[发明专利]巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置及方法

说明书

本发明提供的一种巷道围岩位移‑应力‑破裂状态一体化测试装置及方法，适用于地下工程使用。包括膨胀橡胶气囊和固定板，所述膨胀橡胶气囊的前端为弧面，尾端端头设有进气阀门和排气阀门，膨胀橡胶气囊中段上间隔设有多组支撑限位装置，膨胀橡胶气囊尾端端头处套有定向套筒，定向套筒侧壁上等夹角设有四支定向尺，定向套筒前端套有用以固定在钻孔内的保护套筒，保护套筒的尾端设有保护套筒底盘，每组支撑限位装置为一个刚性支撑环，刚性支撑环的前后分别设有两个方向相同的限位爪，每个限位爪均通过一根细钢丝绳延伸出钻孔连接有重力悬挂装置通过重力拉紧限位爪。该装置结构简单、一孔多用、操作方便、测试准确。

技术领域

本发明涉及一种测试装置及方法，尤其适用于矿山巷道、隧道等地下工程使用的一种巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置及方法，属于巷道、隧道等地下工程围岩变形监测领域。

背景技术

随着煤矿、金属及有色金属矿山开采深度的不断增加，公路、铁路、水利水电等隧道工程的大规模建设，尤其进入深部开采后巷道受高地应力、高温、高渗透压及开采扰动的影响愈加剧烈，为防止冒顶、冲击地压等灾害的发生，亟需对巷道围岩安全稳定性做出合理评价。通常进行围岩钻孔通过各种方法对围岩位移、应力及破裂状态进行评价，由于监测项目繁多，一个钻孔常常满足不了同时对围岩各个变形因素的监测要求，且为保证各个监测数据的同步性，尽量在一个钻孔附近打设多个钻孔进行围岩稳定状态的监测，而邻近钻孔的施工也对监测效果产生了一定的影响，且增加了现场作业工作量。

目前，可通过采用一孔多用的监测方法来提高工作效率，而大多数一孔多用的思路是根据测量的参数对钻孔的破坏程度进行编排测量顺序，如通常先通过钻孔窥视仪对围岩破裂状态进行探测，但采用钻孔窥视仪对围岩破裂-破坏情况探测时一般对钻孔的施工质量要求较高，且容易受到现场高温与高湿环境的影响，造成钻孔窥视图像模糊不清甚至中断监测；接着采用岩石钻孔弹模仪、强度仪等分别测量围岩的弹性模量和抗压强度，而岩石钻孔弹模仪、强度仪等仪器会对钻孔造成人为破坏，会引起后续相关测试结果的误差偏大；再接着采用水压致裂、应力解除等方法来测试围岩应力，水压致裂、应力解除等围岩应力测试方法会加剧围岩的破裂甚至是破坏，造成钻孔破坏而难以重复使用；最后采用多点位移计对围岩变形进行监测，但多点位移计封堵了钻孔，使得钻孔无法重复使用，同样会引起后续相关测试结果的误差偏大。上述目前所采用的一孔多用的监测方法，虽然实现一孔多用的目的，但所有数据测量完成后无法进行后续测量、且各工序之间相关影响造成较大的测量误差，仍需要在钻孔附近重新打孔以进行对围岩受采动影响过程中的持续监测，围岩变形监测的准确率受到了较大的不利影响，难以有效地对围岩稳定性进行安全评价。

发明内容

技术问题：本发明的目的是解决目前一个钻孔不能实现多特征因素持续监测的不足之处，提供一种实现对围岩位移、应力及破裂状态的监测，结构简单、方便操作、测试准确、易于推广且不易受现场环境影响，一孔多用的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，包括柱状结构的膨胀橡胶气囊和固定板，所述膨胀橡胶气囊的前端为弧面，尾端端头设有进气阀门和排气阀门，膨胀橡胶气囊在吹气膨胀过程中只增加径向尺寸而不增加长度尺寸；

膨胀橡胶气囊中段上间隔设有多组支撑限位装置，膨胀橡胶气囊尾端端头处套有定向套筒，定向套筒侧壁上等夹角设有四支定向尺，定向套筒前端套有用以固定在钻孔内的保护套筒，保护套筒的尾端设有保护套筒底盘，保护套筒底盘与固定板将膨胀橡胶气囊尾端端头夹持住；

所述固定板为圆片形结构，固定板与进气阀门和排气阀门匹配处分别设有进气阀门孔和排气阀门孔；