专利名称：地应力随钻测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种地应力测量装置及方法，尤其涉及一种地应力随钻 测量装置及方法。
背景技术：
在采矿工程中，经常遇到构造应力过大引起的矿压显现，因此煤层 中地应力测量是随着开拓掘进和采煤的进程而时常进行的。但目前的测 量方法是沿用岩石力学中的测量方法，即测量时首先使用钻机在待测深 度的煤层打孔，然后将钻杆拔出，将压力传感器放入所打测量孔中，再 用粘土将测量孔填实，需要等到测量孔内的压力达到平衡后，才能通过 压力传感器测量出准确的地应力，而孔内的压力达到平衡所等待的时间 通常需要很长，所以此法不但工艺复杂且费工费时。而且当需要测量不 同煤层深度的地应力时，需要分别钻出各自的测量孔。因为如果利用所 打的较浅的测量孔来继续测量的话，就需要先将原来填入的煤屑或土及 压力传感器从测量孔中取出，再用钻机在原来的基础上钻出更深的测量
孔，通常这种测量孔的深度为IO几米范围内，这样的操作十分复杂，不
便于井下实施操作。特别是在软煤层不易成孔时，该法就不能再用。因 为随着钻杆的拔出，测量孔孔壁的软煤层煤屑就会塌落在测量孔中，将 孔堵死，无法放入压力传感器而无法使用该方法来测量軟煤层的地应力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够在一个测 量孔中连续测量、测量时间短、且能够测量软煤层的地应力随钻测量装 置及方法。
为实现上述目的，本发明提供一种地应力随钻测量装置，包括钻机、 钻杆和钻头，与钻头相连的钻杆上靠近钻头的侧壁上设有压力传感器， 所述钻杆上还设有保护压力传感器的滑盖，滑盖滑开时可使压力传感器显露出来，滑盖关闭时可使压力传感器被滑盖封闭，所述滑盖通过驱动 装置来实现滑开与关闭。
进一步，所述压力传感器为两个，夹角为90° ，所述滑盖为圆拱形， 外径与钻杆外径相同，轴线与钻杆轴线平行，钻杆上具有与滑盖相配合 的滑轨，使滑盖可沿钻杆轴向滑动。
进一步，所述滑盖的驱动装置为电机驱动装置，包括电机、固定在 电机轴上的齿轮、以及与齿轮相配合的齿条，所述齿条固定在所述滑盖 内側。
进一步，所述电机为微型同步电机。 本发明还提供一种地应力随钻测量方法，包括如下步骤
1) 在井下工作面选择需要测量的位置，按照设计好的钻孔倾角、方 位、深度和孔径，用地应力随钻测量装置施工钻孑L;
2) 钻完孔后停机，使钻杆与钻机脱离，再将压力传感器直接连接信 号处理装置，然后通过滑盖驱动装置使滑盖滑开露出压力传感器；
3) 通过压力传感器测量煤层的地应力。 进一步，还包括如下步骤
4) 通过滑盖的驱动装置驱动滑盖关闭，使压力传感器与信号处理装 置的连接断开；
5) 将钻机与钻杆重新连接，继续向下一个需要测量的深度打孑L;
6) 钻完孔后停机，使钻杆与钻机脱离，再将压力传感器直接连接信 号处理装置，然后通过滑盖驱动装置使滑盖滑开露出压力传感器；
7) 通过压力传感器测量煤层的地应力。
本发明通过在钻头后附加一种装置，该装置由传感器、微型同步电 机、滑盖等部件组成，可随时停钻进行地应力测量，外设为可直接控制 和监测的集成单元，将控制操作、实时监测、数据读取和存取功能集成 一体，可方便地在井下使用，能够在一个测量孔中连续测量、测量准确 且时间短，并能够测量软煤层的地应力。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明:
4图1为本发明的一种地应力随钻测量装置的剖^L图； 图2为图1的A-A向剖;阮图； 图3为图1的B-B向剖^L图。
具体实施例方式
实施例1:
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种地应力随钻测量装置， 包括钻机(图中未示出)、钻杆2和钻头1，与钻头1相连的钻杆2上靠 近钻头1的侧壁上设有压力传感器3，钻杆2上还设有保护压力传感器3 的滑盖21，滑盖21滑开时可使压力传感器3显露出来，滑盖21关闭时 可使压力传感器3被滑盖21封闭，滑盖21通过驱动装置来实现滑开与 关闭。压力传感器3为两个，夹角为90° ,可以测量X, Y两个方向的 地应力。每个压力传感器3设有数据线31，接线端子为插头方式，方便 接线(可利用插头将带有插头的导线依次连接)。滑盖21为圆拱形，大 小应能够完全覆盖两个压力传感器，例如圆心角可以大于100° ,以便能 够将两个压力传感器3完全覆盖，外径与钻杆外径相同，轴线与钻杆2 轴线平行。钻杆2上具有与滑盖21相配合的滑轨22，使滑盖21可沿钻 杆2轴向滑动。滑盖21的驱动装置为电机驱动装置，包括固定在钻杆2 内壁上的电机4、固定在电机轴上的齿轮43、以及与齿轮相配合的齿条 42，齿条42固定在滑盖21内侧。电机4为微型同步电机。电机4设有 连接线41，接线端子为插头方式，方便接线(可利用插头将带有插头的 导线依次连接)。
使用时，将本实施例提供的地应力随钻测量装置通过钻机钻入煤层 中(可依据不同的深度选择多节钻杆)，然后连接好各种电气电路，通过 滑盖21的驱动装置将滑盖21滑开，散落的煤层就会与露出的压力传感 器3相接触，通过压力传感器3就可以测量出煤层的地应力。如需继续 测量更深的煤层的地应力，通过驱动装置将滑盖21关闭，然后再向更深 的煤层钻孔，再重复上述的测量步骤即可测量相应深度的煤层的地应力。
实施例2:
本发明实施例提供了 一种地应力随钻测量方法，包括如下步骤1) 在井下工作面选择需要测量的位置，按照设计好的钻孔倾角、方 位、深度和孔径，用实施例1所述的地应力随钻测量装置施工钻孔，此
时，保持滑盖21处于关闭状态；
2) 钻完孔后停机，使钻杆2与钻机脱离，再将压力传感器3直接连 接信号处理装置(图中未示出)，再将其他各种电路连通，然后通过滑盖 21的驱动装置使滑盖21滑开露出压力传感器3;
具体的，通过控制电机4带动齿轮43、齿条42机构来驱动滑盖21 滑开。
3) 通过压力传感器3测量煤层的地应力。 如果还要测量更深的位置的地应力，则还包括如下步骤
4) 通过滑盖21的驱动装置驱动滑盖21关闭，并使压力传感器3与 信号处理装置的连接及其他电路断开；
5) 将钻机与钻杆2重新连接，继续向下一个需要测量的深度打孔；
6) 钻完孔后停机，使钻杆2与钻机脱离，再将压力传感器3直接连 接信号处理装置，并连接其他电路，然后通过滑盖21的驱动装置使滑盖 21滑开露出压力传感器3;
7) 通过压力传感器3测量煤层的地应力。
本发明通过在钻头后附加一种装置，该装置由传感器、微型同步电 机、滑盖等部件组成，可随时停钻进行地应力测量，外设为可直接控制 和监测的集成单元，将控制操作、实时监测、数据读取和存取功能集成 一体，可方便地在井下使用，能够在一个测量孔中连续测量、测量准确 且时间短。由于采用随钻测量的方式，测量时不用将钻杆拔出，可以解 决软煤层塌陷的问题，能够有效地测量软煤层的地应力。
权利要求
1.一种地应力随钻测量装置，包括钻机、钻杆和钻头，其特征在于，与钻头相连的钻杆上靠近钻头的侧壁上设有压力传感器，所述钻杆上还设有保护压力传感器的滑盖，滑盖滑开时可使压力传感器显露出来，滑盖关闭时可使压力传感器被滑盖封闭，所述滑盖通过设置在所述钻杆内部的驱动装置来实现滑开与关闭。
2. 根据权利要求l所述的地应力随钻测量装置，其特征在于，所述压力 传感器为两个，夹角为90°,所述滑盖为圆拱形，外径与钻杆外径相 同，轴线与钻杆轴线平行，钻杆上具有与滑盖相配合的滑轨，使滑盖 可沿钻杆轴向滑动。
3. 根据权利要求l所述的地应力随钻测量装置，其特征在于，所述滑盖 的驱动装置为电机驱动装置，包括固定在钻杆内壁上的电机、固定在 电机轴上的齿轮、以及与齿轮相配合的齿条，所述齿条固定在所述滑 盖内侧。
4. 根据权利要求3所述的地应力随钻测量装置，其特征在于，所述电机 为微型同步电机。
5. —种地应力随钻测量方法，其特征在于，包括如下步骤1) 在井下工作面选择需要测量的位置，按照设计好的钻孔倾角、方 位、深度和孔径，用权利要求1所述的地应力随钻测量装置施工钻孔；2) 钻完孔后停机，使钻杆与钻机脱离，再将压力传感器直接连接信 号处理装置，然后通过滑盖驱动装置使滑盖滑开露出压力传感器；3) 通过压力传感器测量煤层的地应力。
6. 根据权利要求5所述的地应力随钻测量方法，其特征在于，还包括如 下步骤4) 通过滑盖的驱动装置驱动滑盖关闭，并使压力传感器与信号处理 装置的连接断开；5) 将钻机与钻杆重新连接，继续向下一个需要测量的深度打孔；6) 钻完孔后停机，使钻杆与钻机脱离，再将压力传感器直接连接信 号处理装置，然后通过滑盖驱动装置使滑盖滑开露出压力传感器；7) 通过压力传感器测量煤层的地应力。
全文摘要
本发明公开了一种地应力随钻测量装置，包括钻机、钻杆和钻头，与钻头相连的钻杆上靠近钻头的侧壁上设有压力传感器，钻杆上还设有保护压力传感器的滑盖，滑盖通过驱动装置来实现滑开与关闭。本发明还公开了一种地应力随钻测量方法，包括如下步骤选择需要测量的位置，用地应力随钻测量装置施工钻孔；钻完孔后停机，使钻杆与钻机脱离，再将压力传感器直接连接信号处理装置，然后通过滑盖驱动装置使滑盖滑开露出压力传感器；通过压力传感器测量煤层的地应力。本发明可随时停钻进行地应力测量，可方便地在井下使用，能够在一个测量孔中连续测量、测量准确且时间短，并能够测量软煤层的地应力。
文档编号E21B47/06GK101581219SQ200810111709
公开日2009年11月18日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者张均锋 申请人:中国科学院力学研究所