地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统及监测方法，属于煤岩体安全技术领域。
【背景技术】
[0002]地应力是存在地层中未受工程扰动的天然应力，也称初始应力、绝对应力或者原岩应力。煤矿等地下工程施工会引起原始应力的重新分布，重新分布的应力称之为次生应力、二次应力。地应力是地面和地下岩土工程设计和决策科学化的必要前提，而次生应力对于摸清地下工程施工范围应力分布状况，治理地下工程动力灾害(如岩爆、冲击地压)具有重要意义。地应力成因复杂，状态多变，是自然界多种因素综合影响的结果，主要影响因素有板块边界挤压、地球内应力、地球自转及地幔热对流等，主要组成部分为岩石自重力和构造应力。次生应力受地质条件、采掘活动的类型等因素影响，扰动规模和程度有很大的区另IJ，次生应力分布有很大的差异性，一方面会产生应力的集中；另一方面会产生应力释放，引发动力灾害事故。
[0003]在现有技术中，工程现场进行应力监测时，大都采用以压力盒为基础进行改进的钻孔应力测试装置，如目前广泛使用的液压式钻孔应力计。该类装置内部液体现场灌注较难掌握，并且灌注油管容易损坏造成应力监测失败，且该类应力监测装置安装后不能及时与煤岩体内装置安装钻孔良好耦合，装置与孔壁存在空隙，造成监测数据不准确，只能监测单向相对应力，无法实现对煤岩体三向应力状态实时监测的目的，从而无法准确判断煤岩体内来压方向与准确来压大小，从而造成无法为超前预防动力灾害提供基础数据支持。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种可以对煤岩体的三个方向的应力进行检测，对煤岩体的应力的来压方向与大小实现更精确的判断，从而提高了地下施工安全性的地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统及监测方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统，其特征在于:包括固定在煤岩体中的感应输出装置，感应输出装置中包括应力感应模块，在应力感应模块中设置有用于对煤岩体三向应力进行检测的应力检测单元，应力检测单元的输出信号由信号线引出。
[0006]优选地，所述的感应输出装置还包括外壳体，所述的应力感应模块位于外壳体内并突出于外壳体的表面设置，在外壳体中还设置有用于感应煤岩体温度的温度补偿模块，温度补偿模块对应力感应模块输出进行补偿，温度补偿模块的输出信号由信号线引出。
[0007]优选地，所述的应力感应模块包括压电陶瓷固定座，压电陶瓷固定座的顶部设置有平台，应力检测单元固定在该平台上，应力检测单元突出于感应输出装置的外壳体设置。
[0008]优选地，所述的应力检测单元包括压电传感器以及受力罩，压电传感器固定在压电陶瓷固定座顶部的平台上； 受力罩为扣装在压电传感器顶部的弧形板，其外表面突出于感应输出装置的外壳体，其内侧面顶部与压电传感器的上表面相贴合。
[0009]优选地，所述的压电传感器包括三组叠放的压电陶瓷片:X向压电陶瓷片、Y向压电陶瓷片和Z向压电陶瓷片。
[0010]优选地，所述的温度补偿模块包括温度传感器固定座以及借助温度传感器固定座固定的温度传感器，温度传感器与应力感应模块贴合。
[0011]优选地，所述的外壳体为圆柱状，在其内部的前、后两端还分别设置有定位端块和末端固定座，信号线自感应输出装置末端引出；在外壳体与煤岩体之间填充有混凝土填充。
[0012]地下煤岩体空间预埋式三向应力监测方法，其特征在于:包括应力监测流程和在应力检测流程之前进行的温度补偿流程。
[0013]优选地，所述的应力检测流程，包括如下步骤:
步骤al，确定待测煤岩体，并将感应输出装置放入开设在煤岩体的钻孔内；
步骤a2，将感应输出装置的信号线从钻孔中引出；
步骤a3，将感应输出装置的数据通过信号线引出至监控主机中；
步骤a4，由监控主机对感应输出装置输出的数据进行分析和温度补偿，对煤岩体的应力情况进行判断。
[0014]优选地，所述的温度补偿流程，包括如下步骤:
步骤bl，根据感应输出装置的工作环境，确定需要进行温度测试的若干测试温度点；步骤b2，将感应输出装置置于测试温度点下，并实时记录感应输出装置在测试温度点下的输出值；
步骤b3，判断感应输出装置在该测试温度点下的输出值是否稳定，如果稳定则执行步骤b4，不稳定则返回步骤b2 ;
步骤b4，将感应输出装置的输出值作为感应输出装置在该温度下的偏差值，并记录该偏差值所对应的测试温度点；
步骤b5，是否已完成所有测试温度点下的温度测试，如果已完成，执行步骤b6，如果尚未完成，返回步骤b2，进行下一个测试温度点的温度补偿测试；
步骤b6，将感应输出装置的所有测试温度点以及在每个测试温度点下的偏差值进行记录并形成该感应输出装置的温度-偏差值的关系表。
[0015]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是:
1、通过本地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统，可以对煤岩体的三个方向的应力进行检测，对煤岩体的应力的来压方向与大小实现更精确的判断，从而提高了地下施工的安全性。
[0016]2、通过设置温度补偿模块，可以对应力感应模块的工作温度进行实时监测，由此获知应力感应模块的工作温度，并根据事先测试得到的应力感应模块的温度-偏差值的关系表，可以将应力感应模块受到温度影响而出现的输出偏差进行排除，因此测试结果更为准确。
[0017]3、通过设置受力罩，可以将其受到的煤岩体的应力直接传递至压电传感器，同时起到了对压电传感器的保护作用。
[0018]4、通过采用压电陶瓷片作为压电传感器对煤岩体的应力进行三向检测，测量精度以及可靠性更高。
【附图说明】
[0019]图1为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统结构示意图。
[0020]图2为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统感应输出装置结构示意图。
[0021]图3为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统应力感应模块结构示意图。
[0022]图4为图3中A-A方向剖视图。
[0023]图5为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统压电传感器结构示意图。
[0024]图6为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统温度补偿模块结构示意图。
[0025]图7为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测方法流程图。
[0026]图8为地下煤岩体空间预埋式三向应力监测方法温度补偿流程图。
[0027]其中:1、煤岩体2、混凝土填充3、感应输出装置 4、安装钻孔5、信号线保护管 6、信号线 7、数据采集仪 8、工业环网9、定位端块 10、定位孔 11、温度补偿模块12、应力感应模块13、外壳体14、末端固定座15、受力罩16、压电传感器1601、X向压电陶瓷片1602、Y向压电陶瓷片1603、Z向压电陶瓷片17、压电陶瓷固定座18、填充胶20、温度传感器固定座21、粘合层22、温度传感器。
【具体实施方式】
[0028]图1~8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~8对本发明做进一步说明。
[0029]如图1所示，地下煤岩体空间预埋式三向应力监测系统，包括固定在煤岩体1内的感应输出装置3。在煤岩