一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置和方法与流程

本发明涉及应力监测，尤其涉及一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置和方法。

背景技术：

1、应力监测装置主要应用于煤矿井下煤体或岩体的应力监测，例如监测工作面前方煤体超前支承压力，预留煤柱的支承压力等。应力监测装置用于测量因采动影响煤体或岩体内部应力场的变化，是研究采场动压作用规律的重要手段之一，也可用于矿井冲击地压的预测和趋势分析。随着煤矿对矿山压力监测与控制的重视，以及矿山压力问题日趋凸显，应力监测设备已经成为煤矿矿山压力监测与研究的必备手段。

2、目前常见的应力监测设备主要采用油压枕+应力传感器的分体式结构。油压枕放置在提前施工好的钻孔中，然后向油压枕注油，给油压枕施加一定的压力，使油压枕固定在钻孔中，然后固定安装好应力传感器等配套设备即可。当煤岩体受应力作用产生破坏变形时，煤岩体会挤压油压枕，使油管中的油压发生变化，继而使应力传感器中的应变计发生形变。应变计将变形量转换成电压信号，并由变送器转换为通讯信号与上级设备通讯，上级设备将电信号转换为压力信号就完成了煤岩体应力的测量。

3、目前常见的应力监测设备主要采用油压枕+应力传感器的分体式结构，受油压枕设计结构的约束，只能测量煤体或岩体垂直方向上的载荷应力，无法测量其他方向的载荷，测量到的信息较为单一。另外，由于油管在钻孔中容易产生弯折，影响油压，就会对测量结果产生影响。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置和方法，旨在解决传统应力监测设备测量方向单一、测量准确度不足的问题。

2、为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置，包括：

3、高压胶管油囊和金属圆管；其中，所述高压胶管油囊套置于所述金属圆管外壁；

4、所述高压胶管油囊两端分别设置金属接头；所述金属圆管内壁一端配合金属接头，设置一金属堵头；

5、设置一注油泵，通过注油管连接至所述高压胶管油囊，以向所述高压胶管油囊内注油；设置若干电涡流传感器，所述电涡流传感器的探头从所述金属油管内壁穿入所述高压胶管油囊内，电涡流传感器探头通过通讯线缆连接至显示器；

6、所述高压胶管油囊内设置若干金属片，每一金属片正对一电涡流传感器探头设置。

7、其中，在高压胶管油囊内部，贴有六个金属片，对应均匀分布安装在金属圆管上的六个电涡流传感器探头，通过六根通讯线缆外接到显示器上。

8、其中，注油管通过一阀门进行通断控制，用于控制注油泵的开关，实现注油功能。

9、本发明的第二个目的在于提出一种基于电涡流传感器的三向应力监测方法，包括：

10、将高压胶管油囊、金属圆管、金属接头和金属堵头组成的三向应力监测装置推送至钻孔内部指定位置；

11、推送到位后，通过注油泵向高压胶管油囊内注油，当高压胶管油囊的油压达到设定值时停止注油，以使高压胶管油囊与钻孔孔壁紧密贴合；

12、当高压胶管油囊的油压达到设定值时，安装在金属圆管上的电涡流传感器探头与粘贴在高压胶管油囊的金属片的距离为初始值；

13、当煤岩体受力产生形变时，高压胶管油囊受到挤压发生形变，使得电涡流传感器探头与金属片之间的距离产生变化；通过读取显示器上的距离数据，通过计算得出煤岩体受到的载荷应力值。

14、区别于现有技术，本发明提供的基于电涡流传感器的三向应力监测装置，在金属支圆管内均匀分布了三组共6个电涡流传感器，可以测量3个不同方向煤岩体的载荷应力，从而解决了传统监测设备只能测量煤岩体垂直方向上的载荷应力这一问题。既增加了数据的准确性，又丰富了测量数据，可以更好的监测煤岩体各个方向载荷应力的变化；采用传感器与油囊一体式结构设计，传感器可以直接测量对应位置钻孔处煤岩体的载荷应力。相较于传统监测设备的分体式结构，传感器受到的影响更小，测量误差更小，测量结果更准确。

技术特征：

1.一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的三向应力监测装置，其特征在于，在高压胶管油囊内部，贴有六个金属片，对应均匀分布安装在金属圆管上的六个电涡流传感器探头，通过六根通讯线缆外接到显示器上。

3.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的三向应力监测装置，其特征在于，所述注油管通过一阀门进行通断控制，用于控制注油泵的开关，实现注油功能。

4.一种基于电涡流传感器的三向应力监测方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的基于电涡流传感器的三向应力监测方法，其特征在于，当高压胶管油囊的油压达到设定值时，安装在金属圆管上的电涡流传感器探头与粘贴在高压胶管油囊的金属片的距离为初始值；监测装置启动后，电涡流传感器探头产生交变磁场，使金属片产生电涡流，金属片产生的电涡流影响电涡流传感器探头的阻抗，测得电涡流传感器探头与金属片之间的距离。

6.根据权利要求4所述的基于电涡流传感器的三向应力监测方法，其特征在于，监测结束后，关闭显示器，将通讯电缆拆掉；开启阀门，将高压胶管油囊里油排出，从钻孔中抽出三向应力监测装置；可将显示器带到地面，与计算机连接，并通过软件计算分析三向应力随巷道围岩活动的变化规律。

技术总结
本发明提出一种基于电涡流传感器的三向应力监测装置和方法，在金属支圆管内均匀分布了三组共6个电涡流传感器，可以测量3个不同方向煤岩体的载荷应力，从而解决了传统监测设备只能测量煤岩体垂直方向上的载荷应力这一问题。既增加了数据的准确性，又丰富了测量数据，可以更好的监测煤岩体各个方向载荷应力的变化；采用传感器与油囊一体式结构设计，传感器可以直接测量对应位置钻孔处煤岩体的载荷应力。相较于传统监测设备的分体式结构，传感器受到的影响更小，测量误差更小，测量结果更准确。

技术研发人员：赵善坤,吕坤,赵斌,王寅,玄忠堂,苏振国,任伟光,赵阳,蒋军军,张广辉,侯煜坤
受保护的技术使用者：煤炭科学技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13