间隙式围岩特性曲线探头的制作方法

专利名称:间隙式围岩特性曲线探头的制作方法
本实用新型属于一种在岩石力学方面对软岩进行测定围岩特性曲线专用的装置。
围岩特性曲线是巷道周边径向位移U与径向支护反力P之间的关系曲线，亦称P－U曲线。P－U曲线具有相当广泛的使用价值，尤其是在指导巷道支护设计方面更为人们所重视。但是，直到目前为止P－U曲线的实际使用还是极少。原因在于围岩特性曲线主要来自于理论推导与假设，而且理论推导的p－u曲线表达式涉及软岩参数比较多，实际上无法定量使用，而且与实际误差较大。因此，利用专门的装置在围岩中实际测定出P－U曲线，并使该曲线更为符合实际，是人们所盼望的。
基于上述的情况，本实用新型的发明目的在于提供一种在一定刚度的支护层下感受围岩变形与压力的探头，由此直接读出作围岩特性曲线所需的数据。
为了实现上述的目的，本实用新型提供了一种间隙式围岩特性曲线探头。用于测定软岩的围岩特性曲线专用的探头由壳体及设置在壳体内的位移传感器组成；其特征在于壳体为由三节或三节以上外直径各异的筒体组成，各节筒体的轴线呈同一直线，而且每一节筒体中均设置位移传感器。
本实用新型按照上述的间隙式围岩特性曲线探头，结合附图予以详尽的说明。
附图1为设置在围岩钻孔里的间隙式围岩特性曲线探头示意图。
附图2为本实用新型所提供的实施例之一的间隙式围岩特性曲线探头结构示意图。
按照附图1所示，间隙式围岩特性曲线探头其外壳由三节不同直径的筒体(1)、筒体(2)、筒体(3)组成，三节筒体的轴线呈同一条直线。各节筒体中最大外直径的筒体要与钻孔的大小相匹配，使最大外直径的筒体外壁与钻孔的内壁紧密接触。如筒体(1)的外直径与钻孔的直径相同。在每一节筒体中均设置位移传感器，如筒体(1)中设置位移传感器(4)、筒体(2)中设置位移传感器(5)、筒体(3)中设置位移传感器(6)。在围岩钻孔里埋设的间隙式围岩特性曲线探头，随着围岩的变形，探头的筒体随之感受围岩的压力和变形；而每一节筒体中的位移传感器随之感受筒体的变形，并且该位移传感器将变形转换成电讯号可在电阻应变仪等仪器上以微应变形式显示出来。根据所得出的数据按岩石力学及弹性力学方面的理论公式可得出每一节筒体上所要得的一组P、U数据。有了三组或三组以上P、U数据就可作出P－U曲线。按照上述的探头在钻孔中所感受的围岩变形与压力而作出P－U曲线的原理如下述曲线所示
图中R1，R2，R3曲线分别为筒体(1)、筒体(2)、筒体(3)的特性曲线，L曲线为某一时刻的围岩特性曲线。当探头被埋设在钻孔后，探头的筒体支护围岩，待某一时刻筒体的支护力与围岩的压力趋于平衡时可以得出钻孔周边径向位移与径向支护反力，因而每一节筒体在某一时刻均有一组P、U值，可以在P－U坐标上作出A、B、C三点，从而作出L曲线。由此可见，间隙式围岩特性曲线探头其外壳可以为三节或三节以上的不同直径的筒体组成。由于探头长期被埋设在钻孔里，探头的材质宜采用有一定弹性模量的防腐材料，且探头的壳体宜采用包体式以防杂质进入筒体使传感器失灵。每一节筒体内的位移传感器最好设置在筒体的中间处，尽量避免刚度变异影响。
本实用新型按照上述的间隙式围岩特性曲线探头，具有结构简单、使用方便等特点。在实际使用时，将该探头埋设在围岩的钻孔里并从传感器引出的电缆接通到电阻应变仪上即可。若现场条件许可，将探头可直接与单板机相配套使用。由于本实用新型可以直接在围岩巷道的钻孔进行测试，因而比理论推导而得的P－U曲线更为实际，而且其测试手段极简便。因此，本实用新型在采矿、矿山、水电、铁道、土建等工程领域凡涉及软岩的围岩特性曲线的测定具有广泛的使用价值。
本实用新型的实施例之一。
按照附图2所示，间隙式围岩特性曲线探头其壳体由后端件(7)、筒体(8)、筒体(9)、筒体(10)及前端件(11)组成包体结构；每一节筒体的中间设置两个互相垂直方向的电阻应变片式位移传感器，即位移传感器(13)设置在筒体(8)中，位移传感器(14)设置在筒体(9)中，位移传感器(15)设置在筒体(10)中。每一个位移传感器上的电缆(12)由后端件(7)固定引出。该探头的壳体均由弹性模量为6.03×103PM的环氧树脂制成，前端件及后端件与筒体用环氧胶粘结，使壳体形成封闭结构。每一节筒体的长度均为200mm，内径均为44mm。筒体(8)的外径为56mm，筒体(9)的外径为54mm，筒体(10)的外径为52mm。按照本实施例所提供的间隙围岩特性曲线探头，在平庄矿务局红庙矿二号井距地表8.0m深处进行了测试。把该探头设置于钻孔的直径为56mm、孔深为5.6m深处，探头的电缆接通到静态电阻应变仪上。经过不同时刻的测定，可作出下列围岩特性曲线(簇)
图中S1、S2、S3曲线分别为筒体(8)、筒体(9)、筒体(10)的特性曲线，T代表时间。当T＝∞时围岩特性曲线趋一条直线。
权利要求
用于测定软岩的围岩特性曲线所专用的一种间隙式围岩特性曲线探头由壳体及设置在壳体内的位移传感器组成；其特征在于壳体为由三节或三节以上外直径各异的筒体组成，各节筒体的轴线呈同一直线，而且每一节筒体中均设置位移传感器。
专利摘要
一种测定软岩的围岩特性曲线所专用的间隙式围岩特性曲线探头。该探头由壳体及设置在壳体内的传感器组成；壳体为由外直径各异的三节或三节以上的筒体组成，而且每一节筒体中均设有位移传感器。该探头可直接设置在围岩巷道的钻孔里进行测试，并且由此而作出的围岩特性曲线比以往的理论推导更符合实际。本实用新型具有结构简单、使用方便等特点。
文档编号G01D5/12GK87200563SQ87200563
公开日1988年1月13日 申请日期1987年1月20日
发明者郑雨天, 朱华满 申请人:东北工学院