液压传力式钻孔应力计仪表及使用操作方法
【专利摘要】本发明公开了一种液压传力式钻孔应力计仪表及使用操作方法，它包括应力传感器和二次仪表，二次仪表接收应力传感器的信号，它还包括布置在孔内的柔性承压密封胶囊和布置在孔外的注液连接阀；通过手动液体压力泵向钻孔内的柔性承压密封胶囊注入一定压力的乳化液，当围岩变化时，乳化液压力发生变化，通过高压胶管将压力传递到应力传感器上，实现对采煤工作面前方和顺槽钻孔周围围岩应力场的范围大小及其动态变化过程进行主动承压的实时监测。
【专利说明】液压传力式钻孔应力计仪表及使用操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿用安全监测设备。
【背景技术】
[0002]在煤矿生产现场，随着采煤工作面的推进，在工作面前方和顺槽外侧一定范围内，存在动态变化的应力场，这已在生产实践中得到证实。从理论上，应力场的范围和应力的大小可以通过力学手段分析得到。目前的动态变化的应力场是用钻孔应力计检测的。钻孔应力计的结构是，在钻孔中布置应力传感器，在钻孔外布置二次仪表，二次仪表接收应力传感器的信号后，进行数据存储或进一步处理，得到应力场的变化数据。
[0003]由于现有的应力传感器大都是电阻应变式或振弦弦式，在钻孔中基本上属于点接触，只接收一个方向的压力，安装时无法保证方向的正确性，而且应力传感器与钻孔接触不密实，只能等钻孔塌孔后才能感应到压力的变化，无法监测到钻孔煤壁应力从弹性到塑性的变化过程，只有围岩变形一定程度后才能起作用，被动接收围岩对其的压力，无法主动监测围岩的应力变化。所以监测结果只有定性参考价值，无法得到应力场和应力的动态变化过程，难以为采场矿压预测预报、巷道布置、工作面支护设计、无煤柱开采等提供准确的决策依据。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种煤矿用液压传力式钻孔应力计仪表，以及提供一种该仪表的使用操作方法，实现对采煤工作面前方和顺槽钻孔周围围岩应力场的范围大小及其动态变化过程进行主动承压的实时监测。
[0005]其技术方案如下:
[0006]—种液压传力式钻孔应力计仪表，它包括应力传感器和二次仪表，二次仪表接收应力传感器的信号，其特征在于，它还包括布置在孔内的柔性承压密封胶囊和布置在孔外的注液连接阀；所述的柔性承压密封胶囊是一个带有钢丝层的能承受40MPa以上压力的胶囊，胶囊的直径能装入钻孔中，胶囊的前端设计为锥形头，胶囊的后端设有快速接头；所述的注液连接阀是一个三通阀，一端为注液口，另一端为两个出液口，在注液口上设有锥形阀；柔性承压密封胶囊通过高压胶管与注液连接阀的一个出液口接通，应力传感器再安装在注液连接阀的另一个出液口上；注液连接阀的注液口上连接上手动液体压力泵，通过手动液体压力泵向钻孔内的柔性承压密封胶囊注入一定压力的乳化液，使承压密封胶囊鼓起后与钻孔壁耦合；当围岩变化时，乳化液压力发生变化，通过高压胶管将压力传递到应力传感器上。
[0007]本发明的使用操作方法:
[0008]一、根据煤矿的实际地理地质条件以及工作面的设计参数，制定监测方案，确定在工作面顺槽中的钻孔位置和钻孔深度；按照钻孔位置和钻孔深度施工钻孔；
[0009]二、根据钻孔深度，选择相应长度的高压胶管，高压胶管连接在柔性承压密封胶囊的快速接头上，然后用安装杆将柔性承压密封胶囊推入钻孔的底部；
[0010]三、在孔外布置二次仪表和注液连接阀，将应力传感器导线连接二次仪表，并将应力传感器安装在注液连接阀的一个出液口上，把高压胶管另一端连接在注液连接阀的另一出液口上，再将手动液体压力泵连接在注液连接阀的注液口上；
[0011]四、用手动液体压力泵向钻孔柔性承压密封胶囊内注入乳化液，当二次仪表的压力显示到5Mpa时停止注液，使柔性承压密封胶囊充分与钻孔的孔壁耦合，等压力稳定后拧紧锥形阀，取下手动液体压力泵，仪表进入工作状态；
[0012]五、在采煤过程中，随着采煤工作面的推进，工作面前方和顺槽外侧的应力场发生动态变化，应力传感器根据压力变化状态产生变化信号，二次仪表接收应力传感器的变化信号后，进行数据存储或进一步处理，通过通信设备将数据上传至上位机，由上位机实时监测应力场的动态变化情况。
[0013]本发明的积极效果是:柔性承压密封胶囊承压大，在钻孔围岩挤压时不会破裂失效。柔性承压密封胶囊具有一定柔性，能与钻孔的孔壁充分耦合，只要围岩稍微发生变化，柔性承压密封胶囊内的乳化液就会传递压力，应力传感器就有变化信号产生，就能采集到围岩应力场的范围大小及其动态变化全过程。而且采集到的围岩应力无方向性，并以线性的压力传递；可为采场的来压预测预报、巷道布置、工作面超前支护设计、无煤柱开采等提供决策依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的示意图；
[0015]图2是柔性承压密封胶囊的构造图。
[0016]图例说明，1-柔性承压密封胶囊，2-快速接头，3-高压胶管，4-应力传感器，5-第一出液口，6-注液连接阀，7-手动液体压力泵，8-锥形阀，9- 二次仪表，I O-橡胶内层，11-钢丝层，12-橡胶外层。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，一种液压传力式钻孔应力计仪表，它包括应力传感器4和二次仪表9，二次仪表9接收应力传感器4的信号；它还包括布置在钻孔内的柔性承压密封胶囊I和布置在孔外的注液连接阀6 ;所述的柔性承压密封胶囊I的构造如图2所示，它由橡胶内层10、橡胶外层12和内部的钢丝层11组成，柔性承压密封胶囊I能承受40MP以上的压力，设计的直径能装入钻孔中，前端设计为锥形头，后端设有快速接头2 ;所述的注液连接阀6是一个三通阀，第一个通口为注液口，另两个出口为出液口，在注液口上设有锥形阀8 ;柔性承压密封胶囊I通过高压胶管3与注液连接阀6的第一出液口 5接通，应力传感器4再安装在注液连接阀6的第二出液口上；注液连接阀的锥形阀8上连接有手动液体压力泵7，通过手动液体压力泵7向钻孔内的承压密封胶囊I注入一定压力的乳化液，使柔性承压密封胶囊I鼓起后与钻孔壁耦合；当围岩变化时，乳化液压力发生变化，通过高压胶管3将压力传递到应力传感器4上。
[0018]根据图1进一步说明本发明的使用操作方法:
[0019]一、根据煤矿的实际地理地质条件以及工作面的设计参数，制定监测方案，确定在工作面顺槽中的钻孔位置和钻孔深度；按照钻孔位置和钻孔深度施工钻孔；
[0020]二、根据钻孔深度，选择相应长度的高压胶管3，高压胶管3连接在柔性承压密封胶囊I的快速接头2上，然后用安装杆将柔性承压密封胶囊I推入钻孔的底部。
[0021]三、在孔外布置好二次仪表9，将应力传感器4导线连接二次仪表9，并安装在注液连接阀6的第二出液口上，把高压胶管3连接在注液连接阀6的第一出液口 5上，将手动液体压力泵7连接在注液连接阀6的锥形阀8上。
[0022]四、用手动液体压力泵7向柔性承压密封胶囊I注入乳化液，当二次仪表9的压力显示到5Mpa时停止注液，使柔性承压密封胶囊I充分与钻孔的孔壁耦合，等压力稳定后拧紧锥形阀8，取下手动液体压力泵7，仪表进入正常工作。
[0023]五、在采煤过程中，随着采煤工作面的推进，工作面前方和顺槽外侧的应力场发生动态变化，应力传感器4根据压力变化状态产生变化信号，二次仪表9接收应力传感器4的变化信号后，进行数据存储或进一步处理，通过通信设备将数据上传至上位机，由上位机实时监测应力场的动态变化情况。
【权利要求】
1.一种液压传力式钻孔应力计仪表，它包括应力传感器和二次仪表，二次仪表接收应力传感器的信号，其特征在于，它还包括布置在孔内的柔性承压密封胶囊和布置在孔外的注液连接阀；所述的柔性承压密封胶囊是一个带有钢丝层的能承受40MPa以上的胶囊，胶囊的直径能装入钻孔中，胶囊的前端设计为锥形头，胶囊的后端设有快速接头；所述的注液连接阀是一个三通阀，一端为注液口，另一端为两个出液口，在注液口上设有锥形阀；柔性承压密封胶囊通过高压胶管与注液连接阀的一个出液口接通，应力传感器再安装在注液连接阀的另一个出液口上；注液连接阀的注液口上连接上手动液体压力泵，通过手动液体压力泵向钻孔内的柔性承压密封胶囊注入乳化液，使承压密封胶囊鼓起后与钻孔壁耦合；当围岩变化时，乳化液压力发生变化，通过高压胶管将压力传递到应力传感器上。
2.一种如权利要求1所述的液压传力式钻孔应力计仪表的使用操作方法，其特征在于: 第一步:根据煤矿的实际地理地质条件以及工作面的设计参数，制定监测方案，确定在工作面顺槽中的钻孔位置和钻孔深度；按照钻孔位置和钻孔深度施工钻孔； 第二步:根据钻孔深度，选择相应长度的高压胶管，高压胶管连接在柔性承压密封胶囊的快速接头上，然后用安装杆将柔性承压密封胶囊推入钻孔的底部； 第三步:在孔外布置二次仪表和注液连接阀，将应力传感器导线连接二次仪表，并将应力传感器安装在注液连接阀的一个出液口上，把高压胶管另一端连接在注液连接阀的另一出液口上，再将手动液体压力泵连接在注液连接阀的注液口上； 第四步:用手动液体压力泵向钻孔柔性承压密封胶囊内注入乳化液，当二次仪表的压力显示到5Mpa时停止注液，使柔性承压密封胶囊充分与钻孔的孔壁耦合，等压力稳定后拧紧锥形阀，取下手动液体压力泵，仪表进入工作状态； 第五步:在采煤过程中，随着采煤工作面的推进，工作面前方和顺槽外侧的应力场发生动态变化，应力传感器根据压力变化状态产生变化信号，二次仪表接收应力传感器的变化信号后，进行数据存储或进一步处理，通过通信设备将数据上传至上位机，由上位机实时监测应力场的动态变化情况。
【文档编号】G01L1/00GK104502002SQ201410840366
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】赵传凯, 张海涛, 郑梅, 范炜琳, 秦广鹏, 王伟峰 申请人:山东华硕能源科技有限公司