一种可回收式钻孔应力监测装置及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山开采压力监测领域，具体涉及一种可回收式钻孔应力监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]矿山井下开采将迫使围岩应力由原来的空间三维分布变为二维分布，即引起围岩应力重新分布。实践表明，科学认识并掌握开采引起的应力分布及影响范围，对于冲击地压的预测及防治具有至关重要作用。因开采引起的深部围岩应力变化通常借助钻孔应力计来反映，因此，钻孔应力计的研制对于深部开采冲击地压灾害区域应力的监测具有实际意义。
[0003]发明专利“一孔多点测量的钻孔应力计”(申请号:200710120070.0)是将液压油缸与压力传感器连接，将多个钻孔应力计依次放置于安装导轨中预定位置，并用同一根总输油管并行连接所有钻孔应力计的单向阀，连同安装导轨一起送入钻孔内，保证敏感的柱塞始终垂直于水平面。达到预定位置后抽出安装导轨，往每个压力油缸中注油使柱塞升起至与钻孔顶壁接触良好后停止注油，钻孔应力计开始正常工作，实现同时在一个钻孔内多点测量位置安装并测试。该发明结构实现了一孔多点测量，减少了工作量，节省了人力、物力。但该结构作为将刚性液压油缸与压力传感器连接，由于液压油缸刚度与钻孔围岩不匹配，加上有时压力变化并不十分明显，因此很难保证及时准确监测，监测效果准确性有待进一步验证，此外，该装置虽能实线一孔多点测量，但是无法回收再利用，在大面积使用时，成本投入较高。
[0004]发明专利“柔性矿山压应力监测压力枕、监测装置及其监测方法”(申请号:201110036482.2)用柔性的压力枕代替传统的刚性压力枕，这种柔性压力枕充压后与孔壁紧密接触，在监测煤岩体压应力时，只要岩体稍微有压力，就可捕捉到，解决了读数不准确和丢失情况，以及压力枕不灵敏的问题。该发明结构可对压力变化及时捕捉，但受钻孔应力计复杂结构及现场施工难易程度影响，目前通常是一个钻孔安装一个钻孔应力计，无法实现一点多孔监测，此外，该装置虽能及时捕捉变化的压力，但是无法回收再利用，在大面积使用时，成本投入较高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的钻孔应力计监测不灵敏，施工复杂、成本高、效率低以及不可回收等问题，提出了一种可回收式钻孔应力监测装置及监测方法。
[0006]本发明采用如下技术方案:一种可回收式钻孔应力监测装置，包括钻进装置、与其输入端相连的感应装置、外部储油装置和外部存储装置；
[0007]所述钻进装置包括矿用地质钻机、与其输出端相连的钻杆和与钻杆内螺纹相连的若干根相拼接的探杆;所述探杆上等距设置有3-4个椭圆形漏孔；
[0008]所述感应装置包括在椭圆形漏孔内设置的椭圆形液压胶囊;所述探杆一侧内壁上设置有卡槽，卡槽内安装有液压千斤顶，液压千斤顶侧表面设置有防止与探杆脱离的卡凸，探杆卡槽内设置有与卡凸相对应的固定块;液压千斤顶的顶端与液压胶囊外部的螺纹套件相焊连;螺纹套件内部设置有感应液压胶囊压力的压力传感器；
[0009]所述外部储油装置包括电动油栗站和外部储油器;所述的电动油栗站通过进油管路分别与液压千斤顶和液压胶囊相连;所述液压千斤顶和液压胶囊分别通过出油回路与外部储油器相连;所述的进油管路上设置有进油控制阀，出油回路上设置有单向出油控制阀；
[0010]所述外部存储装置为具有存储记忆功能的数显应力表，数显应力表的输入端与感应装置中的钻杆、探杆和压力传感器内部的数据输出线相连。
[0011]优选方案如下:
[0012]漏孔的相邻间距为50-55cm。方便监测数据变化。
[0013]漏孔部位设置有防止液压胶囊滑脱的防脱箍。高强度橡胶皮囊作为压力传感装置，能够及时捕捉变化的压力，灵敏度高，监测效果好。
[0014]一种可回收式钻孔应力监测装置的监测方法，步骤如下:
[0015](1)组装本监测装置，矿用地质钻机将探杆送入指定钻孔深度处；
[0016](2)打开所有进油控制阀，启动电动油栗站，液压油通过液压千斤顶进油管路注入液压千斤顶，液压千斤顶带动其顶部的液压胶囊从椭圆形漏孔中顶出；同时，向液压胶囊内注入液压油后，将压力传导到压力传感器上，并通过数据输出线输出到数显应力表上显示出来;待液压胶囊从椭圆形漏孔移出后，关闭液压千斤顶进油管上的进油控制阀；同时观察外部数显应力表的数值变化，当压力传感器传导过来的压力达到设定值时，关闭电动油栗站，并同时关闭液压胶囊进油管路上的进油控制阀，进入钻孔应力监测状态，并记录数显应力表数值变化；
[0017](3)待监测结束，打开所有出油控制阀，则液压胶囊和液压千斤顶内的液压油经出油回路流入外部储油器，液压胶囊随液压千斤顶的回缩而退入探杆内，恢复原位；
[0018](4)控制矿用地质钻机，将探杆从钻孔中移出，完成回收。
[0019]优选方案如下:
[0020]步骤(2)中P。为2_3MPa。
[0021]监测结束后，可根据采煤工作面的推进，从数显应力表上显示并记录钻孔应力的变化情况，以工作面距监测钻孔距离为横坐标，钻孔应力读数为纵坐标，绘制二者关系曲线，进一步分析研究钻孔应力的变化情况。
[0022]本发明具有如下有益效果:可根据监测要求将多根探杆串联组合使用，实现一孔多点测量，减少了钻孔数量，降低了工人劳动强度，提高了探测效率。本发明不仅适用于深部矿井开采钻孔应力监测，对于浅部开采钻孔应力监测同样有效，具有可回收重复使用、监测灵敏度高、安装操作简单、效率高等优点，便于大规模推广使用。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本发明中装置整体结构示意图；
[0025]图2是本发明装置中漏孔放大示意图；
[0026]图3是本发明装置中液压千斤顶与探杆装配剖视图；
[0027]图4是本发明方法中进油管路和出油回路示意图；
[0028]图5是本发明中液压胶囊加压后与钻孔壁接触示意图；
[0029]图6是本发明实施例1中1#测站距离-应力曲线图；
[0030]图7是本发明实施例1中2#测站距离-应力曲线图；
[0031]图8是本发明实施例1中3#测站距离-应力曲线图。
[0032]图中，1-矿用地质钻机，2-钻杆，3-电动油栗站，4-探杆，5-漏孔，6-液压胶囊，7-防脱箍，8-液压千斤顶，9-卡凸，10-外部储油器，11-螺纹套件，12-压力传感器，13-数据输出线，14-数显应力表，15-液压胶囊输油管线，16-液压千斤顶输油管线，17-固定块，201、202-进油控制阀，203，204-出油控制阀。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于具体实施例。
[0034]实施例1:
[0035]待监测处的地质条件:某矿目前可采煤层为7#、8#、11-1#、12-2#煤层。具体情况如下:
[0036](1) 7#煤层位于煤系中部，直接顶多为砂质泥岩，基本顶以粉、细砂岩为主，局部含有中粗砂岩；
[0037](2)8#煤层距7#煤层间距15m左右，其老顶河北区由粉砂岩和中粗砂岩组成，向西渐变为粉、细砂互层；
[0038](3)11#煤位于煤系下部，距8#煤层间距35m左右。煤层层位稳定，结构较简单。顶板以细砂岩为主，组织致密、胶结良好、抗压强度较高，煤系地层为侏罗系大同组，煤层具有灰分低，挥发分高的特点，煤质单一，为良好的优质动力煤；11#8709工作面面长160m，煤厚2.8m左右，工作面采用走向长壁后退式全部垮落法综合机械化开采。