锚杆支护质量监测方法

2 锚杆支护质量监测方法

2. 1 锚杆支护质量监测内容

2.1.1 监测目的

监测目的首先是根据监测数据判断巷道的施工质量和安全程度，提出整改措施，防止事故发生。同时可以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。

2. 1. 2 监测准备:在监测前，应做以下基础工作

●进行原岩应力测试，了解巷道主应力矢量；

●充分了解顶板(特别是直接顶)的力学特性及节理分布；

●用数值计算或工程类比法确定顶板离层临界值；

●据表2-1确定锚杆屈服载荷；

●各测站内安设顶板离层仪和多点位移计，以便比较不同位置处的顶板位移和离层值。

●对现场监测人员进行培训，建立综合观测的概念。

表2-1 常用锚杆杆体毛截面积承载能力表

2. 1. 3 监测项目

(1) 巷道围岩变形监测：根据巷道的规格、长度、位置和围岩岩性不同，变形监测分为巷道表面位移观测、顶板离层观测和围岩深部位移观测。

(2) 锚杆锚固力监测：锚固力是锚杆工作效能的一个重要指标，进行锚固力测试就是对锚杆的工作状态和安装质量进行检查。

2.1.4 监测方法

(1) 测站布置：试验巷道观测长度初定为300m，第五个测站距采面50m(更远些也可以)，后面测站间隔50m，共设五个测站，每测站布置一个观测断面(见图2- 1)。在测点内没巷道表面位移观测点：顶板离层和围岩深部位移观测点：锚杆力动态监测点。关于锚杆拉拔力测定和锚杆扭矩测量属施工质量检测项目，本次监测时不做重点内容。

图2-1 测站布置示意图

(2) 基点设置和监测内容

巷道表面位移观测

巷道表面位移值是检测锚杆设计参数，指导施工的重要依据，确定巷道允许最大位移量和位移速度是保证安全生产的重要手段。巷道表面位移观测采用十字测点布置法，测量仪器可用收敛计、钢尺和测枪。内容包括顶板下沉量和两帮移近量观测等(见图2-2 )。顶板离层和围岩深部位移观测顶板离层和围岩深部位值对锚杆设计参数的改进起着重要作用。观测仪器采用自行设计的深孔多点位移计。观测顶板离层时位移计应安设在巷道顶板的中部。深部基点固定在稳定岩层内，浅基点固定在锚杆端部位置;观测深部位移时位移计应安设在巷道两帮的中部，一个孔内设三个基点，深度距巷道壁分别为lm, 2m, 3m(见图2-2，图2-3 )。基点设好后，要测量初值。

图2-2 测站断面布置图

1一表面位移基点2一顶板深部位移计(兼作离层指示仪) 3一两帮深部位移计

图2-3 深部位移计安装示意图

1一3m测点固定套2一3m测点测杆3一2m测点固定套

4一2m测点测杆5一lm测点固定套6一lm测点测杆

7一孔口固定套管8一固定水泥砂浆9一测点保护罩

锚杆锚固力动态监测

锚杆力动态监测仪器采用锚杆测力计或测力锚杆。

(3) 记录格式

按观测内容设计出的记录表格见表2-2。

表2-2 晓南矿锚杆支护监测数据记录表巷道名称：: 监测日期：记录人员：

2. 2 低成本深部多点位移计的研制

2. 2. 1 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。