压板内部中空。铜材质的金属相撞发出的声音最为清脆响亮，压板内部中空能使得金属球撞击压板时，压板内部产生回声，增大声音效果，吓退小动物。
14.进一步，所述药箱设有导管，导管连接至地面。导管的设置方便了施工人员对药箱进行加药处理。
15.进一步，所述弹簧涂有防锈涂层。弹簧经常雨水冲刷和金属疲劳，容易断裂失效，防锈涂层能有效防止弹簧老化。
16.进一步，还包括铁钩，所述铁钩一端与机架固定连接，另一端与铜索固定连接。铁钩能更好的固定铜索，同时方便拆卸。
17.本方案公开了一种钻孔围岩变形连续监测设备的方法，包括以下步骤：步骤s10：先找到预检测地钻一个竖直的孔，再准备数据采集仪，准备一根铜索，将压力传感器固定在铜索末端；步骤s20：然后将第二磁环穿过铜索放置在压力传感器上，并将第二磁环自然垂直放入钻孔中；步骤s30：在钻孔岩体中穿过铜索布置第一磁环，将第一磁环与第二磁环同轴心平行对齐，并且两者同极相对，然后将铜索固定在机架上；步骤s40：钻孔围岩下沉变形或者上移变形，引起第一磁环一起下沉或上移，此时固定磁铁所受排斥力，通过压力传感器得到压力时间曲线；步骤s50：最后通过数据采集仪计算通过磁力大小与变形量的标定，得到变形量随
时间的曲线。
18.该方法与只能监测变形累计最终量的传统传感器相比，能实时监测变形过程，有预警功能，极大地提升施工运营阶段的安全性。数据好处理且图像直观，原理简单，仪器设备简单，成本较低，准确性很好。
附图说明
19.图1为一种钻孔围岩变形连续监测设备的层状岩层内部框架图，图2为一种钻孔围岩变形连续监测设备的监测结构图，图3为一种钻孔围岩变形连续监测设备除虫防干扰设备的结构放大图，图4为一种钻孔围岩变形连续监测设备除虫防干扰设备被触碰时的状态图。
20.具体实施方法说明书附图标记包括：围岩1，数据采集仪2，铜索3，钻孔4，第二磁环5，第一磁环6，压力传感器7，铁钩8，连接线9，压板10，发声球11，药箱12，弹簧13，声音检测机构14。
21.实施例基本如附图1、图2所示：本方案提供一种钻孔围岩变形连续监测设备，包括数据采集仪2，铜索3，钻孔4，第二磁环5，第一磁环6，压力传感器7，铁钩8，连接线9。铜索3为抗磁性材料，强度高，不易变形。铜索3长度可根据需要设置，铜索3一端固定连接铁钩8，另一端固定连接压力传感器7，第二磁环5穿过铜索3放置在压力传感器7上，第二磁环5与第一磁环6同轴心平行设置，第一磁环6固定在钻孔上，同时两者同极相对，铁钩8与铜索3固定连接，铁钩8固定在顶部石头上。
22.第一磁环6的磁力强，为强力磁环，主要作用是敏感性高，以及避免雨水、地下水等含盐溶液影响效果。第一磁环6直径大于铜索3直径。第一磁环6间隔为离子节5长度与绝缘材料厚度之和。连接线9为细丝材料，强度高、刚性大，且不易拉伸变形。连接线9一端与压力传感器7固定连接，另一端与发声球11固定连接。
23.实施例基本如附图1、图2所示：具体操作方法，当需要持续监测此地的围岩变形时，操作者先钻好孔，然后待主体工程完工后，在管道内安装铜索3，铜索3一端固定连接铁钩8，另一端连接压力传感器7，用于测量来自第二磁环5的压力。压力传感器7通过线端与数据采集仪2连接。在钻孔4内安装第一磁环6极性与第二磁环5相对，即n对n或s对s，使其相对排斥），其与周围岩体联结在一起，且与第一磁环6在同一轴线上。
24.在运营阶段，在荷载作用及蠕变作用下底部岩体向下变形时，第一磁环6与岩体一同向下位移，此时第二磁环5所受排斥力，传递到压力传感器7上，压力传感器7得到压力时间曲线。最后通过磁力大小与变形量的标定，得到变形量随时间的曲线。
25.第一磁环的偏移对金属离子的吸引是非常准确的，且不会受到雨水和酸碱度影响。此技术方案实施起来高效，简单实用。需要强调的是，空洞上方岩层不能是强磁性矿石，否则需对管道做磁性屏蔽处理。且预留钻孔4管道要做到笔直，第一磁环6与第二磁环5轴心要在同一直线上。
26.如附图3、图4所示：本方案提供一种钻孔围岩变形连续监测设备，包括发声球11，药箱12，压板10，弹
簧13，声音检测机构14。药箱12内部放有驱虫和驱赶动物的药液，能发出难闻的气味让动物原理设备。
27.当有小动物来摇晃拉扯压力传感器7时，压力传感器7会产生电信号，导致工作人员以为围岩变化，形成误触发。当小动物去摇晃压力传感器7时，发声球11会跟着摇晃，通过声音检测机构14收集到发声球11声音，自动排除掉刚刚收集到的信息，同时发声球11摇晃或者小动物会撞击到旁边的压板10，压板10使得弹簧13压缩，压板10压缩，使得出料口对齐药箱12开口，内部的驱虫和去动物的药液就会从出料口流出，进行驱赶小动物，防止小动物过多的停留，当没有小动物和发声球11触碰压板10时，压板10会因为弹簧13的作用回到原位，使得药箱12再次封闭，防止药液一次性用完。
28.以上所述的仅是本发明型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种钻孔围岩变形连续监测设备，包括数据采集仪，其特征在于，还包括固定在机架上的铜索、固定在钻孔上的第一磁环、第二磁环和压力传感器；所述铜索一端与压力传感器固定连接，所述第二磁环位于压力传感器上方，所述第二磁环与压力传感器接触连接，所述第一磁环与第二磁环同轴心相配合，所述数据采集仪与压力传感器电性连接。2.根据权利要求1所述的一种钻孔围岩变形连续监测设备，其特征在于，还包括除虫防干扰设备，所述除虫防干扰设备包括发声球、连接线、药箱、声音检测机构、用于开闭药箱的压板和弹簧，所述发声球与压板配合，所述连接线一端与压力传感器固定连接，另一端与发声球固定连接，所述药箱设有开口，所述用于开闭药箱的压板与药箱滑动连接，所述弹簧一端与药箱固定连接，另一端与压板固定连接，所述压板设有出料口，所述出料口与开口相配合，所述声音检测机构与数据采集仪电性连接。3.根据权利要求2所述的一种钻孔围岩变形连续监测设备，其特征在于，所述发声球和压板采用的铜材质，且压板内部中空。4.根据权利要求2所述的一种钻孔围岩变形连续监测设备，其特征在于，所述药箱设有导管，导管连接至地面。5.根据权利要求2所述的一种钻孔围岩变形连续监测设备，其特征在于，所述弹簧涂有防锈涂层。6.根据权利要求1所述的一种钻孔围岩变形连续监测设备，其特征在于，还包括铁钩，所述铁钩一端与机架固定连接，另一端与铜索固定连接。7.一种钻孔围岩变形连续监测设备的方法，包括以下步骤：步骤s10：先找到预检测地钻一个竖直的孔，再准备数据采集仪，准备一根铜索，将压力传感器固定在铜索末端；步骤s20：然后将第二磁环穿过铜索放置在压力传感器上，并将第二磁环自然垂直放入钻孔中；步骤s30：在钻孔岩体中穿过铜索布置第一磁环，将第一磁环与第二磁环同轴心平行对齐，并且两者同极相对，然后将铜索固定在机架上；步骤s40：钻孔围岩下沉变形或者上移变形，引起第一磁环一起下沉或上移，此时固定磁铁所受排斥力，通过压力传感器得到压力时间曲线；步骤s50：最后通过数据采集仪计算通过磁力大小与变形量的标定，得到变形量随时间的曲线。

技术总结
本发明属于岩土、交通、矿山及水利工程领域,具体涉及一种钻孔围岩变形连续监测设备与办法，包括数据采集仪，还包括固定在机架上的铜索、固定在钻孔上的第一磁环、第二磁环和压力传感器；所述铜索一端与压力传感器固定连接，所述第二磁环位于压力传感器上方，所述第二磁环与压力传感器接触连接，所述第一磁环与第二磁环同轴心相配合，所述数据采集仪与压力传感器电性连接。该设备与方法能够精确计算钻孔中围岩连续变形量，进一步判断围岩扰动破坏情况，对地质灾害防控具有重要意义。对地质灾害防控具有重要意义。对地质灾害防控具有重要意义。


技术研发人员：杨红运 王子晗 林志 陈相 许章隆 冯万林
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25