一种钻孔应力监测方法与流程

本发明涉及一种钻孔应力监测方法，属于矿用安全检测。

背景技术：

1、煤矿日常开采作业中，煤体的开采必然引起岩体应力场的重新分布，新的应力场分布状态对巷道及采场的稳定性有极其重要的影响，特别是对于深部开采矿井，因围岩应力场的高度集中而产生的冲击地压时有发生。冲击地压是矿山井巷和采场周围煤岩体，由于变形能的释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，本质上是大量弹性能突然释放导致的。冲击地压问题实质上就是煤岩体的应力问题，因此对于冲击地压的监测，“应力”是最为可靠的物理量。钻孔应力计作为矿井巷道围岩应力变化的监测装置在现有技术已有着非常广泛的应用，现有的钻孔应力计基本都是采用液压油枕的结构形式，通过监测地压变化对油枕的压迫监测围岩应力的变化，但现有的应力计在进行监测时，只能获得应力的变化，对于应力的来源方向无法做到准确监测，对于应力变化带来的可能事故无法做出准确的判断。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻孔应力监测方法，以解决现有技术中所提到的技术问题。

2、一种钻孔应力监测方法，包括以下步骤：

3、s1、将钻杆整体划分成多段待测短节，并在每一所述待测短节上安装应力检测单元；

4、s2、将多段所述待测短节上的所述应力检测单元分别连接至控制单元，所述控制单元控制所述应力检测单元采集相应所述待测短节在钻孔过程中钻孔围岩施加在待测短节表面的地应力，得到若干组应力检测信息，并将若干组所述应力检测信息上传至所述控制单元；

5、s3、所述控制单元将若干组所述应力检测信息分别导入钻孔应力监测模型中，绘制多组应力变化幅度曲线，其中：

6、所述钻孔应力监测模型设置有多个子模型，多个所述子模型分别与每一所述应力检测单元相对应，用于存储对应的所述应力检测单元上传的应力检测信息，并根据某一时间段内若干连续性所述应力检测信息绘制应力变化幅度曲线；

7、s4、根据多组所述应力变化幅度曲线监测所述钻孔围岩在钻孔施工过程中的应力变化情况。

8、可选地，所述s1中，所述应力检测单元包括沿所述待测短节周向均匀分布的四组应力采集模块，四组所述应力采集模块分别用于采集所述钻孔围岩沿东、西、南、北四个方向施加在所述待测短节表面的地应力。

9、可选地，所述s2中，设定监测周期，所述控制单元控制每一所述待测短节上的四个所述应力采集模块按照监测周期分别采集所述钻孔围岩沿东、西、南、北四个方向施加在所述待测短节表面的地应力，得到四组应力检测信息，并将四组所述应力检测信息转换成数字信号上传至所述控制单元，其中：

10、所述应力采集模块包括应力采集传感器和数据处理器，所述应力采集传感器用于采集钻孔围岩的地应力大小，得到所述应力检测信息，并将所述应力检测信息发送给所述数据处理器转换成数字信号上传至所述控制单元，所述数据处理器还用于接收所述控制单元下发的控制指令，并将控制指令发送给所述应力采集传感器来采集钻孔围岩的地应力大小。

11、可选地，所述s3中，所述子模型内设置有应力监测坐标系，所述应力监测坐标系为十字交叉设置的平面坐标轴，其中：

12、所述应力监测坐标系以监测周期内若干连续性测试时间节点为横坐标，且所述横坐标上的若干连续性测试时间节点的数值以所述应力监测坐标系的原点为中心对称设置；

13、所述应力监测坐标系以若干连续性钻孔围岩地应力值为纵坐标，且所述纵坐标上的若干连续性钻孔围岩地应力值以所述应力监测坐标系的原点为中心对称设置；

14、若干所述连续性测试时间节点的数值和若干所述连续性钻孔围岩地应力值分别自原点沿轴线方向依次递增，形成四个子坐标系分别绘制四个不同监测方向的应力变化幅度曲线。

15、可选地，所述s3中，将同一所述待测短节上采集到的四组所述应力检测信息分别导入对应的所述子模型中，并在所述子模型的四个所述子坐标系上分别绘制对应的应力变化幅度曲线。

16、可选地，所述s4中，根据多个所述子模型中同一所述子坐标系上的应力变化幅度曲线中相同测试时间节点的钻孔围岩地应力值，来监测多段所述待测短节沿同一监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，并根据多段所述待测短节沿同一监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，来分析所述待测短节位于不同钻孔孔深处的钻孔围岩的地应力分布情况；

17、根据每一所述子模型中四个子坐标系上的应力变化幅度曲线中相同测试时间节点的钻孔围岩地应力值，来监测相应所述待测短节沿不同监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，并根据所述待测短节沿不同监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，来分析所述待测短节四周的钻孔围岩的地应力分布情况。

18、可选地，设定所述钻孔围岩的地应力报警阈值，并通过所述控制单元控制所述应力检测单元实时获取相应待测短节上的应力检测信息，再根据所述钻孔围岩的地应力报警阈值与所述应力检测信息中地应力的当前检测值，判断相应待测短节上钻孔围岩的地应力是否接近所述待测短节的承压范围，其中：

19、若所述钻孔围岩的地应力报警阈值大于或等于所述应力检测信息中地应力的当前检测值，则所述待测短节上钻孔围岩的地应力接近所述待测短节的承压范围，所述控制单元发出报警信息及时提示施工人员，直至施工人员消除报警信息后，所述控制单元控制所述应力检测单元按照监测周期持续性获取相应待测短节上的应力检测信息；

20、若所述钻孔围岩的地应力报警阈值小于所述应力检测信息中地应力的当前检测值，则所述待测短节上钻孔围岩的地应力低于所述待测短节的承压范围，所述控制单元控制所述应力检测单元按照监测周期持续性获取相应待测短节上的应力检测信息。

21、可选地，所述控制单元以时间作为参照轴，依次将记录的报警信息所确定的时间输入至判断模块，得到一个以时间为参照的报警频率，通过报警频率之间的间隔值来确定报警信息之间的间隔时间是趋于发散还是趋于集中，其中：

22、若报警信息之间的间隔时间是趋于发散，则说明钻孔围岩的当前地应力触发报警信息是由于钻杆在钻进过程中，因地层地质过硬导致钻头振动所引发的暂时性地应力集中，通过施工人员消除报警信息，避免出现误判断；

23、若报警信息之间的间隔时间是趋于集中，则说明钻孔围岩的地应力持续朝向钻孔内部集中，需要暂停钻进施工，对钻孔附近做出相应的支护措施。

24、本发明能产生的有益效果包括：

25、本发明所提供的钻孔应力监测方法，为了对钻孔围岩的地应力的来源方向做到精准监测，通过沿待测短节周向均匀分布的四组应力采集模块分别采集钻孔围岩沿东、西、南、北四个方向施加在待测短节表面的地应力，并绘制应力变化幅度曲线，从而通过应力变化幅度曲线监测钻杆四周的地应力大小，以及通过应力变化幅度曲线的走向来实时观测钻孔围岩的地应力变化情况，从而对钻孔围岩的地应力发生变化所带来的可能事故进行预测判断，降低钻孔施工过程中所造成的安全隐患。

技术特征：

1.一种钻孔应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述s1中，所述应力检测单元包括沿所述待测短节周向均匀分布的四组应力采集模块，四组所述应力采集模块分别用于采集所述钻孔围岩沿东、西、南、北四个方向施加在所述待测短节表面的地应力。

3.根据权利要求2所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述s2中，设定监测周期，所述控制单元控制每一所述待测短节上的四个所述应力采集模块按照监测周期分别采集所述钻孔围岩沿东、西、南、北四个方向施加在所述待测短节表面的地应力，得到四组应力检测信息，并将四组所述应力检测信息转换成数字信号上传至所述控制单元，其中：

4.根据权利要求1所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述s3中，所述子模型内设置有应力监测坐标系，所述应力监测坐标系为十字交叉设置的平面坐标轴，其中：

5.根据权利要求4所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述s3中，将同一所述待测短节上采集到的四组所述应力检测信息分别导入对应的所述子模型中，并在所述子模型的四个所述子坐标系上分别绘制对应的应力变化幅度曲线。

6.根据权利要求5所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述s4中，根据多个所述子模型中同一所述子坐标系上的应力变化幅度曲线中相同测试时间节点的钻孔围岩地应力值，来监测多段所述待测短节沿同一监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，并根据多段所述待测短节沿同一监测方向上的钻孔围岩的地应力大小，来分析所述待测短节位于不同钻孔孔深处的钻孔围岩的地应力分布情况；

7.根据权利要求1所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，设定所述钻孔围岩的地应力报警阈值，并通过所述控制单元控制所述应力检测单元实时获取相应待测短节上的应力检测信息，再根据所述钻孔围岩的地应力报警阈值与所述应力检测信息中地应力的当前检测值，判断相应待测短节上钻孔围岩的地应力是否接近所述待测短节的承压范围，其中：

8.根据权利要求7所述的一种钻孔应力监测方法，其特征在于，所述控制单元以时间作为参照轴，依次将记录的报警信息所确定的时间输入至判断模块，得到一个以时间为参照的报警频率，通过报警频率之间的间隔值来确定报警信息之间的间隔时间是趋于发散还是趋于集中，其中：

技术总结
本发明公开了一种钻孔应力监测方法，属于矿用安全检测技术领域，包括以下步骤：将钻杆整体划分成多段待测短节，并在每一待测短节上安装应力检测单元，通过控制单元控制应力检测单元采集相应待测短节在钻孔过程中钻孔围岩施加在待测短节表面的地应力，得到若干组应力检测信息并上传至控制单元，控制单元将若干组应力检测信息分别导入钻孔应力监测模型中，绘制多组应力变化幅度曲线，根据多组应力变化幅度曲线监测钻孔围岩在钻孔施工过程中的应力变化情况，从而通过应力变化幅度曲线的走向来实时观测钻孔围岩的地应力变化情况，对钻孔围岩的地应力发生变化所带来的可能事故进行预测判断，降低钻孔施工过程中所造成的安全隐患。

技术研发人员：王安顺,李春华,刘勇,罗永刚,侯志凯,琚国胜,张鹏,王军,时圣文
受保护的技术使用者：山西忻州神达望田煤业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1