本發(fā)明涉及巷道變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體為一種用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在隧道等地下工程建設(shè)或者金屬礦山、煤炭等地下開(kāi)采中，巷道作為人員、材料運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，也起到通風(fēng)排水的作用，因此其穩(wěn)定性尤其重要。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，巷道經(jīng)常出現(xiàn)變形的情況。尤其在底板加固前，巷道變形監(jiān)測(cè)更為重要，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)無(wú)法保證準(zhǔn)確性，一種用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2、傳統(tǒng)的用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，無(wú)法考慮圍巖裂隙的傾向和傾角分布，無(wú)法對(duì)圍巖裂隙的滲透流速進(jìn)行分析，未能考慮圍巖結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面的分布狀態(tài)，導(dǎo)致變形監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性無(wú)法得到保證，更會(huì)出現(xiàn)無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖內(nèi)部狀態(tài)，圍巖事故率大大提高。

3、傳統(tǒng)的用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，無(wú)法對(duì)圍巖的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，也無(wú)法反映圍巖松動(dòng)圈的分布狀態(tài)值，不能整體判定巷道變形的異常，也無(wú)相應(yīng)的預(yù)警與處理措施，使得巷道變形在底板加固前得到不到保障。

4、為了解決上述缺陷，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問(wèn)題，提出了本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于底板加固前的巷道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括服務(wù)器，服務(wù)器通信連接有數(shù)據(jù)采集單元、內(nèi)狀分析單元、應(yīng)力松圈單元、變形狀態(tài)單元和預(yù)警處理單元。

3、所述數(shù)據(jù)采集單元用于收集圍巖裂隙信息、圍巖結(jié)構(gòu)面信息、圍巖結(jié)構(gòu)信息、圍巖應(yīng)變信息和聲波信息，并發(fā)送至內(nèi)狀分析單元和應(yīng)力松圈單元；

4、所述內(nèi)狀分析單元對(duì)圍巖裂隙信息、圍巖結(jié)構(gòu)面信息和圍巖結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行圍巖裂隙狀態(tài)和圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度判定分析，得到巷道圍巖內(nèi)異狀值，并將其發(fā)送至變形狀態(tài)單元；

5、所述應(yīng)力松圈單元對(duì)接收圍巖應(yīng)變信息和聲波信息進(jìn)行圍巖應(yīng)力和松動(dòng)圈分析，得到巷道圍巖的力變狀值，并將其發(fā)送至變形狀態(tài)單元；

6、所述變形狀態(tài)單元對(duì)巷道圍巖內(nèi)異狀值和巷道圍巖的力變狀值進(jìn)行圍巖變形值分析，得到巷道變異狀值；

7、所述預(yù)警處理單元對(duì)巷道變異狀值與設(shè)定的梯度參照閾值比較分析，做出對(duì)應(yīng)的預(yù)警與處理措施。

8、進(jìn)一步地，所述巷道圍巖內(nèi)異狀值的具體分析步驟如下：

9、將巷道圍巖裂隙危角密狀值lmz、巷道圍巖高裂密值、巷道圍巖結(jié)構(gòu)面波動(dòng)值hb按照一定比例轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度，以巷道圍巖裂隙危角密狀值lmz、巷道圍巖高裂密值、巷道圍巖結(jié)構(gòu)面波動(dòng)值hb的長(zhǎng)度分別為梯形的上邊長(zhǎng)、下邊長(zhǎng)和高構(gòu)建梯形，將巷道圍巖強(qiáng)態(tài)值wq按照一定比例轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度，以巷道圍巖強(qiáng)態(tài)值wq的長(zhǎng)度為圓形的半徑在梯形內(nèi)構(gòu)建圓形，其中圓形的圓心與梯形的中心重合，識(shí)別梯形與圓形形成的不重合的面積，標(biāo)記為巷道圍巖內(nèi)異狀值nyz。

10、進(jìn)一步地，所述巷道圍巖裂隙危角密狀值和巷道圍巖高裂密值的具體分析步驟如下：

11、通過(guò)三維激光掃描儀獲取一定范圍內(nèi)的圍巖裂隙的傾向和傾角，并在投影到極坐標(biāo)網(wǎng)上，以傾向?yàn)闃O坐標(biāo)的極軸，以傾角為極坐標(biāo)的極半徑，極坐標(biāo)網(wǎng)上的每一點(diǎn)代表一個(gè)裂隙面的產(chǎn)狀，獲取巷道所在的走向，并將巷道所在的走向值以極坐標(biāo)的極軸放入極坐標(biāo)中，其中巷道所在的走向?yàn)閦，以一定距離z1，獲取極坐標(biāo)網(wǎng)內(nèi)傾向[z-z1，z+z1]的圍巖裂隙個(gè)數(shù)，與獲取一定范圍的面積s作除法，得到圍巖裂隙走危密度值z(mì)w，獲取極坐標(biāo)網(wǎng)內(nèi)傾角大于等于π/6，圍巖裂隙的個(gè)數(shù)，與獲取一定范圍的面積s作除法，得到圍巖裂隙角危密度值jw，將圍巖裂隙走危密度值z(mì)w和圍巖裂隙角危密度值jw進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，并乘以相應(yīng)的權(quán)重因子，得到巷道圍巖裂隙危角密狀值lmz；

12、通過(guò)鹽度傳感器裂隙獲取圍巖各裂隙的鹽度xdi，溫度傳感器獲得圍巖裂隙的水溫度ti，i表示裂隙的編號(hào)，取值為正整數(shù)，依據(jù)設(shè)定的公式計(jì)算得到各裂隙的水動(dòng)粘滯值nzi，通過(guò)位移傳感器獲得裂隙的張開(kāi)度zki，三維激光掃描儀獲取各裂隙的徑長(zhǎng)曲值qzi，將其和水動(dòng)粘滯值公式計(jì)算，得到各裂隙的滲透系數(shù)ki，通過(guò)激光掃描儀定位獲取各裂隙的位置高度hi，壓力傳感器獲得各裂隙的水壓力pi，依據(jù)設(shè)定的公式計(jì)算，得到各裂隙流速lsi，；將各裂隙流速與設(shè)定的裂隙流速區(qū)間比較分析，當(dāng)各裂隙流速大于設(shè)定的裂隙流速區(qū)間的最大值時(shí)，則將該各裂隙定義為高滲透裂隙，當(dāng)各裂隙流速位于設(shè)定的裂隙流速區(qū)間內(nèi)時(shí)，則將該各裂隙定義為中速滲透裂隙，當(dāng)各裂隙流速小于設(shè)定的裂隙流速區(qū)間最小值時(shí)，則將該各裂隙定義為低速滲透裂隙，獲取各高滲透裂隙的長(zhǎng)度，并取高滲透裂隙長(zhǎng)度的總和與監(jiān)測(cè)圍巖的體積的比值，標(biāo)記為巷道圍巖高裂密值。

13、進(jìn)一步地，所述巷道圍巖結(jié)構(gòu)面波動(dòng)值和巷道圍巖強(qiáng)態(tài)值的具體分析步驟如下：

14、步驟一：通過(guò)三維激光掃描儀獲取圍巖結(jié)構(gòu)面平均間距、結(jié)構(gòu)面平均厚度、結(jié)構(gòu)面起伏差值和結(jié)構(gòu)面泥化值，代入設(shè)定的公式計(jì)算，得到巷道圍巖結(jié)構(gòu)面波動(dòng)值hb；

15、步驟二：對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行綜合分析，具體為：

16、s001：通過(guò)激光粒度分析儀測(cè)定圍巖礦物顆粒的大小，當(dāng)圍巖礦物為非結(jié)晶巖石時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)值為w1，當(dāng)圍巖礦物為粗粒結(jié)晶巖石，具體為顆粒直徑大于2毫米，對(duì)應(yīng)的數(shù)值為w2，當(dāng)圍巖礦物為細(xì)粒結(jié)晶巖石，具體為顆粒直徑小于2毫米，對(duì)應(yīng)的數(shù)值為w3，其中w1＜w2＜w3；并統(tǒng)稱為wr，r＝1、2和3；

17、s002：對(duì)圍巖鉆孔安裝封隔器和壓力傳感器，在鉆孔內(nèi)注入高壓水，獲取巖石發(fā)生破裂時(shí)的壓力值，通過(guò)三維激光掃描儀獲取圍巖中孔隙度和密度值，依據(jù)設(shè)定的公式計(jì)算，得到巷道圍巖模量比值ml；

18、s003：將圍巖礦物結(jié)晶wr值和圍巖模量比值ml進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到巷道圍巖強(qiáng)態(tài)值wq。

19、進(jìn)一步地，所述巷道圍巖的力變狀值的具體分析步驟如下：

20、將巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)值ytz和巷道圍巖松動(dòng)圈狀異值sdz進(jìn)行歸一化處理并代入公式計(jì)算，得到巷道圍巖的力變狀值lbz。

21、進(jìn)一步地，所述巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)值和巷道圍巖松動(dòng)圈狀異值的具體分析步驟如下：

22、通過(guò)應(yīng)力解除法中的測(cè)量傳感器獲取圍巖各點(diǎn)水平和垂直的應(yīng)變，依據(jù)公式組，得到圍巖各點(diǎn)的水平和垂直的正應(yīng)力σx、σy和τxy，并計(jì)算出各點(diǎn)的最大主應(yīng)力σ1和最小主應(yīng)力σ3，將最大主應(yīng)力σ1和最小主應(yīng)力σ3作差值計(jì)算并乘以修正因子，得到各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力值，將最大剪應(yīng)力值分成多個(gè)組別，處于閾值范圍內(nèi)的標(biāo)記為xc2，高于閾值范圍的標(biāo)記為xc1，低于閾值范圍的標(biāo)記為xc3，分別計(jì)算xc1與xc3在整個(gè)數(shù)據(jù)中的占比，即kxg1與kxg2，將得到的占比值kxg1與kxg2，進(jìn)行公式計(jì)算得到巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)值ytz；

23、通過(guò)發(fā)射和接收換能器分別放入圍巖鉆孔中，通過(guò)測(cè)量在不同深度處聲波從發(fā)射開(kāi)始到接收結(jié)束的時(shí)間，得到各點(diǎn)聲波在不同深處的傳播速度，以深度值為橫坐標(biāo)，以傳播速度為縱坐標(biāo)，建立二維傳播速度變化曲線圖，標(biāo)記為vhm，m為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)，h為監(jiān)測(cè)點(diǎn)深度的編號(hào)，對(duì)傳播速度進(jìn)行分析，并在曲線圖上設(shè)置傳播速度閾值，并標(biāo)為閾值一和閾值二，求的曲線圖與閾值一形成的各封閉面積，并進(jìn)行求和統(tǒng)計(jì)，標(biāo)記為s1m，求的曲線圖與閾值二形成的各封閉面積，并進(jìn)行求和統(tǒng)計(jì)，標(biāo)記為s2m，通過(guò)公式計(jì)算，得到各點(diǎn)的傳播速度波動(dòng)值bdm，并求得各深度點(diǎn)的切線斜率，并分析斜率小于零的深度點(diǎn)，并將各深度點(diǎn)的切線下降斜率與設(shè)定的閾值比較，當(dāng)各深度點(diǎn)的切線下降斜率大于設(shè)定的閾值，則標(biāo)記為異常深度點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)曲線圖中，各點(diǎn)異常深度點(diǎn)的總長(zhǎng)度，標(biāo)記為zcm；將閾值一形成的封閉面積s1m、閾值二形成的封閉面積s2m、傳播速度波動(dòng)值bdm和異常深度點(diǎn)的總長(zhǎng)度zcm，代入設(shè)定的公式進(jìn)行計(jì)算得到巷道圍巖松動(dòng)圈狀異值sdz。

24、進(jìn)一步地，所述巷道變異狀值的具體分析步驟如下：

25、將巷道圍巖內(nèi)異狀值nyz和巷道圍巖的力變狀值lbz進(jìn)行公式計(jì)算，得到巷道變異狀值yzz。

26、進(jìn)一步地，所述對(duì)應(yīng)的預(yù)警與處理措施的具體分析步驟如下：

27、步驟一：在巷道施工入口處設(shè)置醒目顯示屏，對(duì)底板加固前的巷道變形情況進(jìn)行反饋和預(yù)警處理，并提醒管理人員和施工人員注意巷道存在的安全風(fēng)險(xiǎn)；

28、步驟二：設(shè)置巷道變異狀值的梯度參照閾值yu1、yu2，并將巷道變異狀值與預(yù)設(shè)的梯度參照閾值yu1、yu2進(jìn)行比較分析；

29、步驟三：當(dāng)變異狀值小于預(yù)設(shè)的梯度參照閾值yu1時(shí)，則生成巷道變形較小信號(hào)，并以標(biāo)簽一發(fā)送至巷道施工入口處的顯示屏進(jìn)行顯示說(shuō)明；

30、當(dāng)變異狀值處于預(yù)設(shè)的梯度參照閾值yu1與yu2之間時(shí)，則生成巷道變形較大信號(hào)，并以標(biāo)簽二發(fā)送至巷道施工入口處的顯示屏進(jìn)行顯示說(shuō)明，加固措施為標(biāo)簽三；

31、當(dāng)變異狀值大于預(yù)設(shè)的梯度參照閾值yu2時(shí)，則生成巷道變形很大信號(hào)，并以標(biāo)簽四發(fā)送至巷道施工入口處的顯示屏進(jìn)行顯示說(shuō)明，加固措施為標(biāo)簽五。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)圍巖裂隙信息進(jìn)行分析，得到巷道圍巖裂隙危角密狀值和道圍巖高裂密值，通過(guò)圍巖結(jié)構(gòu)面信息和圍巖結(jié)構(gòu)信息分析，得到巷道圍巖強(qiáng)態(tài)值，能考慮圍巖裂隙的傾向和傾角分布，能對(duì)圍巖裂隙的滲透流速進(jìn)行分析，能考慮圍巖結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面的分布狀態(tài)，變形監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性能得到保證，圍巖事故率大大減少。

34、2、本發(fā)明通過(guò)對(duì)圍巖應(yīng)變信息和聲波信息進(jìn)行分析，得到巷道圍巖松動(dòng)圈狀異值和巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)值，再整體分析得到巷道變異狀值，巷道變異狀值與設(shè)定的閾值進(jìn)行分析，得到不同的預(yù)警與處理措施，能對(duì)圍巖的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，也能反映圍巖松動(dòng)圈的分布狀態(tài)值，能整體判定巷道變形的異常，也能得到相應(yīng)的預(yù)警與處理措施，使得巷道變形在底板加固前得到保障。