钻孔应力定向监测装置及方法与流程

本发明涉及一种测定岩体钻孔应力的装置及方法，特别是一种钻孔应力定向监测装置及方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，在采掘过程中会引起应力重分布产生采动应力，准确的测量采动应力的大小和方向，是选择支护方式，保证采掘安全的前提。进入21世纪，世界浅部矿产资源开采逐渐枯竭，国内外矿产资源开采逐步转向深部，千米深矿井的数量逐步增加。目前深部开采活动超前于深部开采基础理论研究，专门针对深部资源的基础理论并未建立。因此针对深部岩石力学以及采矿科学理论的创新发展迫在眉睫。随着开采深度的增加，地应力水平不断提高，水平地应力与垂直地应力的比值与浅部不同，进入深部开采后，在承受高地应力的同时，大多数巷道要经受极大的回采空间引起的强烈支承应力作用，使受采动影响的巷道围岩应力数倍、甚至近十倍于原岩应力。深部开采也会产生强烈的卸荷作用，对巷道产生强扰动，加大支护难度。目前，由于煤巷中的钻孔是使用长度较短的钻杆钻出，钻孔路径曲折，煤灰较多，传统的钻孔应力计在向内推送时，无法控制应力传感器的方向，无法准确测出指定方向的钻孔应力。因此定向监测钻孔应力意义重大，可以更好的指导支护方式，保证采掘安全。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是针对煤巷中测量钻孔应力存在的实际问题，提出的一种低成本，操作简单，钻孔应力定向监测装置及方法。

技术方案：本发明的钻孔应力定向监测装置，包括应力数据采集仪，导线，应力传感器，方向控制装置和保护壳；应力传感器通过导线与应力数据采集仪相连，方向控制装置安装在应力传感器上，保护壳安装在方向控制装置之外。

所述的方向控制装置，包括两个轴承和一个配重；将两个轴承固定在应力传感器的两端来保持应力传感器上的应力感应区在设备向钻孔内推进的过程中方向保持不变，轴承的内径应略大于应力传感器的外径，轴承内的钢珠应设有保护，在使用前应使用润滑油将其充分的润滑，避免在煤灰的影响下实效；配重为一尺寸合适的铁块，通过将配重固定在应力传感器某侧，使应力传感器上的应力感应区处在规定的方向。

所述的保护壳包括裁剪过的pvc管和钢丝网；将pvc管的环向三等分，分别在等分线位置处裁剪掉相同的宽度，端部位置部分保留，使pvc管仍为整体；再将钢丝网固定在pvc管外面完成保护壳的组装；所述的pvc管应具有一定的强度和抗扭强度，能够满足推送过程中不发生扭转，同时裁剪过的pvc管可以确保注浆时应力传感器与保护壳之间可被充分填充；

所述的应力传感器为圆柱形，前端设有尖头便于推送入钻孔，直径为40～50mm，长度为200～300mm；

所述的应力数据采集仪有4个通道，可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过usb数据储存器实时储存数据，也可通过标准信号输出接口与已有的kj煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

本发明的钻孔应力监测方法，包括如下步骤：

a.选择打钻地点，施工本煤层钻孔应力测试孔；

b.将轴承固定在应力传感器两端，充分润滑轴承滚珠；

c.将配重固定在应力传感器的某一侧，使得应力测试方向处在规定的方向，再将方向控制装置置于保护壳内；

d.将钻孔应力计放在孔口，然后挑选出端头带有卡口的安装杆，将安装杆卡口母头与应力传感器卡口公头连接，向内推进安装杆；

e.将安装杆的卡口与下一根安装杆用螺母及螺钉相连，继续向孔内送管；

f.用同样的方式连接，送管，直至将应力传感器推进至指定深度；

g.逆时针方向旋转并用力往外拔安装杆，并逐节取出安装杆，并保存好安装杆连接螺母及螺钉；

h.用水泥浆注浆封孔；

i.将数据采集仪与各管线连接起来，记下钻孔应力计出厂编号、初始读数以及安装深度。

其优点在于：

(1)通过测试方向控制装置，克服了传统应力传感器无法控制应力测试方向的弊端，进而更加有效的指导煤巷支护实践；

(2)数据采集仪采用4通道，节约了采集仪个数，降低了装置的制造成本；

(3)数据采集仪可以通过usb接口实时储存数据和通过标准信号输出接口与kj煤矿安全监测系统相连，使工作人员能够在井上即可监测钻孔应力，当数据传输出现故障时，可以调用usb实时储存的数据，不至出现监测盲区；

(4)结构简单，制造成本低，操作方便，可靠性高。

附图说明

图1是本发明钻孔应力定向监测装置的结构示意图。

图2为图1中保护壳的主视图

图中，1、数据采集仪；2、导线；3、应力传感器；4、轴承；5、配重；6、pvc管；7、钢丝网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个具体实例进行进一步描述：

实施例1：该测试装置，包括应力数据采集仪1，导线2，应力传感器3，方向控制装置和保护壳；应力传感器3通过导线2与应力数据采集仪1相连，方向控制装置安装在应力传感器3上，保护壳安装在方向控制装置之外。

所述的方向控制装置，包括两个轴承4和一个配重5；将两个轴承4固定在应力传感器3的两端来保持应力传感器3上的应力感应区在设备向钻孔内推进的过程中方向保持不变，轴承4的内径应略大于应力传感器3的外径，轴承4内的钢珠应设有保护，在使用前应使用润滑油将其充分的润滑，避免在煤灰的影响下实效；配重5为一尺寸合适的铁块，通过将配重5固定在应力传感器3某侧，使应力传感器3上的应力感应区处在规定的方向。

所述的保护壳包括裁剪过的pvc管6和钢丝网7；将pvc管6的环向三等分，分别在等分线位置处裁剪掉相同的宽度，端部位置部分保留，使pvc管6仍为整体；再将钢丝网7固定在pvc管6外面完成保护壳的组装；所述的pvc管6应具有一定的强度和抗扭强度，能够满足推送过程中不发生扭转，同时裁剪过的pvc管6可以确保注浆时应力传感器3与保护壳之间可被充分填充；

所述的应力传感器3为圆柱形，前端设有尖头便于推送入钻孔，直径为40～50mm，长度为200～300mm；

所述的应力数据采集仪1有4个通道，可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过usb数据储存器实时储存数据，也可通过标准信号输出接口与已有的kj煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

本发明的钻孔应力监测方法，包括如下步骤：

a.选择打钻地点，施工本煤层钻孔应力测试孔；

b.将轴承4固定在应力传感器3两端，充分润滑轴承滚珠；

c.将配重5固定在应力传感器3的某一侧，使得应力测试方向处在规定的方向，再将方向控制装置置于保护壳内；

d.将钻孔应力计放在孔口，然后挑选出端头带有卡口的安装杆，将安装杆卡口母头与应力传感器卡口公头连接，向内推进安装杆；

e.将安装杆的卡口与下一根安装杆用螺母及螺钉相连，继续向孔内送管；

f.用同样的方式连接，送管，直至将应力传感器推进至指定深度；

g.逆时针方向旋转并用力往外拔安装杆，并逐节取出安装杆，并保存好安装杆连接螺母及螺钉；

h.用水泥浆注浆封孔；

i.将数据采集仪4与各管线连接起来，记下钻孔应力计出厂编号、初始读数以及安装深度。

本发明的钻孔应力测试装置，主要包括应力数据采集仪1，导线2，应力传感器3，方向控制装置和保护壳。应力数据采集仪1有4个通道，可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过usb数据储存器实时储存数据，也可通过标准信号输出接口与已有的kj煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。导线2的长度应大于测试深度。应力传感器3为圆柱形，前端设有尖头便于推送入钻孔，直径为40～50mm，长度为200～300mm。方向控制装置包括两个轴承4和一个配重5。保护壳包括裁剪过的pvc管6和钢丝网7，将pvc管6的环向三等分，分别在等分线位置处裁剪掉相同的宽度，端部位置部分保留，使pvc管6仍为整体；再将钢丝网7固定在pvc管6外面完成保护壳的组装；所述的pvc管6应具有一定的强度和抗扭强度，能够满足推送过程中不发生扭转，。

本发明的钻孔应力测试方法，首先，在本煤层中施工30m的钻孔应力测试孔，与此同时将轴承4固定在应力传感器3两端，充分润滑轴承4的滚珠，将配重5固定在应力传感器3的某一侧，使得应力测试方向处在水平方向，再将保护壳固定在方向控制装置外。之后将钻孔应力计放在孔口，然后挑选出端头带有卡口的2m长每根的安装杆，将安装杆卡口母头与应力传感器3卡口公头连接，向内推进安装杆，将安装杆的卡口与下一根安装杆用螺母及螺钉相连，继续向孔内送管，用同样的方式连接，送管，共15根安装管将应力传感器推进至指定深度。之后，逆时针方向旋转并用力往外拔安装杆，并逐节取出安装杆，并保存好安装杆连接螺母及螺钉。之后，用水泥浆注浆封孔。最后，将数据采集仪1与各管线连接起来，记下钻孔应力计出厂编号、初始读数以及安装深度。