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摘要：本文结合采矿工程覆岩运动规律的特殊性，较深入地分析了采矿工程水平变形观测中常规测斜仪的局限性，基于此发明了无导轮探头测斜仪这一采动覆岩水平变形的新型观测设备，使地层变化规律得到较好反应，数据具有良好的稳定性。结合具体施工案例采用该设备对测得的不同钻孔数据进行分析，对于提高滑动式测斜仪在采矿工程中的应用水平具有十分重要的作用。
关键词：滑动式测斜仪；变形观测；采矿工程
1. 前言
在采矿过程中，采动覆岩水平位移及其变化速率是对其控制达到变形与稳定性要求的一个十分重要的参量，对地面最终沉降量大小具有影响的因素之一。因较为复杂的覆岩移动变形和目前不够成熟的理论，预测周围土体、建筑及埋设物的变形因煤炭开采而引起的还达不到准确性要求。在采煤过程中应现场监测覆岩移动变形，采取分析监测信息，对施工策略进行制定。滑动式测斜仪作为对岩体内部水平移动与变形进行观测的一种设备，其应用较为广泛，通常可达到50米左右的观测深度。在采矿工程中应用常规滑動式测斜仪时，难以达到要求。由于随着地层受采掘活动的影响，导致测管导槽发生错断，测斜仪探头不能达到测管底部，影响观测内容。本文基于对水平位移测试技术基本原理的分析，对采矿工程中应用常规测斜仪的局限性进行初步探讨，并改进现有设备，为准确确定采矿工程中的水平位移及技术革新提供重要依据。
2. 测斜仪基本原理及其局限性
2.1 测斜仪工作原理
土体水平位移主要是根据测定斜管轴线在不同时刻某方向的偏移量，测斜仪利用对测斜管与铅垂线夹角的逐段测量，测斜管轴线与铅垂线水平偏移主要是根据几何关系计算得到。按照一定间距在测斜导管内测头自下而上滑动进行逐段测量时，在每一深度处测斜导管的倾角变化可通过测头内传感器的敏感反映，结合测点分段长度，对不同高程处水平位移增量进行分别计算，按照公式沿深度方向对测斜管的全孔进行测量而得到结果，进而可绘制侧向位移随时间、孔深变化而变化的各种曲线，对深部侧向位移位置、变化速率等特点分别进行确定。
2.2 采矿工程中应用测斜仪的局限性
常规测斜仪通常能够观测50米左右的深度，在采矿工程中应用难以达到要求。其原因主要是随着日益减少的煤炭资源，煤矿逐渐向深部开采，覆岩具有较大厚度，通常观测超过100米深度。随着观测孔位置与采煤工作面之间的差异，地层不断变化方向及移动变形量。地层移动具有较大变形，当采煤较大厚度时，覆岩将产生剧烈的移动变形，水平上可达到2米的移动，每米变形达到20毫米。据此，可形成的剪切面具有较大变形，造成测斜管的弯曲变形较大。若测斜管产生较大变形，测头上导轮将导向槽正好卡住而不能动弹，使测斜管变形达到极限状态。测斜管与极限弯曲相比较达到或超过后，测头在极限弯曲以下部位不能顺利通过，容易导致测管导槽产生一定程度的变形和错断，进而引起测斜仪探头向测管底部深入不到，难以实现观测全段钻孔。
3. 测量装置及方法的改进
3.1 自制无导轮探头测斜仪
主要由探杆、导轮组成常规测斜仪探头，导轮之间达到500毫米的间距。因导轮导向性良好，能够沿测管导槽进行移动，所以，导轮探头观测数据能够达到较高的精确度，但对测管变形具有较高要求。若导槽产生一定程度的变形或错断，引起导轮探头卡孔，对深部钻孔数据无法观测。无导轮探头测斜仪将两组导轮取消，使测管变形提高了适应性。铁质探杆长度由0.5米的常规探头改为1米，与探测之间1米的间距进行匹配。钻孔测点水平移动量根据测斜仪的工作原理，利用探头上部与下部倾角及观测读数之间的水平偏移间距进行计算，探头设计1米长确保了无导轮探头测斜仪数据的准确稳定性。覆岩因受采动影响，具有较大的水平变形和移动量，对数据精度达不到较高的要求，观测间距1米能够达到工程需要，并使工作量减少。
3.2 双探头测斜仪探测方法
常规测斜仪测试前，将测管A+、A-方向分别标明。由A+导槽对导轮探头下孔，这时读数就是正测为A+读数；从测管中将导轮探头取出，旋转180度向测管中重新放入，与上述方法相同，这时读数就是反测为A-读数，两侧读数组成一组测试数据。测试完成后，旋转90度导轮探头进行另一组探测，每次探测两组，分别获得东西及南北方向变形量两组数据。无导轮探头测斜仪只探测一次得到一组数据，每次探测先采用无导轮探头测斜仪，再采用常规测斜仪，可对孔的通畅情况进行预先探测，以避免发生卡孔情况。主要操作按照以下步骤进行：地层在工程初期没有受到采动影响时，初始观测分别采用常规测斜仪和无导轮探头测斜仪。常规测斜仪 受采动影响可对全孔进行观测时，采用常规测斜仪对水平移动方向进行确定，定向分析无导轮探头测斜仪的探测数据，主要按照常规测斜仪的观测数据为准。测管受采动影响产生一定程度的变形，常规测斜仪导轮探头达不到测管底部时，导轮探头可对达到的深度位置进行观测，探测浅部测管，0.5米进行数据存储一次。并向测管底部下放无导轮探头测斜仪探头，每提升1米探头读数，采用上述相同的探测方法。拟合分析采用常规测斜仪与无导轮探头测斜仪测得的数据，对无导轮探头测斜仪测得数据的水平移动方向进行确定。针对不能达到深部的常规测斜仪导轮探头，可采取两者浅部数据拟合对比，进而在方向性和准确可靠性方面对无导轮探头测斜仪测得的深部数据进行确定，所以，按照无导轮探头测斜仪测得的数据作为深部观测资料的标准。
4. 总结
综上所述，对采矿工程中应用常规测斜仪的局限性进行初步探讨，并改进现有设备，为准确确定采矿工程中的水平位移及技术革新提供重要依据。改进现有设备，互补常规测斜仪与自制无导轮探头测斜仪之间的优势，根据工程实测数据，对双探头测斜仪准确性及稳定性进行分析。针对结果分析可知：双探头测斜仪可实现稳定可靠测试数据，对采动覆岩水平变形规律较好地反应。T检测和拟合分析所测数据，表明在所测数据方面浅部常规测斜仪与自制无导轮探头测斜仪的差异不明显，水平移动曲线变化趋势具有良好的吻合性。根据实践可知，双探头测斜仪能够观测厚松散层的全段水平移动，可对全孔进行观测，对测管变形不具有较高的要求，所测数据能够达到较高的准确性及良好的工作效果，对于日后分析采动覆岩稳定性和变形预测等有关方面的研究提供新方法。结合具体施工案例采用该设备对测得的不同钻孔数据进行分析，对于提高滑动式测斜仪在采矿工程中的应用水平具有十分重要的作用。
参考文献：
[1]刘金龙，栾茂田，王吉利.测斜仪测量路基水平位移过程中的局限性分析[J]，长江科学院院报，2016.8
[2]王继华，彭振斌，杜长学等.浅析测斜仪监测原理和应用[J]，勘察科学技术，2015.11
[3]李国维，胡龙生，王润等.滑动式测斜仪测试与误差处理方法[J]，河海大学学报，2015.9
[4]刘金龙，栾茂田，王吉利.测斜仪测量路基水平位移过程中的局限性分析[J]，长江科学院院报，2016.2
[5]张光春，宿莉.假设检验问题分析[J]，重庆科技学院学报，2016.10
[6]盛聚，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计[M]，北京：高等教育出版社，2013
作者简介：
杨阳，男，河北玉田人，大学本科学历，研究方向：采矿工程。
关键词：滑动式测斜仪；变形观测；采矿工程
1. 前言
在采矿过程中，采动覆岩水平位移及其变化速率是对其控制达到变形与稳定性要求的一个十分重要的参量，对地面最终沉降量大小具有影响的因素之一。因较为复杂的覆岩移动变形和目前不够成熟的理论，预测周围土体、建筑及埋设物的变形因煤炭开采而引起的还达不到准确性要求。在采煤过程中应现场监测覆岩移动变形，采取分析监测信息，对施工策略进行制定。滑动式测斜仪作为对岩体内部水平移动与变形进行观测的一种设备，其应用较为广泛，通常可达到50米左右的观测深度。在采矿工程中应用常规滑動式测斜仪时，难以达到要求。由于随着地层受采掘活动的影响，导致测管导槽发生错断，测斜仪探头不能达到测管底部，影响观测内容。本文基于对水平位移测试技术基本原理的分析，对采矿工程中应用常规测斜仪的局限性进行初步探讨，并改进现有设备，为准确确定采矿工程中的水平位移及技术革新提供重要依据。
2. 测斜仪基本原理及其局限性
2.1 测斜仪工作原理
土体水平位移主要是根据测定斜管轴线在不同时刻某方向的偏移量，测斜仪利用对测斜管与铅垂线夹角的逐段测量，测斜管轴线与铅垂线水平偏移主要是根据几何关系计算得到。按照一定间距在测斜导管内测头自下而上滑动进行逐段测量时，在每一深度处测斜导管的倾角变化可通过测头内传感器的敏感反映，结合测点分段长度，对不同高程处水平位移增量进行分别计算，按照公式沿深度方向对测斜管的全孔进行测量而得到结果，进而可绘制侧向位移随时间、孔深变化而变化的各种曲线，对深部侧向位移位置、变化速率等特点分别进行确定。
2.2 采矿工程中应用测斜仪的局限性
常规测斜仪通常能够观测50米左右的深度，在采矿工程中应用难以达到要求。其原因主要是随着日益减少的煤炭资源，煤矿逐渐向深部开采，覆岩具有较大厚度，通常观测超过100米深度。随着观测孔位置与采煤工作面之间的差异，地层不断变化方向及移动变形量。地层移动具有较大变形，当采煤较大厚度时，覆岩将产生剧烈的移动变形，水平上可达到2米的移动，每米变形达到20毫米。据此，可形成的剪切面具有较大变形，造成测斜管的弯曲变形较大。若测斜管产生较大变形，测头上导轮将导向槽正好卡住而不能动弹，使测斜管变形达到极限状态。测斜管与极限弯曲相比较达到或超过后，测头在极限弯曲以下部位不能顺利通过，容易导致测管导槽产生一定程度的变形和错断，进而引起测斜仪探头向测管底部深入不到，难以实现观测全段钻孔。
3. 测量装置及方法的改进
3.1 自制无导轮探头测斜仪
主要由探杆、导轮组成常规测斜仪探头，导轮之间达到500毫米的间距。因导轮导向性良好，能够沿测管导槽进行移动，所以，导轮探头观测数据能够达到较高的精确度，但对测管变形具有较高要求。若导槽产生一定程度的变形或错断，引起导轮探头卡孔，对深部钻孔数据无法观测。无导轮探头测斜仪将两组导轮取消，使测管变形提高了适应性。铁质探杆长度由0.5米的常规探头改为1米，与探测之间1米的间距进行匹配。钻孔测点水平移动量根据测斜仪的工作原理，利用探头上部与下部倾角及观测读数之间的水平偏移间距进行计算，探头设计1米长确保了无导轮探头测斜仪数据的准确稳定性。覆岩因受采动影响，具有较大的水平变形和移动量，对数据精度达不到较高的要求，观测间距1米能够达到工程需要，并使工作量减少。
3.2 双探头测斜仪探测方法
常规测斜仪测试前，将测管A+、A-方向分别标明。由A+导槽对导轮探头下孔，这时读数就是正测为A+读数；从测管中将导轮探头取出，旋转180度向测管中重新放入，与上述方法相同，这时读数就是反测为A-读数，两侧读数组成一组测试数据。测试完成后，旋转90度导轮探头进行另一组探测，每次探测两组，分别获得东西及南北方向变形量两组数据。无导轮探头测斜仪只探测一次得到一组数据，每次探测先采用无导轮探头测斜仪，再采用常规测斜仪，可对孔的通畅情况进行预先探测，以避免发生卡孔情况。主要操作按照以下步骤进行：地层在工程初期没有受到采动影响时，初始观测分别采用常规测斜仪和无导轮探头测斜仪。常规测斜仪 受采动影响可对全孔进行观测时，采用常规测斜仪对水平移动方向进行确定，定向分析无导轮探头测斜仪的探测数据，主要按照常规测斜仪的观测数据为准。测管受采动影响产生一定程度的变形，常规测斜仪导轮探头达不到测管底部时，导轮探头可对达到的深度位置进行观测，探测浅部测管，0.5米进行数据存储一次。并向测管底部下放无导轮探头测斜仪探头，每提升1米探头读数，采用上述相同的探测方法。拟合分析采用常规测斜仪与无导轮探头测斜仪测得的数据，对无导轮探头测斜仪测得数据的水平移动方向进行确定。针对不能达到深部的常规测斜仪导轮探头，可采取两者浅部数据拟合对比，进而在方向性和准确可靠性方面对无导轮探头测斜仪测得的深部数据进行确定，所以，按照无导轮探头测斜仪测得的数据作为深部观测资料的标准。
4. 总结
综上所述，对采矿工程中应用常规测斜仪的局限性进行初步探讨，并改进现有设备，为准确确定采矿工程中的水平位移及技术革新提供重要依据。改进现有设备，互补常规测斜仪与自制无导轮探头测斜仪之间的优势，根据工程实测数据，对双探头测斜仪准确性及稳定性进行分析。针对结果分析可知：双探头测斜仪可实现稳定可靠测试数据，对采动覆岩水平变形规律较好地反应。T检测和拟合分析所测数据，表明在所测数据方面浅部常规测斜仪与自制无导轮探头测斜仪的差异不明显，水平移动曲线变化趋势具有良好的吻合性。根据实践可知，双探头测斜仪能够观测厚松散层的全段水平移动，可对全孔进行观测，对测管变形不具有较高的要求，所测数据能够达到较高的准确性及良好的工作效果，对于日后分析采动覆岩稳定性和变形预测等有关方面的研究提供新方法。结合具体施工案例采用该设备对测得的不同钻孔数据进行分析，对于提高滑动式测斜仪在采矿工程中的应用水平具有十分重要的作用。
参考文献：
[1]刘金龙，栾茂田，王吉利.测斜仪测量路基水平位移过程中的局限性分析[J]，长江科学院院报，2016.8
[2]王继华，彭振斌，杜长学等.浅析测斜仪监测原理和应用[J]，勘察科学技术，2015.11
[3]李国维，胡龙生，王润等.滑动式测斜仪测试与误差处理方法[J]，河海大学学报，2015.9
[4]刘金龙，栾茂田，王吉利.测斜仪测量路基水平位移过程中的局限性分析[J]，长江科学院院报，2016.2
[5]张光春，宿莉.假设检验问题分析[J]，重庆科技学院学报，2016.10
[6]盛聚，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计[M]，北京：高等教育出版社，2013
作者简介：
杨阳，男，河北玉田人，大学本科学历，研究方向：采矿工程。