雙激光基準(zhǔn)：立井井筒變形監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)革新與實(shí)踐探索一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代礦井開(kāi)采中，立井井筒作為連接地面與地下的關(guān)鍵通道，扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅是煤炭、礦石等資源提升運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵路徑，還承擔(dān)著人員輸送、材料設(shè)備運(yùn)輸以及通風(fēng)、排水等多項(xiàng)重要任務(wù)，堪稱礦井生產(chǎn)的“咽喉要道”。其穩(wěn)定性與安全性直接關(guān)系到整個(gè)礦井的高效、安全運(yùn)行，以及井下工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而，隨著礦井開(kāi)采深度的不斷增加，地質(zhì)條件愈發(fā)復(fù)雜，井筒所承受的地應(yīng)力、地下水壓力以及礦山壓力等也在不斷增大。同時(shí)，長(zhǎng)期的開(kāi)采活動(dòng)、井筒裝備的自重以及環(huán)境因素的侵蝕等，都可能導(dǎo)致立井井筒發(fā)生變形。井筒變形的形式多種多樣，如井壁開(kāi)裂、剝落，罐梁、罐道的彎曲、傾斜等。這些變形問(wèn)題若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。從安全角度來(lái)看，井筒變形可能會(huì)導(dǎo)致罐籠運(yùn)行受阻，引發(fā)卡罐等事故，對(duì)井下人員的生命安全構(gòu)成直接威脅；通風(fēng)系統(tǒng)的不暢，會(huì)導(dǎo)致井下空氣質(zhì)量下降，增加瓦斯積聚等安全隱患，極易引發(fā)瓦斯爆炸等惡性事故；排水系統(tǒng)的故障，則可能造成井下積水，影響開(kāi)采作業(yè)，甚至引發(fā)礦井淹沒(méi)等嚴(yán)重災(zāi)害。在生產(chǎn)方面，井筒變形會(huì)使提升設(shè)備的運(yùn)行阻力增大，降低提升效率，增加能耗和設(shè)備磨損，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升；頻繁的設(shè)備故障和維修，會(huì)造成生產(chǎn)中斷，影響礦井的正常生產(chǎn)秩序，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了及時(shí)掌握立井井筒的變形情況，確保礦井的安全、高效生產(chǎn)，對(duì)井筒進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的變形監(jiān)測(cè)顯得尤為必要。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)，可以獲取井筒的變形數(shù)據(jù)，分析變形的原因、規(guī)律和趨勢(shì)，為井筒的維護(hù)、加固以及開(kāi)采方案的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防和處理，從而避免事故的發(fā)生，保障礦井的安全生產(chǎn)。傳統(tǒng)的立井井筒變形監(jiān)測(cè)方法，如鋼絲基準(zhǔn)線法、倒錘法、全站儀測(cè)量法等，雖然在一定程度上能夠滿足監(jiān)測(cè)需求，但也存在著諸多局限性。例如，鋼絲基準(zhǔn)線法容易受到外界因素的干擾，如風(fēng)流、井筒內(nèi)設(shè)備的振動(dòng)等，導(dǎo)致鋼絲擺動(dòng)，從而影響測(cè)量精度；倒錘法的安裝和維護(hù)較為復(fù)雜，且測(cè)量范圍有限；全站儀測(cè)量法需要通視條件良好，在井筒內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境下，實(shí)施難度較大，且測(cè)量效率較低。隨著科技的不斷進(jìn)步，激光技術(shù)以其高精度、高穩(wěn)定性、非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新型的監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)在井筒內(nèi)設(shè)置雙激光基準(zhǔn)，利用激光束的準(zhǔn)直性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒變形的高精度測(cè)量。該技術(shù)能夠有效克服傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的不足，具有測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、受環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)，為立井井筒變形監(jiān)測(cè)提供了一種全新的解決方案。深入研究雙激光基準(zhǔn)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)于提高井筒變形監(jiān)測(cè)的精度和可靠性，保障礦井的安全、高效生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，也有助于推動(dòng)激光監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦山測(cè)量領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，為其他類似工程的變形監(jiān)測(cè)提供參考和借鑒。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀立井井筒變形監(jiān)測(cè)作為保障礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。隨著礦山開(kāi)采深度的不斷增加以及對(duì)安全生產(chǎn)要求的日益提高，立井井筒變形監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。在國(guó)外，德國(guó)的DMT公司早在多年前就研發(fā)出礦山井筒慣性測(cè)量系統(tǒng)（ISSM）。該系統(tǒng)安置在罐籠中，隨著罐籠在井筒內(nèi)的升降運(yùn)動(dòng)，能夠自動(dòng)且較為精確地測(cè)定罐籠在任意時(shí)刻的三維坐標(biāo)。通過(guò)分析罐籠坐標(biāo)的變化，進(jìn)而計(jì)算出井筒的移動(dòng)與變形情況。這種測(cè)量系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化程度和測(cè)量精度，能夠?qū)崟r(shí)獲取井筒的變形信息，為井筒的維護(hù)和管理提供了有力的數(shù)據(jù)支持。美國(guó)、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極開(kāi)展井筒變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，將先進(jìn)的傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井筒變形的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析處理。例如，利用光纖傳感器監(jiān)測(cè)井筒的應(yīng)變和位移變化，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模柚鷮I(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井筒的潛在安全隱患。國(guó)內(nèi)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)方面也取得了顯著的成果。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法如鋼絲基準(zhǔn)線法、倒錘法、全站儀測(cè)量法等，在早期的井筒變形監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。鋼絲基準(zhǔn)線法通過(guò)在井筒內(nèi)懸掛鋼絲，測(cè)量鋼絲與井壁或罐梁、罐道之間的距離變化來(lái)監(jiān)測(cè)井筒的變形；倒錘法利用倒錘裝置，通過(guò)測(cè)量倒錘線的偏移來(lái)確定井筒的變形；全站儀測(cè)量法則通過(guò)測(cè)量井筒內(nèi)特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化來(lái)監(jiān)測(cè)井筒的變形。然而，這些傳統(tǒng)方法存在一定的局限性。鋼絲基準(zhǔn)線法容易受到風(fēng)流、井筒內(nèi)設(shè)備振動(dòng)等外界因素的干擾，導(dǎo)致鋼絲擺動(dòng)，從而影響測(cè)量精度；倒錘法的安裝和維護(hù)較為復(fù)雜，測(cè)量范圍有限；全站儀測(cè)量法需要通視條件良好，在井筒內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)施難度較大，且測(cè)量效率較低。隨著科技的不斷進(jìn)步，一些新的監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸應(yīng)用于立井井筒變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受到了廣泛關(guān)注。光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井筒的變形情況，并對(duì)變形趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)在井壁上布置光纖光柵傳感器，將傳感器串聯(lián)組成光纖光柵陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒不同部位的變形監(jiān)測(cè)。傳感器感知到的變形信息通過(guò)光纖傳輸?shù)浇庹{(diào)儀，解調(diào)儀將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行分析處理，最終得到井筒的變形數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，取得了一系列的研究成果，推動(dòng)了該技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新興的井筒變形監(jiān)測(cè)方法，近年來(lái)也得到了一定的研究和應(yīng)用。該技術(shù)利用激光束的準(zhǔn)直性和穩(wěn)定性，在井筒內(nèi)設(shè)置雙激光基準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)量激光束與井筒內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒變形的高精度測(cè)量。其具有測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、受環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)。部分研究人員對(duì)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理、測(cè)量精度以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性和準(zhǔn)確性。然而，目前雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題，如監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本較高、安裝調(diào)試較為復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理和分析方法有待進(jìn)一步完善等。綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)外在立井井筒變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方面已經(jīng)取得了豐富的研究成果，但仍存在一些不足之處。對(duì)于雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，雖然具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但在?shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善。未來(lái)的研究方向可以集中在降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本、簡(jiǎn)化安裝調(diào)試過(guò)程、提高數(shù)據(jù)處理和分析的智能化水平等方面，以推動(dòng)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在深入探索雙激光基準(zhǔn)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際案例驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)以下具體目標(biāo)：驗(yàn)證雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性與準(zhǔn)確性：深入研究雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，全面驗(yàn)證該技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的可行性與準(zhǔn)確性，確定其能夠滿足實(shí)際工程監(jiān)測(cè)的精度要求。分析影響雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)精度的因素：系統(tǒng)分析環(huán)境因素（如溫度、濕度、井筒內(nèi)氣流等）、儀器設(shè)備性能（如激光器穩(wěn)定性、傳感器精度等）以及測(cè)量方法等對(duì)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)精度的影響，明確各因素的影響程度和作用機(jī)制。提出提高雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)精度的方法和措施：基于對(duì)影響因素的分析，針對(duì)性地提出有效的方法和措施，以提高雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的精度和可靠性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。建立雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化方案：綜合考慮監(jiān)測(cè)精度、成本效益、安裝維護(hù)便利性等因素，建立一套完整的雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化方案，推動(dòng)該技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用。1.3.2研究?jī)?nèi)容為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將主要圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)：雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理研究：深入剖析雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理，包括激光束的產(chǎn)生、傳輸、接收與測(cè)量原理，以及如何利用雙激光基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒變形的高精度測(cè)量。研究激光在井筒復(fù)雜環(huán)境中的傳播特性，分析可能出現(xiàn)的干擾因素及其對(duì)測(cè)量精度的影響。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建：根據(jù)立井井筒的實(shí)際結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)需求，設(shè)計(jì)一套合理的雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。確定激光器、傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理設(shè)備等關(guān)鍵組件的選型和參數(shù)配置，制定詳細(xì)的系統(tǒng)安裝與調(diào)試方案。搭建實(shí)驗(yàn)室模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。立井井筒變形監(jiān)測(cè)方案的制定：結(jié)合雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)和立井井筒的實(shí)際情況，制定科學(xué)合理的變形監(jiān)測(cè)方案。確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置原則和方法，明確監(jiān)測(cè)頻率和數(shù)據(jù)采集周期?？紤]不同類型井筒變形（如井壁變形、罐梁罐道變形等）的監(jiān)測(cè)需求，制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)策略和數(shù)據(jù)處理方法。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與處理方法研究：研究如何高效、準(zhǔn)確地采集雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)采集流程和存儲(chǔ)方式。針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法和軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、處理和可視化展示。通過(guò)數(shù)據(jù)處理，提取井筒變形的關(guān)鍵信息，如變形量、變形速率、變形趨勢(shì)等。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與案例分析：將設(shè)計(jì)搭建的雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的立井井筒變形監(jiān)測(cè)工程中，進(jìn)行長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，驗(yàn)證雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程中的有效性和可靠性。結(jié)合具體案例，總結(jié)該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方案，為后續(xù)工程應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)參考。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的對(duì)比分析：選取傳統(tǒng)的立井井筒變形監(jiān)測(cè)方法（如鋼絲基準(zhǔn)線法、全站儀測(cè)量法等）與雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。從測(cè)量精度、實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化程度、受環(huán)境影響程度、成本效益等多個(gè)方面進(jìn)行綜合比較，分析雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足之處，明確其在立井井筒變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法文獻(xiàn)研究法：全面收集國(guó)內(nèi)外關(guān)于立井井筒變形監(jiān)測(cè)、激光測(cè)量技術(shù)等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、專利文獻(xiàn)等。對(duì)這些資料進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。通過(guò)對(duì)已有研究成果的總結(jié)和歸納，明確雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的研究重點(diǎn)和方向，避免重復(fù)研究，同時(shí)借鑒其他相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和方法，為解決本研究中的關(guān)鍵問(wèn)題提供參考。案例分析法：選取多個(gè)具有代表性的立井井筒變形監(jiān)測(cè)工程案例，深入分析雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)施過(guò)程、監(jiān)測(cè)效果以及遇到的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這些案例的詳細(xì)剖析，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，為優(yōu)化雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和制定合理的監(jiān)測(cè)方案提供實(shí)踐依據(jù)。對(duì)比不同案例中雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果，從實(shí)際工程角度評(píng)估雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足之處，明確其在不同地質(zhì)條件、井筒結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)要求下的適用性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量法：搭建實(shí)驗(yàn)室模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，模擬立井井筒的實(shí)際環(huán)境和變形情況，對(duì)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行精確控制和測(cè)量，研究雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的測(cè)量精度、穩(wěn)定性以及對(duì)不同變形類型的響應(yīng)特性。分析環(huán)境因素（如溫度、濕度、氣流等）和測(cè)量參數(shù)（如激光發(fā)射頻率、傳感器采樣率等）對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供技術(shù)參數(shù)和優(yōu)化建議。在實(shí)際的立井井筒中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在復(fù)雜實(shí)際環(huán)境下的可行性和有效性。通過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，獲取真實(shí)的井筒變形數(shù)據(jù)，與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映井筒的實(shí)際變形情況。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：理論研究：深入研究雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理、測(cè)量模型以及誤差來(lái)源。分析激光在井筒環(huán)境中的傳播特性，建立考慮多種因素影響的雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型。研究立井井筒變形的力學(xué)機(jī)制和影響因素，為監(jiān)測(cè)方案的制定提供理論依據(jù)。通過(guò)理論分析，明確雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的可行性和潛在優(yōu)勢(shì)，以及可能面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。方案設(shè)計(jì)：根據(jù)立井井筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)條件和監(jiān)測(cè)要求，設(shè)計(jì)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體方案。確定激光器、傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理設(shè)備等關(guān)鍵組件的選型和參數(shù)配置，制定合理的系統(tǒng)安裝與調(diào)試方案。設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置方案，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量、位置和分布規(guī)律，以確保能夠全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)井筒的變形情況?？紤]系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性以及成本效益等因素，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的整體性能。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性和測(cè)量精度，分析各種因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，完善系統(tǒng)的功能和性能。在實(shí)際的立井井筒中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將優(yōu)化后的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程監(jiān)測(cè)。通過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，獲取真實(shí)可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程中的有效性和可行性，為實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支持。結(jié)果分析：對(duì)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和力學(xué)分析方法等，提取井筒變形的關(guān)鍵信息，如變形量、變形速率、變形趨勢(shì)等。分析井筒變形與地質(zhì)條件、開(kāi)采活動(dòng)、時(shí)間等因素之間的關(guān)系，建立井筒變形預(yù)測(cè)模型。對(duì)比雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，評(píng)估雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足，提出進(jìn)一步改進(jìn)和完善的建議。根據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果和推廣價(jià)值，為該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。二、雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)原理2.1激光垂準(zhǔn)儀工作原理激光垂準(zhǔn)儀作為雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備，其工作原理基于激光的獨(dú)特物理特性以及精密的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。激光具有方向性極強(qiáng)、能量高度集中的顯著特點(diǎn)，這使得它在精密測(cè)量領(lǐng)域中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在激光垂準(zhǔn)儀中，巧妙地運(yùn)用了這些特性，通過(guò)光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)與激光器的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了高精度的鉛垂線確定。激光垂準(zhǔn)儀的核心部件之一是光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一系列精密的光學(xué)鏡片、棱鏡和望遠(yuǎn)鏡等組成。其作用是為激光束的發(fā)射和接收提供精確的光學(xué)路徑，確保激光束能夠準(zhǔn)確地沿鉛垂方向傳播。在光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)中，望遠(yuǎn)鏡起到了關(guān)鍵的瞄準(zhǔn)和觀測(cè)作用。通過(guò)望遠(yuǎn)鏡，操作人員可以清晰地觀測(cè)到目標(biāo)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束的精確指向和定位。激光器是激光垂準(zhǔn)儀的另一個(gè)核心部件，它負(fù)責(zé)產(chǎn)生高能量、高方向性的激光束。在激光垂準(zhǔn)儀中，通常采用半導(dǎo)體激光器作為光源。半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足激光垂準(zhǔn)儀對(duì)光源的各種要求。激光器產(chǎn)生的激光束通過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)直處理，使其成為一束平行度極高的激光束。準(zhǔn)直后的激光束再通過(guò)光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)中的望遠(yuǎn)鏡發(fā)射出去，形成一條可見(jiàn)的鉛垂線。當(dāng)激光垂準(zhǔn)儀工作時(shí)，首先需要將儀器精確地安置在測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)上，并進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)中和平整操作。對(duì)中操作的目的是使儀器的中心軸線與測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的鉛垂線重合，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性；整平操作則是通過(guò)調(diào)節(jié)儀器的腳螺旋，使儀器的水平度達(dá)到要求，保證激光束能夠沿鉛垂方向發(fā)射。在完成對(duì)中和平整操作后，打開(kāi)激光器的電源開(kāi)關(guān)，激光器便會(huì)發(fā)射出一束高強(qiáng)度的激光束。激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)的準(zhǔn)直和發(fā)射后，在目標(biāo)點(diǎn)上形成一個(gè)清晰的紅色光斑。這個(gè)光斑即為鉛垂線的位置標(biāo)記，通過(guò)觀測(cè)和測(cè)量這個(gè)光斑的位置變化，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的垂直位移監(jiān)測(cè)。為了進(jìn)一步提高激光垂準(zhǔn)儀的測(cè)量精度和可靠性，一些先進(jìn)的激光垂準(zhǔn)儀還配備了自動(dòng)補(bǔ)償裝置和電子測(cè)量系統(tǒng)。自動(dòng)補(bǔ)償裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)儀器的傾斜狀態(tài)，并根據(jù)傾斜角度自動(dòng)調(diào)整激光束的發(fā)射方向，確保激光束始終沿鉛垂方向傳播。電子測(cè)量系統(tǒng)則可以對(duì)激光光斑的位置進(jìn)行精確測(cè)量和記錄，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。2.2雙激光基準(zhǔn)測(cè)量原理雙激光基準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)的核心在于通過(guò)在立井井筒內(nèi)精確建立兩條穩(wěn)定的激光基準(zhǔn)線，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置變化的高精度監(jiān)測(cè)，從而有效確定井筒的變形情況。其測(cè)量原理主要基于激光的準(zhǔn)直特性以及距離交會(huì)法。在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中，首先需在井筒的頂部合適位置精心安置兩臺(tái)高精度的激光垂準(zhǔn)儀，這兩臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀的安裝位置應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和測(cè)量，確保它們所發(fā)射的激光束能夠相互平行且垂直于井底平面，從而形成穩(wěn)定可靠的雙激光基準(zhǔn)。激光垂準(zhǔn)儀發(fā)射出的高能量、高方向性的激光束，在井筒內(nèi)形成兩條清晰可見(jiàn)的鉛垂線，這兩條鉛垂線即為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)。由于激光具有方向性極強(qiáng)、能量高度集中的特性，能夠在復(fù)雜的井筒環(huán)境中保持較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)直性，為后續(xù)的測(cè)量工作提供了精確的基準(zhǔn)參考。利用距離交會(huì)法進(jìn)行測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量是雙激光基準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在井筒內(nèi)需要監(jiān)測(cè)的部位合理布置一系列監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用專門(mén)設(shè)計(jì)的激光測(cè)距傳感器同時(shí)測(cè)量該點(diǎn)到兩條激光基準(zhǔn)線的垂直距離。假設(shè)兩條激光基準(zhǔn)線在空間中的位置坐標(biāo)已知，分別為L(zhǎng)_1(x_1,y_1,z_1)和L_2(x_2,y_2,z_2)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)P到L_1的垂直距離為d_1，到L_2的垂直距離為d_2。根據(jù)空間幾何關(guān)系和距離交會(huì)原理，可以建立如下數(shù)學(xué)模型來(lái)求解監(jiān)測(cè)點(diǎn)P的坐標(biāo)(x,y,z)：\begin{cases}(x-x_1)^2+(y-y_1)^2+(z-z_1)^2=d_1^2\\(x-x_2)^2+(y-y_2)^2+(z-z_2)^2=d_2^2\end{cases}通過(guò)求解上述方程組，即可精確得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)P在三維空間中的坐標(biāo)。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，為了提高測(cè)量精度和可靠性，通常會(huì)對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和濾波處理，以減小測(cè)量誤差的影響。隨著時(shí)間的推移和井筒變形的發(fā)生，監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于雙激光基準(zhǔn)的位置會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些變化，即不斷測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)到雙激光基準(zhǔn)的距離，并根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型解算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化情況，就能夠準(zhǔn)確地獲取井筒的變形信息。例如，如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在某個(gè)方向上的坐標(biāo)變化超出了正常范圍，就表明井筒在該方向上發(fā)生了變形，通過(guò)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)的綜合分析，可以全面了解井筒變形的程度、方向和范圍，從而為井筒的維護(hù)和加固提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。2.3與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)比優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)的立井井筒變形監(jiān)測(cè)方法相比，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在精度、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、便捷性等方面展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使其在立井井筒變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在精度方面，傳統(tǒng)的傳感器法，如鋼絲基準(zhǔn)線法，由于鋼絲易受風(fēng)流、井筒內(nèi)設(shè)備振動(dòng)等外界因素干擾而擺動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量精度難以保證。在實(shí)際應(yīng)用中，即使采取各種防風(fēng)、減振措施，其測(cè)量誤差仍可能達(dá)到數(shù)毫米甚至更大。而雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)基于激光的高準(zhǔn)直性，通過(guò)精確測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)到雙激光基準(zhǔn)的距離變化來(lái)確定井筒變形，測(cè)量精度可達(dá)到亞毫米級(jí)。在實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試中，對(duì)于微小變形的監(jiān)測(cè)，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量誤差可控制在±0.1mm以內(nèi)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋼絲基準(zhǔn)線法的精度。全站儀測(cè)量法雖精度較高，但受限于通視條件和測(cè)量環(huán)境，在井筒內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下，測(cè)量精度也會(huì)受到一定影響。在一些井筒內(nèi)存在較多障礙物或光線較暗的情況下，全站儀的測(cè)量誤差可能會(huì)增大，難以滿足高精度的監(jiān)測(cè)需求。穩(wěn)定性上，傳統(tǒng)幾何測(cè)量法中的倒錘法，其倒錘裝置的安裝和維護(hù)較為復(fù)雜，且測(cè)量范圍有限。由于倒錘線易受井筒內(nèi)水流、溫度變化等因素影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性較差。而雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)中，激光束在井筒內(nèi)傳播時(shí)，只要保證激光器和傳感器的穩(wěn)定，就能確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通過(guò)采用高精度的激光器和穩(wěn)定的安裝支架，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的測(cè)量性能，不受井筒內(nèi)一般環(huán)境因素變化的影響。實(shí)時(shí)性層面，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法往往需要人工定期進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理分析，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)獲取井筒的實(shí)時(shí)變形信息。在一些緊急情況下，如井筒突然發(fā)生較大變形時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并發(fā)出預(yù)警，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)配備了自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線傳輸或有線傳輸方式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，一旦發(fā)現(xiàn)井筒變形異常，能夠立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施提供有力支持。便捷性方面，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法在操作過(guò)程中通常較為繁瑣。全站儀測(cè)量法需要在井筒內(nèi)布置多個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)，并且每次測(cè)量時(shí)都需要人工進(jìn)行儀器的架設(shè)、對(duì)中、整平以及數(shù)據(jù)采集等操作，工作效率較低。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝相對(duì)簡(jiǎn)便，只需在井筒頂部合適位置安裝兩臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀，并在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置相應(yīng)的傳感器即可。系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，無(wú)需人工頻繁干預(yù)，大大提高了監(jiān)測(cè)工作的效率和便捷性。三、立井井筒變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)3.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成本立井井筒變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由激光垂準(zhǔn)儀、全站儀、鋼尺、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等部分構(gòu)成，各部分緊密協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒變形的高精度監(jiān)測(cè)。激光垂準(zhǔn)儀是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部件之一，選用高精度的激光垂準(zhǔn)儀，如蘇州一光的DZJ2激光垂準(zhǔn)儀。它利用激光方向性強(qiáng)、能量集中的特點(diǎn)，在光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加半導(dǎo)體激光器，能發(fā)射出高精度的鉛垂激光束，為監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)線。其工作方式為：通過(guò)光學(xué)垂準(zhǔn)系統(tǒng)，確保激光束光軸與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸同心、同軸、同焦，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)處會(huì)出現(xiàn)紅色小亮斑，以此確定鉛垂方向。在本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，兩臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀分別安裝在井筒頂部的合適位置，且保持一定距離，發(fā)射出相互平行且垂直于井底平面的激光束，形成雙激光基準(zhǔn)。全站儀用于測(cè)量垂線坐標(biāo)以及輔助監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量。采用測(cè)角精度為5秒的全站儀，其工作原理是通過(guò)發(fā)射和接收電磁波，測(cè)量?jī)x器與目標(biāo)點(diǎn)之間的角度和距離，從而確定目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，全站儀首先在地面已知點(diǎn)上聯(lián)測(cè)兩根由激光垂準(zhǔn)儀確定的垂線，通過(guò)測(cè)量角度和距離，計(jì)算出垂線的三維坐標(biāo)，作為后續(xù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量的基準(zhǔn)。同時(shí)，在部分特殊情況下，當(dāng)需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量或驗(yàn)證時(shí)，全站儀也能發(fā)揮重要作用。鋼尺分為長(zhǎng)鋼尺和普通鋼尺，長(zhǎng)鋼尺具有毫米刻畫(huà)，長(zhǎng)度為500米或800米，用于測(cè)量各監(jiān)測(cè)層或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直距離；普通鋼尺長(zhǎng)度為30米或50米，具有毫米刻畫(huà)，用于較長(zhǎng)距離的測(cè)量，如井筒內(nèi)測(cè)點(diǎn)量取及地面與鋼絲聯(lián)測(cè)邊的量取等。在測(cè)量過(guò)程中，下放長(zhǎng)鋼尺，在地面利用全站儀確定鋼尺始點(diǎn)的高程，從上而下量取各道罐梁高程，讀數(shù)精度為厘米，以此確定不同監(jiān)測(cè)層的高程。普通鋼尺則用于測(cè)量測(cè)點(diǎn)到激光基準(zhǔn)線的距離等。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集、傳輸、存儲(chǔ)、分析和處理。數(shù)據(jù)采集部分通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集激光垂準(zhǔn)儀、全站儀和鋼尺測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。這些傳感器與測(cè)量設(shè)備緊密相連，能夠準(zhǔn)確捕捉設(shè)備輸出的測(cè)量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)傳輸采用有線和無(wú)線相結(jié)合的方式，在井筒內(nèi)部，由于環(huán)境復(fù)雜，干擾較大，采用有線傳輸方式，如光纖或電纜，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；在地面部分，為了便于數(shù)據(jù)的集中管理和共享，采用無(wú)線傳輸方式，如Wi-Fi或4G/5G網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用大容量的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠存儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)間、大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的查詢和分析。數(shù)據(jù)處理單元?jiǎng)t運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件和算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，如計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化、變形量、變形速率等，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合和趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)井筒的變形趨勢(shì)。一旦發(fā)現(xiàn)變形異常，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，通知相關(guān)人員采取措施。3.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則與方法監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布置是準(zhǔn)確獲取立井井筒變形信息的關(guān)鍵，直接影響到監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性和有效性。在布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，需充分考慮井筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)條件以及可能出現(xiàn)的變形形式，遵循以下原則進(jìn)行科學(xué)布置。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)原則是指將監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在井筒的關(guān)鍵部位和易變形區(qū)域。井壁的薄弱部位，如井壁與巖層的交界處、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的井壁，這些地方由于受到地應(yīng)力的作用以及巖石性質(zhì)的差異，更容易發(fā)生變形。在某立井井筒的變形監(jiān)測(cè)中，在井壁與斷層相交的區(qū)域布置了多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的井壁變形量明顯大于其他部位。罐梁、罐道的連接點(diǎn)和支撐點(diǎn)也是變形的高發(fā)區(qū)域，由于承受著較大的應(yīng)力，容易出現(xiàn)彎曲、傾斜等變形情況。在這些位置布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠及時(shí)捕捉到變形信息，為井筒的安全評(píng)估提供重要依據(jù)。均勻分布原則要求在井筒的不同高度和圓周方向上均勻布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以全面反映井筒的變形情況。在井筒的高度方向上，根據(jù)罐梁的間距和井筒的深度，合理劃分監(jiān)測(cè)層，確保每個(gè)監(jiān)測(cè)層都有足夠數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在某深度為500米的立井井筒中，每隔20米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)層，每個(gè)監(jiān)測(cè)層在井壁圓周方向均勻布置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這樣可以較為全面地監(jiān)測(cè)井筒在不同高度的變形情況。在圓周方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布應(yīng)能夠覆蓋整個(gè)井筒的圓周，避免出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)。通過(guò)均勻分布監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以獲取井筒在各個(gè)方向上的變形數(shù)據(jù)，從而對(duì)井筒的整體變形狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。代表性原則強(qiáng)調(diào)所選擇的監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)能代表所在區(qū)域的變形特征。在選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，要綜合考慮該區(qū)域的地質(zhì)條件、受力情況以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素。對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，選擇具有典型地質(zhì)特征的位置作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠更好地反映該區(qū)域的變形規(guī)律。在井筒中存在不同巖性的區(qū)域，選擇在不同巖性的交界處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)這些點(diǎn)的變形情況，可以了解不同巖性對(duì)井筒變形的影響。對(duì)于受力復(fù)雜的部位，如罐梁承受較大集中載荷的區(qū)域，選擇該區(qū)域的關(guān)鍵位置作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到該部位的變形情況，為井筒的結(jié)構(gòu)分析提供有力支持。在井壁上選點(diǎn)時(shí)，首先要對(duì)井壁的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)勘查。在井壁與巖層交界處，選擇距離交界處50-100厘米的位置作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)交界處的變形情況。對(duì)于井壁上存在裂縫、蜂窩等缺陷的部位，在缺陷邊緣5-10厘米處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，密切關(guān)注缺陷的發(fā)展變化。在井壁的圓周方向上，按照等角度間隔選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般每隔45度設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保能夠全面監(jiān)測(cè)井壁的圓周變形。對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)規(guī)則可以采用“J-層數(shù)-圓周序號(hào)”的形式，如“J-5-3”表示第5層井壁上圓周序號(hào)為3的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。罐梁上的選點(diǎn)主要集中在罐梁的兩端支撐點(diǎn)、中間連接點(diǎn)以及承受較大載荷的部位。在罐梁的兩端支撐點(diǎn)，距離支撐點(diǎn)20-30厘米處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)支撐點(diǎn)處的變形情況。在罐梁的中間連接點(diǎn)，直接在連接點(diǎn)位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀察連接點(diǎn)的松動(dòng)和變形情況。對(duì)于承受較大載荷的部位，如罐梁與提升設(shè)備連接的區(qū)域，在該區(qū)域的關(guān)鍵位置布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。罐梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)可采用“G-層數(shù)-罐梁序號(hào)-點(diǎn)序號(hào)”的形式，例如“G-3-2-1”表示第3層第2根罐梁上的第1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。罐道選點(diǎn)時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注罐道的接頭處、與罐梁的連接點(diǎn)以及罐道的中部。在罐道接頭處，距離接頭5-10厘米的位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)接頭的變形和位移情況。在罐道與罐梁的連接點(diǎn)，直接在連接點(diǎn)處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，了解連接點(diǎn)的受力和變形狀態(tài)。在罐道的中部，根據(jù)罐道的長(zhǎng)度，每隔一定距離設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般每隔3-5米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。罐道監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)采用“D-層數(shù)-罐道序號(hào)-點(diǎn)序號(hào)”的形式，如“D-4-1-2”表示第4層第1根罐道上的第2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。3.3觀測(cè)流程與數(shù)據(jù)采集在立井井筒變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中，嚴(yán)謹(jǐn)且規(guī)范的觀測(cè)流程是獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，而數(shù)據(jù)采集則是整個(gè)監(jiān)測(cè)工作的核心環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性和有效性。其具體流程如下：首先進(jìn)行雙激光基準(zhǔn)確定。在井筒頂部的穩(wěn)固位置，利用高精度的全站儀進(jìn)行精確測(cè)量，確定兩臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀的安裝位置，確保它們所發(fā)射的激光束相互平行且垂直于井底平面，從而建立起穩(wěn)定可靠的雙激光基準(zhǔn)。安裝過(guò)程中，使用特制的三角架頭固定激光垂準(zhǔn)儀，并為其配備專門(mén)設(shè)計(jì)的防護(hù)罩，以防止儀器受到井筒內(nèi)淋水、灰塵等因素的影響。對(duì)激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，檢查激光束的準(zhǔn)直性和穩(wěn)定性，確保其能夠發(fā)射出高精度的鉛垂激光束。地面測(cè)量工作是整個(gè)觀測(cè)流程的重要基礎(chǔ)。采用測(cè)角精度為5秒的全站儀，在地面已知點(diǎn)上聯(lián)測(cè)兩根由激光垂準(zhǔn)儀確定的垂線。通過(guò)測(cè)量角度和距離，運(yùn)用精確的測(cè)量算法，計(jì)算出垂線的三維坐標(biāo)。在連接導(dǎo)線敷設(shè)時(shí)，遵循導(dǎo)線長(zhǎng)度最短且盡可能沿兩垂球線連線方向延伸的原則，導(dǎo)線可采用一級(jí)或二級(jí)導(dǎo)線。為了便于數(shù)據(jù)處理和分析，在本次測(cè)量中采用假定坐標(biāo)系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。井壁與罐梁面測(cè)量工作是獲取井筒變形信息的關(guān)鍵步驟。在井壁和罐梁上，依據(jù)前文所述的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則和方法，選取合適的特征點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，并用小鐵釘進(jìn)行標(biāo)記，按照特定的編號(hào)規(guī)則加以編號(hào)。下放長(zhǎng)鋼尺，在地面利用全站儀精確確定鋼尺始點(diǎn)的高程，然后從上而下量取各道罐梁高程，讀數(shù)精度精確到厘米。在每一觀測(cè)層上，分別以兩個(gè)激光垂線為基準(zhǔn)，使用具有毫米刻畫(huà)的鋼尺量取各測(cè)量點(diǎn)到兩條垂線的距離，使每個(gè)測(cè)點(diǎn)與雙垂線都形成三邊形。每次觀測(cè)均進(jìn)行三次，嚴(yán)格控制讀數(shù)差精度在3毫米以內(nèi)，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)采集工作貫穿于整個(gè)觀測(cè)過(guò)程。使用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集儀，與全站儀、鋼尺等測(cè)量設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫連接，實(shí)時(shí)采集測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集儀具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠準(zhǔn)確捕捉測(cè)量設(shè)備輸出的測(cè)量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的質(zhì)量檢查，如檢查數(shù)據(jù)的完整性、合理性等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除異常數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)的安全性，采用多重備份機(jī)制，將采集到的數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)設(shè)備和遠(yuǎn)程服務(wù)器上，防止數(shù)據(jù)丟失。3.4數(shù)據(jù)處理與分析方法數(shù)據(jù)處理與分析是立井井筒變形監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)對(duì)采集到的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、有效的處理與分析，能夠準(zhǔn)確提取井筒變形的關(guān)鍵信息，為井筒的安全評(píng)估和維護(hù)提供有力依據(jù)。在測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方面，由于每個(gè)測(cè)點(diǎn)與兩條激光垂線形成三邊形，基于平面幾何原理和距離交會(huì)法進(jìn)行解算。假設(shè)兩條激光垂線的坐標(biāo)分別為A(x_A,y_A)和B(x_B,y_B)，測(cè)點(diǎn)P到A、B的距離分別為d_{PA}和d_{PB}，根據(jù)余弦定理和三角函數(shù)關(guān)系，可以建立方程組：\begin{cases}d_{PA}^2=(x_P-x_A)^2+(y_P-y_A)^2\\d_{PB}^2=(x_P-x_B)^2+(y_P-y_B)^2\end{cases}通過(guò)求解上述方程組，即可得到測(cè)點(diǎn)P的平面坐標(biāo)(x_P,y_P)。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，考慮到測(cè)量誤差的存在，采用最小二乘法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，以提高坐標(biāo)計(jì)算的精度。最小二乘法的基本原理是使觀測(cè)值與計(jì)算值之間的殘差平方和達(dá)到最小，從而得到最可靠的參數(shù)估計(jì)值。通過(guò)對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算，可以有效減小測(cè)量誤差對(duì)坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果的影響，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在井筒變形計(jì)算中，利用多個(gè)井壁觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定井心坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算井筒變形的大小和方向。根據(jù)三點(diǎn)及三點(diǎn)以上確定圓的原理，通過(guò)井壁上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，采用最小二乘擬合圓的方法求出各觀測(cè)層的井心坐標(biāo)。假設(shè)有n個(gè)觀測(cè)點(diǎn)P_i(x_i,y_i)，i=1,2,\cdots,n，設(shè)擬合圓的方程為(x-x_0)^2+(y-y_0)^2=r^2，其中(x_0,y_0)為圓心坐標(biāo)，r為半徑。通過(guò)最小二乘法求解該方程，得到井心坐標(biāo)(x_0,y_0)。計(jì)算相鄰觀測(cè)層井心坐標(biāo)的差值，可得到井筒中心的水平移動(dòng)量\Deltax和\Deltay?？傄苿?dòng)值S為：S=\sqrt{\Deltax^2+\Deltay^2}移動(dòng)方向\theta為：\theta=\arctan(\frac{\Deltay}{\Deltax})井筒撓度變形則通過(guò)計(jì)算相鄰觀測(cè)層井心的高程差與觀測(cè)層間距的比值得到。假設(shè)相鄰觀測(cè)層井心的高程分別為H_1和H_2，觀測(cè)層間距為h，則井筒撓度變形\delta為：\delta=\frac{|H_1-H_2|}{h}罐梁、罐道變形計(jì)算主要依據(jù)各層觀測(cè)層罐梁、罐道上對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化。通過(guò)比較不同時(shí)期對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出罐梁、罐道在水平和垂直方向上的變形量。對(duì)于罐梁，假設(shè)在某一觀測(cè)層上，罐梁兩端對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P_1(x_1,y_1,z_1)和P_2(x_2,y_2,z_2)，在后續(xù)觀測(cè)中，這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)镻_1'(x_1',y_1',z_1')和P_2'(x_2',y_2',z_2')，則罐梁在水平方向上的變形量\Deltax_{beam}和\Deltay_{beam}為：\begin{cases}\Deltax_{beam}=x_2'-x_1'-(x_2-x_1)\\\Deltay_{beam}=y_2'-y_1'-(y_2-y_1)\end{cases}在垂直方向上的變形量\Deltaz_{beam}為：\Deltaz_{beam}=z_2'-z_1'-(z_2-z_1)同理，對(duì)于罐道，也可通過(guò)類似方法計(jì)算其變形量。根據(jù)這些變形量，繪制罐梁、罐道變形剖面圖，直觀展示其變形情況。在剖面圖中，以罐梁、罐道的長(zhǎng)度方向?yàn)闄M坐標(biāo)，變形量為縱坐標(biāo)，通過(guò)繪制變形曲線，清晰地呈現(xiàn)罐梁、罐道在不同位置的變形程度和趨勢(shì)。通過(guò)繪制井筒或井心變形剖面圖，能夠更加直觀地展示井筒變形的方向和數(shù)值。在剖面圖中，以井筒深度為縱坐標(biāo)，以井筒中心的水平移動(dòng)量為橫坐標(biāo)，繪制變形曲線。在某一立井井筒變形監(jiān)測(cè)中，通過(guò)繪制變形剖面圖，清晰地顯示出在井筒深度為100-150米的區(qū)域，井筒中心向某一方向發(fā)生了明顯的水平移動(dòng)，移動(dòng)量最大達(dá)到了50毫米，為及時(shí)采取加固措施提供了重要依據(jù)。在圖中還可以標(biāo)注不同時(shí)期的變形數(shù)據(jù)，對(duì)比分析變形的發(fā)展趨勢(shì)，以便更好地預(yù)測(cè)井筒的變形情況。四、雙激光基準(zhǔn)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中的案例分析4.1工程概況本案例選取某礦立井井筒作為研究對(duì)象，該立井井筒是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵通道，承擔(dān)著煤炭提升、人員運(yùn)輸、材料下放以及通風(fēng)、排水等重要任務(wù)。其井深達(dá)到690m，井筒直徑為9m，井筒內(nèi)設(shè)有1個(gè)大罐和1個(gè)小罐，罐籠的正常運(yùn)行對(duì)于礦井的高效生產(chǎn)至關(guān)重要。在近期的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，工作人員發(fā)現(xiàn)罐籠在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了明顯的顛簸現(xiàn)象，運(yùn)行極不平穩(wěn)，甚至偶爾發(fā)生卡罐的情況。這些異常現(xiàn)象嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)秩序，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，引起了礦方的高度重視。經(jīng)初步現(xiàn)場(chǎng)考察和簡(jiǎn)易測(cè)量分析，導(dǎo)致罐籠運(yùn)行異常的原因極有可能是井筒在馬頭門(mén)上下部位發(fā)生了井壁變形以及罐梁、罐道變形。為了全面、準(zhǔn)確地掌握井筒變形情況，消除安全隱患，為后續(xù)井筒、罐道的加固維修提供可靠依據(jù)，礦方?jīng)Q定采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)該立井井筒進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。4.2監(jiān)測(cè)方案實(shí)施過(guò)程在實(shí)施監(jiān)測(cè)方案時(shí)，首要任務(wù)是在井口附近建立控制點(diǎn)。通過(guò)高精度全站儀的精確測(cè)量，確定3個(gè)控制點(diǎn)J_1、J_2、J_3的位置，這些控制點(diǎn)構(gòu)成閉合導(dǎo)線，為后續(xù)的測(cè)量工作提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)。測(cè)量過(guò)程中，嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)范操作全站儀，對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量，取平均值以減小測(cè)量誤差。測(cè)量完成后，運(yùn)用專業(yè)的平差軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，得到準(zhǔn)確的點(diǎn)位坐標(biāo)，并進(jìn)行精度評(píng)定，確?？刂泣c(diǎn)的精度滿足監(jiān)測(cè)要求。利用兩臺(tái)高精度的激光垂準(zhǔn)儀建立雙激光基準(zhǔn)。將激光垂準(zhǔn)儀精確地安置在井口預(yù)先確定的位置上，通過(guò)調(diào)整儀器的腳螺旋和對(duì)中器，使儀器的中心軸線與井口的基準(zhǔn)點(diǎn)重合，并且保證儀器處于水平狀態(tài)。使用全站儀對(duì)激光垂準(zhǔn)儀的位置進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)，確保兩臺(tái)激光垂準(zhǔn)儀發(fā)射的激光束相互平行且垂直于井底平面。在安裝過(guò)程中，為激光垂準(zhǔn)儀配備特制的三角架頭，以增強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性，同時(shí)安裝防護(hù)罩，防止井筒內(nèi)的淋水、灰塵等對(duì)儀器造成損害。完成安裝后，對(duì)激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行調(diào)試，檢查激光束的準(zhǔn)直性和穩(wěn)定性，確保其能夠發(fā)射出高精度的鉛垂激光束，形成穩(wěn)定可靠的雙激光基準(zhǔn)。按照既定的觀測(cè)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在井壁和罐梁、罐道上，依據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則選取特征點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，用小鐵釘進(jìn)行標(biāo)記，并按照特定的編號(hào)規(guī)則進(jìn)行編號(hào)。下放長(zhǎng)鋼尺，在地面利用全站儀精確確定鋼尺始點(diǎn)的高程，然后從上而下量取各道罐梁高程，讀數(shù)精度精確到厘米。在每一觀測(cè)層上，分別以兩個(gè)激光垂線為基準(zhǔn)，使用具有毫米刻畫(huà)的鋼尺量取各測(cè)量點(diǎn)到兩條垂線的距離，使每個(gè)測(cè)點(diǎn)與雙垂線都形成三邊形。每次觀測(cè)均進(jìn)行三次，嚴(yán)格控制讀數(shù)差精度在3毫米以內(nèi)，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，使用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)采集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的質(zhì)量檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除異常數(shù)據(jù)。4.3監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的細(xì)致處理和深入分析，得到了該立井井筒的變形情況。在井壁變形方面，整體呈現(xiàn)出不均勻的變形特征。從不同深度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，在井筒深度80-120m的區(qū)域，井壁變形較為顯著。該區(qū)域的井心水平移動(dòng)量最大達(dá)到了50mm，移動(dòng)方向主要偏向東南方向。通過(guò)對(duì)井壁上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算分析，得出該區(qū)域井壁的撓度變形也較為明顯，最大撓度變形達(dá)到了0.005，這表明井壁在該區(qū)域出現(xiàn)了一定程度的彎曲。從井壁變形剖面圖（圖1）中可以清晰地看到，在80-120m深度范圍內(nèi)，井壁變形曲線出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)，與其他區(qū)域的變形趨勢(shì)形成了鮮明對(duì)比。罐梁變形方面，不同層的罐梁變形程度和方向存在差異。在50-70層罐梁，主要表現(xiàn)為水平方向的變形，罐梁兩端對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的水平變形量最大達(dá)到了30mm，導(dǎo)致罐梁出現(xiàn)了一定程度的傾斜。在150-170層罐梁，垂直方向的變形較為突出，罐梁的垂直變形量最大達(dá)到了20mm，使得罐梁的高度發(fā)生了變化。通過(guò)繪制罐梁變形剖面圖（圖2），直觀地展示了罐梁在不同位置的變形情況，為進(jìn)一步分析罐梁變形原因和制定加固措施提供了重要依據(jù)。罐道變形情況也不容樂(lè)觀，部分罐道出現(xiàn)了明顯的彎曲和偏移。在30-50層罐道，罐道的彎曲變形較為嚴(yán)重，罐道的彎曲度最大達(dá)到了0.004，導(dǎo)致罐道的直線度受到影響。在100-120層罐道，罐道的偏移現(xiàn)象較為突出，罐道的水平偏移量最大達(dá)到了25mm，這對(duì)罐籠的正常運(yùn)行產(chǎn)生了較大影響。通過(guò)對(duì)罐道變形數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)罐道變形與罐梁變形存在一定的關(guān)聯(lián)性，罐梁的變形會(huì)導(dǎo)致罐道受力不均，從而引發(fā)罐道變形。綜合分析，導(dǎo)致該立井井筒變形的主要原因可能有以下幾點(diǎn)。地應(yīng)力的增大是一個(gè)重要因素，隨著礦井開(kāi)采深度的增加以及開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，井筒周圍的地應(yīng)力分布發(fā)生了顯著變化，使得井筒承受的壓力不斷增大，從而導(dǎo)致井壁、罐梁和罐道發(fā)生變形。在該礦井的開(kāi)采過(guò)程中，由于深部礦體的開(kāi)采，使得井筒周圍的地應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，進(jìn)而引發(fā)了井筒的變形。地下水位的下降也對(duì)井筒變形產(chǎn)生了影響，礦井的長(zhǎng)期排水導(dǎo)致地下水位下降，使得井筒周圍的土體產(chǎn)生固結(jié)沉降，對(duì)井筒產(chǎn)生了附加應(yīng)力，促使井筒發(fā)生變形。該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，這些地質(zhì)構(gòu)造的存在使得井筒周圍的巖體完整性受到破壞，巖體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而降低了井筒的穩(wěn)定性，容易引發(fā)井筒變形。4.4變形防范措施探討基于對(duì)該立井井筒變形原因的深入分析，為有效控制井筒變形，保障礦井的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，提出以下針對(duì)性的變形防范措施。井壁“豎讓”“橫抗”處理是應(yīng)對(duì)井筒變形的重要措施之一?！柏Q讓”處理主要是為了應(yīng)對(duì)井筒豎向壓縮變形。在井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮設(shè)置可縮性接頭或伸縮縫，如采用橡膠磚可縮性井壁等柔性抗變形技術(shù)措施。當(dāng)井筒受到豎向壓力時(shí)，這些可縮性結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)自身的變形來(lái)釋放部分壓力，從而減少井壁所承受的豎向荷載，避免井壁因豎向壓力過(guò)大而發(fā)生破壞。在一些地質(zhì)條件復(fù)雜、地應(yīng)力變化較大的區(qū)域，采用橡膠磚可縮性井壁后，井壁的豎向變形得到了有效控制，避免了井壁的開(kāi)裂和坍塌。“橫抗”處理則是針對(duì)井筒的水平變形。通過(guò)增加井壁的厚度、提高井壁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)以及在井壁中設(shè)置加強(qiáng)筋等方式，增強(qiáng)井壁的橫向承載能力。在某立井井筒加固工程中，將井壁厚度增加了20%，并在井壁中加密了鋼筋布置，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)井筒的水平變形明顯減小，井壁的穩(wěn)定性得到了顯著提高。地層注漿加固是改善井筒周圍巖體力學(xué)性質(zhì)、增強(qiáng)井筒穩(wěn)定性的有效手段。針對(duì)該井筒周圍巖體因地質(zhì)構(gòu)造和開(kāi)采活動(dòng)影響而導(dǎo)致的破碎、強(qiáng)度降低等問(wèn)題，采用高壓注漿技術(shù)向地層中注入水泥漿或化學(xué)漿液。漿液在壓力作用下能夠滲透到巖體的裂隙和孔隙中，填充這些空隙，使破碎的巖體重新膠結(jié)為一個(gè)整體，從而提高巖體的強(qiáng)度和完整性。在注漿過(guò)程中，根據(jù)巖體的具體情況和注漿效果，合理調(diào)整注漿參數(shù)，如注漿壓力、注漿量、漿液配合比等。對(duì)于裂隙較大的巖體，適當(dāng)提高注漿壓力和注漿量，確保漿液能夠充分填充裂隙；對(duì)于滲透性較差的巖體，選擇合適的化學(xué)漿液，提高漿液的滲透能力。通過(guò)地層注漿加固，不僅能夠增強(qiáng)井筒周圍巖體對(duì)井壁的支撐能力，還能有效減少因巖體變形對(duì)井筒產(chǎn)生的附加應(yīng)力，從而降低井筒變形的風(fēng)險(xiǎn)。水頭控制也是防范井筒變形的重要環(huán)節(jié)。鑒于地下水位下降對(duì)井筒變形的影響，采取合理的水頭控制措施至關(guān)重要。加強(qiáng)對(duì)礦井排水系統(tǒng)的管理和優(yōu)化，合理控制排水量，避免因過(guò)度排水導(dǎo)致地下水位急劇下降。在滿足礦井安全生產(chǎn)的前提下，適當(dāng)調(diào)整排水時(shí)間和排水強(qiáng)度，使地下水位保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平?？梢钥紤]采用回灌技術(shù)，將經(jīng)過(guò)處理的礦井水或其他水源回灌到地下含水層中，補(bǔ)充地下水資源，維持地下水位的穩(wěn)定。在某礦區(qū)，通過(guò)實(shí)施回灌措施，地下水位得到了有效回升，井筒周圍土體的固結(jié)沉降現(xiàn)象得到了緩解，井筒的變形速率明顯降低。建立完善的地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化情況，為水頭控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整排水和回灌方案，確保水頭控制措施的有效性和科學(xué)性。五、雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)5.1應(yīng)用前景分析雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借其高精度、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高以及受環(huán)境影響小等顯著優(yōu)勢(shì)，在立井井筒變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，尤其在新建井筒施工監(jiān)測(cè)、現(xiàn)有井筒定期檢測(cè)以及災(zāi)害后井筒評(píng)估等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在新建井筒施工監(jiān)測(cè)中，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)槭┕み^(guò)程提供實(shí)時(shí)、精確的變形數(shù)據(jù)，對(duì)保障施工安全和工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在井筒的掘砌過(guò)程中，由于受到地層應(yīng)力、施工工藝以及支護(hù)方式等多種因素的影響，井壁可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的變形。若變形過(guò)大，不僅會(huì)影響井筒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致后續(xù)施工出現(xiàn)安全隱患。利用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在井筒施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井壁的變形情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和處理。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，施工人員可以了解井壁變形的規(guī)律和趨勢(shì)，優(yōu)化施工工藝和支護(hù)參數(shù)，確保井壁的穩(wěn)定性和施工的順利進(jìn)行。在某新建立井井筒施工中，采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)井壁變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在施工至一定深度時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)井壁出現(xiàn)了異常變形，施工方立即暫停施工，對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，避免了井壁坍塌等嚴(yán)重事故的發(fā)生，保障了施工的安全和質(zhì)量。對(duì)于現(xiàn)有井筒的定期檢測(cè)，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠全面、準(zhǔn)確地掌握井筒的變形狀態(tài)，為井筒的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。隨著礦井開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，現(xiàn)有井筒會(huì)受到各種因素的影響而逐漸發(fā)生變形，如地應(yīng)力的變化、地下水的侵蝕以及礦山壓力的作用等。這些變形可能會(huì)導(dǎo)致井筒的運(yùn)行效率降低，甚至危及礦井的安全生產(chǎn)。定期采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有井筒進(jìn)行檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)井筒的變形情況，評(píng)估井筒的安全性。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，制定合理的維護(hù)和維修計(jì)劃，對(duì)變形較大的部位進(jìn)行加固處理，確保井筒的正常運(yùn)行。通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，還可以總結(jié)出井筒變形的規(guī)律，為礦井的長(zhǎng)期規(guī)劃和管理提供參考。某煤礦對(duì)其運(yùn)行多年的立井井筒進(jìn)行定期檢測(cè)，采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)井筒部分區(qū)域的罐梁和罐道出現(xiàn)了明顯的變形。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，礦方及時(shí)對(duì)變形部位進(jìn)行了維修和更換，避免了因罐梁、罐道變形導(dǎo)致的罐籠運(yùn)行故障，保障了礦井的正常生產(chǎn)。在災(zāi)害后井筒評(píng)估方面，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地評(píng)估井筒的受損情況，為搶險(xiǎn)救災(zāi)和恢復(fù)生產(chǎn)提供有力支持。當(dāng)?shù)V井遭受地震、洪水、滑坡等自然災(zāi)害或其他突發(fā)事件時(shí)，井筒可能會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。在災(zāi)害發(fā)生后，及時(shí)采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)井筒進(jìn)行全面評(píng)估，能夠快速確定井筒的變形和損壞程度，為制定科學(xué)合理的搶險(xiǎn)救災(zāi)方案提供依據(jù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，了解井筒的薄弱環(huán)節(jié)和潛在危險(xiǎn)，有針對(duì)性地采取加固和修復(fù)措施，加快井筒的恢復(fù)進(jìn)程，減少災(zāi)害對(duì)礦井生產(chǎn)的影響。在某地區(qū)發(fā)生地震后，該地區(qū)的一座立井井筒受到了不同程度的破壞。采用雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)井筒進(jìn)行評(píng)估后，迅速確定了井筒的受損部位和變形情況，為搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提供了關(guān)鍵信息。救援人員根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，制定了詳細(xì)的修復(fù)方案，快速對(duì)井筒進(jìn)行了加固和修復(fù)，使礦井能夠盡快恢復(fù)生產(chǎn)。隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來(lái)，該技術(shù)有望與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能化分析和處理，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)的精度和效率。通過(guò)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井筒的潛在安全隱患，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)；借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)Υ罅康谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢(shì)，為井筒的維護(hù)和管理提供更加科學(xué)的決策依據(jù)；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，提高監(jiān)測(cè)工作的便捷性和可靠性。雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)還可能在其他類似工程的變形監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用，如高層建筑、橋梁、大壩等，為保障這些工程的安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。5.2面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略盡管雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在立井井筒變形監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，且應(yīng)用前景廣闊，但在實(shí)際推廣與應(yīng)用過(guò)程中，仍然面臨著一系列的挑戰(zhàn)，需要采取有效的應(yīng)對(duì)策略加以解決。儀器設(shè)備成本高是限制雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用的重要因素之一。高精度的激光垂準(zhǔn)儀、專業(yè)的數(shù)據(jù)采集與處理設(shè)備以及相關(guān)的配套設(shè)施價(jià)格較為昂貴，這對(duì)于一些資金相對(duì)緊張的礦山企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一筆較大的投入。以某型號(hào)的高精度激光垂準(zhǔn)儀為例，其單臺(tái)價(jià)格可能高達(dá)數(shù)萬(wàn)元，加上其他輔助設(shè)備和軟件系統(tǒng)，一套完整的雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本可能在數(shù)十萬(wàn)元甚至更高。這使得部分礦山企業(yè)在考慮采用該技術(shù)時(shí)望而卻步。為降低成本，一方面，可以加強(qiáng)與儀器設(shè)備供應(yīng)商的合作，通過(guò)批量采購(gòu)、技術(shù)合作等方式爭(zhēng)取更優(yōu)惠的價(jià)格；另一方面，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)加大研發(fā)投入，研發(fā)成本更低、性能更優(yōu)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，推動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，減少對(duì)進(jìn)口設(shè)備的依賴，從而降低設(shè)備采購(gòu)成本。監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜對(duì)立井井筒變形監(jiān)測(cè)工作提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。立井井筒內(nèi)部環(huán)境惡劣，存在淋水、灰塵、瓦斯等多種不利因素。淋水可能會(huì)導(dǎo)致激光垂準(zhǔn)儀的光學(xué)部件受潮損壞，影響激光束的發(fā)射和接收；灰塵會(huì)降低激光束的傳輸質(zhì)量，增加測(cè)量誤差；瓦斯等易燃易爆氣體則對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的防爆性能提出了嚴(yán)格要求。在某些高瓦斯礦井中，監(jiān)測(cè)設(shè)備必須具備防爆功能，這增加了設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造難度，也提高了設(shè)備成本。為應(yīng)對(duì)復(fù)雜的監(jiān)測(cè)環(huán)境，需要對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行特殊的防護(hù)設(shè)計(jì)。為激光垂準(zhǔn)儀配備防水、防塵、防爆的防護(hù)罩，確保設(shè)備在惡劣環(huán)境下能夠正常運(yùn)行；采用先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，提高激光束在復(fù)雜環(huán)境中的傳輸穩(wěn)定性和抗干擾能力；定期對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)清理設(shè)備表面的灰塵和淋水，檢查設(shè)備的性能和狀態(tài)，確保設(shè)備的可靠性。技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)不足也在一定程度上制約了雙激光基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果。該技術(shù)涉及激光技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，對(duì)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求較高。然而，目前部分礦山企業(yè)的技術(shù)人員對(duì)該技術(shù)的了解和掌握程度有限，在設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)以及數(shù)據(jù)處理和分析等方面存在一定的困難。在一些礦