煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置，裝置包括三通閥、壓力表、高壓油泵、缸體壓力感應(yīng)器，缸體壓力感應(yīng)器上設(shè)有三個(gè)活塞感應(yīng)片，三個(gè)活塞感應(yīng)片分別接有各自的活塞缸，與各活塞缸相連的高壓油管外端分別經(jīng)三通閥連接壓力表或與數(shù)據(jù)采集儀相連的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和高壓油泵。在鉆孔中布置缸體壓力感應(yīng)器后，通過(guò)注入油液使其承壓，活塞感應(yīng)片能夠自適應(yīng)與煤巖體良好耦合，監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部上述三個(gè)方向的應(yīng)力大小及變化。在原巖體以及破碎的煤巖體中均可進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置可廣泛應(yīng)用于礦山、土木、水利、道路、隧道和地下工程的地應(yīng)力測(cè)試和圍巖穩(wěn)定性分析等方面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤巖體應(yīng)力監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種適用于礦山的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置，也可用于土木、水利、道路、隧道和地下工程的地應(yīng)力測(cè)試和圍巖穩(wěn)定性分析。
【背景技術(shù)】
[0002]存在于地層中未受工程擾動(dòng)的天然應(yīng)力稱(chēng)為原巖應(yīng)力，也稱(chēng)初始應(yīng)力或地應(yīng)力。它主要包括由上覆巖層自重引起的自重應(yīng)力和由地質(zhì)構(gòu)造作用引起的構(gòu)造應(yīng)力。自重應(yīng)力σ ν=ΥΖ, Y為上覆煤巖層比重，Z為垂直深度。構(gòu)造應(yīng)力可分為現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造殘余應(yīng)力。地應(yīng)力大小是煤礦開(kāi)采、支護(hù)設(shè)計(jì)、沖擊地壓以及煤與瓦斯突出等災(zāi)害預(yù)防的基礎(chǔ)參數(shù)，測(cè)試及評(píng)估煤巖體應(yīng)力是礦壓觀測(cè)的主要內(nèi)容，也是引起采礦工程圍巖、水利水電、鐵道、公路以及巖土開(kāi)挖工程變形甚至破壞的根本作用力。對(duì)地應(yīng)力的準(zhǔn)確測(cè)量是地面和地下巖土工程穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)巖土工程相關(guān)設(shè)計(jì)和科學(xué)決策的必要前提。
[0003]采動(dòng)應(yīng)力是指由采動(dòng)引起的，作用于煤巖體和支護(hù)物上的力。在煤炭等資源井下開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采活動(dòng)破壞了煤巖原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起采動(dòng)空間周?chē)膽?yīng)力重新分布，形成“三帶”分布；在采場(chǎng)和回采巷道周?chē)捎趪鷰r應(yīng)力的作用促使圍巖發(fā)生變形、移動(dòng)和破壞，可能出現(xiàn)頂板冒落與來(lái)壓、頂?shù)装逡平?、支架受載下縮、折損等礦壓現(xiàn)象，也可能出現(xiàn)煤與瓦斯突出、突水、沖擊地壓等動(dòng)力現(xiàn)象。因此，采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)是解決受采動(dòng)影響的巷道礦壓控制、開(kāi)采程序設(shè)計(jì)、巷道維護(hù)、沖擊地壓和煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)和防治等重大技術(shù)問(wèn)題的決策依據(jù)。
[0004]煤巖體內(nèi)部受力狀態(tài)是整體平衡，互相耦合的，但是不同方向上的應(yīng)力大小各不相同，存在最大主應(yīng)力、中主應(yīng)力以及最小應(yīng)力的差別。過(guò)去的應(yīng)力測(cè)量主要側(cè)重于單向應(yīng)力或者平均應(yīng)力，沒(méi)能對(duì)煤巖體內(nèi)部某一特定方向的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，也未實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖體內(nèi)部雙向或三個(gè)方向上的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這對(duì)于揭示煤巖體內(nèi)部應(yīng)力分布規(guī)律是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。相比而言，雙向或三向的應(yīng)力監(jiān)測(cè)更貼近于工程實(shí)際，對(duì)煤巖體內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行定向、多向監(jiān)測(cè)對(duì)于揭示應(yīng)力分布規(guī)律、確定動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生危險(xiǎn)性以及煤巖動(dòng)力災(zāi)害防治具有重要的實(shí)際意義和參考價(jià)值。
[0005]地應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力的測(cè)試是非常復(fù)雜的工程。目前，工程中用于監(jiān)測(cè)煤巖體應(yīng)力的設(shè)備儀器種類(lèi)繁多，但真正適合煤礦井下生產(chǎn)條件，能夠在構(gòu)造作用區(qū)或受采動(dòng)影響區(qū)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤巖體應(yīng)力及其變化的測(cè)試裝置及方法卻較少。當(dāng)前工程實(shí)踐中的煤巖體應(yīng)力狀態(tài)測(cè)試方法或裝置有多種，如I) 36-2鉆孔變形計(jì)，它通過(guò)測(cè)定鉆孔橫截面內(nèi)原巖應(yīng)力解除前后孔徑變化值來(lái)計(jì)算原巖應(yīng)力。但是，測(cè)試過(guò)程工序繁多、操作復(fù)雜；在有裂縫的巖層及煤體中無(wú)法測(cè)試；不能定向測(cè)試；不能多向測(cè)試。2)深孔大地應(yīng)力檢測(cè)裝置的伸縮式貼片頭，通過(guò)在深孔中用伸縮式片頭結(jié)構(gòu)傳感器采集地應(yīng)力值。然而，在礦井惡劣的環(huán)境下，安裝時(shí)很容易影響到應(yīng)變片的應(yīng)變性能，使測(cè)試效果可靠度大大降低.且此裝置不能測(cè)試地應(yīng)力的初始值，需要傳感器與煤巖體進(jìn)行良好耦合。在煤體、受采動(dòng)影響的巖體或節(jié)理發(fā)育的巖體中，不能應(yīng)用；不能定向測(cè)試；不能多向測(cè)試。3)鉆孔應(yīng)力計(jì)，利用鋼弦振動(dòng)頻率與壓力或拉力成正比的原理測(cè)量應(yīng)力，主要用來(lái)測(cè)量煤礦預(yù)留煤柱應(yīng)力的變化，或用來(lái)測(cè)量基坑巖體或土基礎(chǔ)，在開(kāi)挖前后應(yīng)力的變化情況。但是，不能實(shí)現(xiàn)傳感器初始與煤巖體的完全緊密接觸，初始適應(yīng)能力差，需要當(dāng)煤巖體變形后與傳感器良好接觸，才能測(cè)試出應(yīng)力。4)膠囊式應(yīng)力計(jì)，通過(guò)將應(yīng)力計(jì)安裝在鉆孔中，注入油液使膠囊膨脹并與煤巖體耦合接觸測(cè)量煤巖體內(nèi)部應(yīng)力?？芍苯幼x數(shù)，但應(yīng)力計(jì)體積較大，且不能定向監(jiān)測(cè)。5)油壓枕，它可以用來(lái)檢測(cè)巷道圍巖、拱形梁、支架的壓力。由兩塊同樣形狀的薄鋼板焊接而成的扁平盒子，它有一個(gè)壓力平衡室，當(dāng)油壓枕承受外界壓力時(shí)，用油泵向進(jìn)油管泵油，當(dāng)內(nèi)部金屬薄膜處于平衡狀態(tài)時(shí)，壓力表的讀數(shù)即為外力值。油壓枕安裝較簡(jiǎn)單，可直接讀出壓力值。但其設(shè)備安裝不方便；只能用于淺部應(yīng)力監(jiān)測(cè)；不能進(jìn)行軸向應(yīng)力測(cè)試；不能多向測(cè)試。因此，設(shè)計(jì)一種安裝簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠定向、多向監(jiān)測(cè)煤巖體應(yīng)力的裝置是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是針對(duì)目前煤巖體原巖應(yīng)力測(cè)試復(fù)雜、要求高、難操作，采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)適應(yīng)性和及時(shí)性差等問(wèn)題，提供一種能夠定向、多向、適應(yīng)各種受載煤巖體(原始的煤巖體和破碎的煤巖體)、操作簡(jiǎn)便的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置，包括三通閥、壓力表、高壓油泵、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集儀，還包括經(jīng)安裝導(dǎo)桿設(shè)在煤巖體中的缸體壓力感應(yīng)器，缸體壓力感應(yīng)器上設(shè)有三個(gè)活塞感應(yīng)片，三個(gè)活塞感應(yīng)片分別經(jīng)固定螺母連接有各獨(dú)立設(shè)在缸體壓力感應(yīng)器內(nèi)的活塞缸，三個(gè)活塞感應(yīng)片包括可同時(shí)監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向任意兩個(gè)方向應(yīng)力大小及變化的第一活塞感應(yīng)片、第二活塞感應(yīng)片和第三活塞感應(yīng)片；缸體壓力感應(yīng)器與安裝導(dǎo)桿的連接處設(shè)有安裝桿接頭，安裝桿接頭上設(shè)有固定安裝導(dǎo)桿的定向栓，安裝導(dǎo)桿上設(shè)有與定向栓相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)線，以保證缸體壓力感應(yīng)器在安裝過(guò)程中方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；缸體壓力感應(yīng)器端部設(shè)有進(jìn)入缸體內(nèi)分別與三個(gè)活塞感應(yīng)片相連的高壓油管，高壓油管外端分別經(jīng)三通閥連接壓力表或與數(shù)據(jù)采集儀相連的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和高壓油泵，三個(gè)監(jiān)測(cè)方向都配有獨(dú)立的高壓油管及三通閥門(mén)。
[0008]本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟:
[0009]a.將缸體壓力感應(yīng)器、高壓油管和三通閥順序連接，向其內(nèi)注入油液檢查缸體壓力感應(yīng)器、高壓油管和三通閥的密閉性，去除內(nèi)部水汽及灰塵；
[0010]b.確定監(jiān)測(cè)地點(diǎn)及監(jiān)測(cè)所需深度后向煤巖體內(nèi)部打鉆，鉆孔實(shí)際深度不得低于監(jiān)測(cè)所需深度，油管長(zhǎng)度和監(jiān)測(cè)所需深度一致，將缸體壓力感應(yīng)器推送至鉆孔內(nèi)部，直到油管全部埋沒(méi)在鉆孔中，將三通閥安置在鉆孔孔口 ；
[0011]c.選擇第一活塞感應(yīng)片的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向,推送過(guò)程中讓定向栓、定向標(biāo)線與基準(zhǔn)方向保持一致，即可保證安裝過(guò)程中缸體壓力感應(yīng)器不發(fā)生偏移，三個(gè)活塞感應(yīng)片被送至測(cè)點(diǎn)的目標(biāo)方向；
[0012]d.設(shè)定初始?jí)毫?，將壓力表或?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與三通閥連接，依次打開(kāi)三個(gè)監(jiān)測(cè)方向各自對(duì)應(yīng)的三通閥，通過(guò)高壓油泵經(jīng)三通閥、高壓油管向缸體壓力感應(yīng)器內(nèi)注入油液；
[0013]e.保持壓力穩(wěn)定上升，當(dāng)壓力表的壓力值達(dá)到初始?jí)毫Σ⒈３址€(wěn)定時(shí)，停止注液，關(guān)閉三通閥，卸下高壓油泵，用堵頭封住注油孔，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，選擇第一活塞感應(yīng)片，第二活塞感應(yīng)片及第三活塞感應(yīng)片中的任意一個(gè)或者兩個(gè)，對(duì)鉆孔內(nèi)一個(gè)、二個(gè)或三個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，通過(guò)軟件編程查看分析應(yīng)力分布及變化規(guī)律；
[0014]f.監(jiān)測(cè)結(jié)束后，打開(kāi)三通閥放油卸壓，從鉆孔中抽出缸體壓力感應(yīng)器。
[0015]有益效果:本發(fā)明主要用于定向監(jiān)測(cè)原巖或破碎煤巖體的應(yīng)力及其變化規(guī)律，采用缸體壓力感應(yīng)器能夠與煤巖體自適應(yīng)良好耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山或隧道圍巖三個(gè)方向的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行定向監(jiān)測(cè)。能夠?qū)υ瓗r及破碎煤巖體中鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向的任意兩個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行定向監(jiān)測(cè)。與現(xiàn)行的煤巖體應(yīng)力測(cè)試技術(shù)相比:在原巖體以及破碎的煤巖體中均可進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠反映采動(dòng)和頂板活動(dòng)引起的應(yīng)力變化。此煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法及裝置可廣泛應(yīng)用于礦山、土木、水利、道路、隧道和地下工程的地應(yīng)力測(cè)試和圍巖穩(wěn)定性分析等方面。具有定向、多向測(cè)試功能；操作更快捷、簡(jiǎn)便，大大減少了測(cè)試工作量；壓力感應(yīng)器與煤巖體主動(dòng)耦合性好；這種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝及操作安全、便捷，對(duì)生產(chǎn)影響小，費(fèi)用低，具有定向、三向監(jiān)測(cè)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置缸體三向壓力感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2(a)為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2(b)為圖1的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置中單向缸體壓力感應(yīng)器示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置中雙向缸體壓力感應(yīng)器示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置的鉆孔測(cè)試布置示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法流程圖；
[0023]圖7是本發(fā)明在某礦回采工作面機(jī)巷10米深處測(cè)得的垂向、側(cè)向和徑向應(yīng)力隨工作面推進(jìn)的變化曲線效果圖；
[0024]圖8是本發(fā)明在某礦回采工作面風(fēng)巷下幫14米、12米以及10米深處測(cè)得的垂向應(yīng)力變化曲線效果圖。
[0025]圖中:三向缸體壓力感應(yīng)器1，高壓油管2，三通閥3，安裝導(dǎo)桿4，壓力表5，第一活塞感應(yīng)片6-1，第二活塞感應(yīng)片6-2，第三活塞感應(yīng)片6-3，定向栓7，定向標(biāo)線8，高壓油泵9，安裝桿接頭10和固定螺母11，第一輸油口 12-1，第二輸油口 12-2，第三輸油口 12_3，煤巖體M，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器13，數(shù)據(jù)采集儀14，電源15。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0027]實(shí)施例1、如圖1所示，本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置主要由三向缸體壓力感應(yīng)器1、高壓油管2和三通閥3組成，高壓油泵9、安裝導(dǎo)桿4作為配套工具使用，缸體壓力感應(yīng)器I經(jīng)安裝導(dǎo)桿4設(shè)在煤巖體中，缸體壓力感應(yīng)器I上設(shè)有三個(gè)活塞感應(yīng)片，三個(gè)活塞感應(yīng)片分別經(jīng)固定螺母11連接有各獨(dú)立設(shè)在缸體壓力感應(yīng)器I內(nèi)的活塞缸，三個(gè)活塞感應(yīng)片包括可同時(shí)監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向任意兩個(gè)方向應(yīng)力大小及變化的第一活塞感應(yīng)片6-1、第二活塞感應(yīng)片6-2和第三活塞感應(yīng)片6-3 ;缸體壓力感應(yīng)器I與安裝導(dǎo)桿4的連接處設(shè)有安裝桿接頭10，安裝桿接頭10上設(shè)有固定安裝導(dǎo)桿4的定向栓7，如圖2 (a)所示；安裝導(dǎo)桿4上設(shè)有與定向栓7相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)線8，以保證缸體壓力感應(yīng)器I在安裝過(guò)程中方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；缸體壓力感應(yīng)器I端部分別設(shè)有進(jìn)入缸體內(nèi)與三個(gè)活塞感應(yīng)片相連的高壓油管2，監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向任意兩個(gè)方向的活塞感應(yīng)片在缸體壓力感應(yīng)器I內(nèi)各自獨(dú)立的活塞缸與高壓油管2相匹配的油管接口，如圖2 (b)所示；高壓油管2外端分別經(jīng)三通閥3連接壓力表5或與數(shù)據(jù)采集儀14相連的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器13和高壓油泵9，數(shù)據(jù)采集儀14與電源15相連接，如圖5所示。三個(gè)不同的監(jiān)測(cè)方向都配有獨(dú)立的高壓油管及三通閥門(mén)，相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾或影響。缸體壓力感應(yīng)器I的端面上分別設(shè)有第一輸油口 12-1、第二輸油口 12-2、第三輸油口 12-3，三根高壓油管2分別從第一輸油口 12-1、第二輸油口 12-2、第三輸油口 12-3進(jìn)入分別與第一活塞感應(yīng)片6-1、第二活塞感應(yīng)片6-2和第三活塞感應(yīng)片6-3的油缸進(jìn)油口相連。
[0028]本發(fā)明的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法，具體步驟如下:
[0029]a.將缸體壓力感應(yīng)器1、高壓油管2和三通閥3順序連接，向其內(nèi)部注入油液檢查缸體壓力感應(yīng)器1、高壓油管2和三通閥3的密閉性，去除內(nèi)部水汽及灰塵，監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向任意兩個(gè)方向的活塞感應(yīng)片在缸體壓力感應(yīng)器I上均設(shè)有各自獨(dú)立的與高壓油管2相匹配的油管接口；
[0030]b.確定監(jiān)測(cè)地點(diǎn)及監(jiān)測(cè)所需深度后向煤巖體內(nèi)部打鉆，鉆孔實(shí)際深度不得低于監(jiān)測(cè)所需深度，油管長(zhǎng)度和監(jiān)測(cè)所需深度一致，將缸體壓力感應(yīng)器I推送至鉆孔內(nèi)部，直到油管全部埋沒(méi)在鉆孔中，將三通閥安置在鉆孔孔口 ；
[0031]c.選擇第一活塞感應(yīng)片6-1的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向,推送過(guò)程中讓定向栓7、定向標(biāo)線8與基準(zhǔn)方向保持一致，即可保證安裝過(guò)程中缸體壓力感應(yīng)器I不發(fā)生偏移，三個(gè)活塞感應(yīng)片被送至測(cè)點(diǎn)的目標(biāo)方向；
[0032]d.分別對(duì)應(yīng)鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向的任意兩個(gè)方向，在鉆孔中布置好缸體壓力感應(yīng)器后，設(shè)定初始?jí)毫Γ瑢毫Ρ?或與數(shù)據(jù)采集儀14相連的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器13與三通閥連接，依次打開(kāi)三個(gè)監(jiān)測(cè)方向各自對(duì)應(yīng)的三通閥3，通過(guò)高壓油泵9經(jīng)三通閥3、高壓油管2向缸體壓力感應(yīng)器I內(nèi)的三個(gè)活塞感應(yīng)片活塞缸內(nèi)注入油液；
[0033]e.保持油液壓力穩(wěn)定上升，通過(guò)注入油液使其承壓，活塞感應(yīng)片能夠自適應(yīng)與煤巖體良好耦合，監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部上述三個(gè)方向的應(yīng)力大小及變化；當(dāng)壓力表5的壓力值達(dá)到初始?jí)毫Σ⒈３址€(wěn)定時(shí)，停止注液，關(guān)閉三通閥3，卸下高壓油泵9，用堵頭封住注油孔，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，選擇第一活塞感應(yīng)片6-1，第二活塞感應(yīng)片6-2及第三活塞感應(yīng)片6-3中的任意一個(gè)或者兩個(gè)，對(duì)鉆孔內(nèi)一個(gè)、二個(gè)或三個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，通過(guò)軟件編程查看分析應(yīng)力分布及變化規(guī)律；根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，三向缸體壓力感應(yīng)器也可以選擇性地加工為單向或者雙向缸體壓力感應(yīng)器使用；
[0034]f.監(jiān)測(cè)結(jié)束后，打開(kāi)三通閥3放油卸壓，從鉆孔中抽出缸體壓力感應(yīng)器I。
[0035]圖7為本發(fā)明在某礦回采工作面機(jī)巷10米深處測(cè)得的垂向、側(cè)向和徑向應(yīng)力隨工作面推進(jìn)的變化曲線效果圖。在某礦11141回采工作面機(jī)巷10米深處測(cè)得的垂向、側(cè)向和徑向應(yīng)力隨工作面推進(jìn)的變化曲線。從圖中可以看出IOm位置的三個(gè)方向的應(yīng)力值均隨著工作面的不斷推進(jìn)而變化，安裝完成后缸體壓力感應(yīng)器與孔壁自適應(yīng)耦合。在傳感器位置距離采面120m以外時(shí),應(yīng)力保持穩(wěn)定；當(dāng)距離在30?120m之間時(shí)，受采動(dòng)影響，應(yīng)力逐漸增大；當(dāng)距離IOm?30m之間時(shí),三個(gè)方向的應(yīng)力值均急劇升高,并在15m左右達(dá)到峰值,隨后應(yīng)力快速下降。圖中還可看出三個(gè)方向的整體應(yīng)力值從大到小依次為垂向、側(cè)向、徑向，垂向應(yīng)力峰值為16.7MPa，應(yīng)力集中系數(shù)1.72。
[0036]圖8為本發(fā)明在某礦回采工作面風(fēng)巷下幫14米、12米以及10米深處測(cè)得的垂向應(yīng)力變化曲線效果圖。在某礦11141回采工作面風(fēng)巷下幫14米、12米以及10米深處測(cè)得的垂向應(yīng)力變化曲線。由圖可知，走向上，11141風(fēng)巷距離工作面50m時(shí)，為應(yīng)力快速增長(zhǎng)區(qū)；距離為10?20m時(shí)，為應(yīng)力峰值區(qū)；傾向上，11141風(fēng)巷下幫IOm左右范圍為應(yīng)力集中區(qū)；14m埋深測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力峰值為20MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.2。
[0037]實(shí)施例2、根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)需要，若只需對(duì)一個(gè)方向監(jiān)測(cè)，缸體壓力感應(yīng)器I上可只設(shè)置一個(gè)活塞感應(yīng)片和與其相連的活塞缸，如圖3所示。其它與實(shí)施例一相同，略。
[0038]實(shí)施例3、根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)需要，若只需對(duì)二個(gè)方向監(jiān)測(cè)，缸體壓力感應(yīng)器I上可只設(shè)置兩個(gè)活塞感應(yīng)片和分別與其相連的活塞缸，如圖4所示。其它與實(shí)施例一相同，略。
【權(quán)利要求】
1.一種煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)裝置，包括三通閥(3)、壓力表(5)、高壓油泵(9)，其特征在于:還包括經(jīng)安裝導(dǎo)桿(4)設(shè)在煤巖體中的缸體壓力感應(yīng)器(I)，缸體壓力感應(yīng)器(I)上設(shè)有三個(gè)活塞感應(yīng)片，三個(gè)活塞感應(yīng)片分別經(jīng)固定螺母(11)連接有各獨(dú)立設(shè)在缸體壓力感應(yīng)器(I)內(nèi)的活塞缸，三個(gè)活塞感應(yīng)片包括可同時(shí)監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部鉆孔軸向以及垂直于鉆孔軸向任意兩個(gè)方向應(yīng)力大小及變化的第一活塞感應(yīng)片出-1)、第二活塞感應(yīng)片(6-2)和第三活塞感應(yīng)片(6-3);缸體壓力感應(yīng)器(I)與安裝導(dǎo)桿(4)的連接處設(shè)有安裝桿接頭(10)，安裝桿接頭(10)上設(shè)有固定安裝導(dǎo)桿(4)的定向栓(7)，安裝導(dǎo)桿(4)上設(shè)有與定向栓(7)相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)線(8)，以保證缸體壓力感應(yīng)器(I)在安裝過(guò)程中方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；缸體壓力感應(yīng)器(I)端部設(shè)有進(jìn)入缸體內(nèi)分別與三個(gè)活塞感應(yīng)片相連的高壓油管(2)，高壓油管(2)外端分別經(jīng)三通閥(3)連接壓力表(5)或與數(shù)據(jù)采集儀(14)相連的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(13)和高壓油泵(9)，三個(gè)監(jiān)測(cè)方向都配有獨(dú)立的高壓油管及三通閥門(mén)。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的煤巖體應(yīng)力定向監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: a.將缸體壓力感應(yīng)器(I)、高壓油管(2)和三通閥(3)順序連接，向其內(nèi)注入油液檢查缸體壓力感應(yīng)器(I)、高壓油管(2)和三通閥(3)的密閉性，去除內(nèi)部水汽及灰塵； b.確定監(jiān)測(cè)地點(diǎn)及監(jiān)測(cè)所需深度后向煤巖體內(nèi)部打鉆，鉆孔實(shí)際深度不得低于監(jiān)測(cè)所需深度，油管長(zhǎng)度和監(jiān)測(cè)所需深度一致，將缸體壓力感應(yīng)器(I)推送至鉆孔內(nèi)部，直到油管全部埋沒(méi)在鉆孔中，將三通閥安置在鉆孔孔口 ； c.選擇第一活塞感應(yīng)片(6-1)的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向,推送過(guò)程中讓定向栓(7)、定向標(biāo)線(8)與基準(zhǔn)方向保持一致，即可保證安裝過(guò)程中缸體壓力感應(yīng)器(I)不發(fā)生偏移，三個(gè)活塞感應(yīng)片被送至測(cè)點(diǎn)的目標(biāo)方向； d.設(shè)定初始?jí)毫?，將壓力?5)或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(13)與三通閥連接，依次打開(kāi)三個(gè)監(jiān)測(cè)方向各自對(duì)應(yīng)的三通閥(3)，通過(guò)高壓油泵(9)經(jīng)三通閥(3)、高壓油管⑵向缸體壓力感應(yīng)器(I)內(nèi)注入油液； e.保持壓力穩(wěn)定上升，當(dāng)壓力表(5)的壓力值達(dá)到初始?jí)毫Σ⒈３址€(wěn)定時(shí)，停止注液，關(guān)閉三通閥(3)，卸下高壓油泵(9)，用堵頭封住注油孔，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，選擇第一活塞感應(yīng)片(6-1)，第二活塞感應(yīng)片(6-2)及第三活塞感應(yīng)片(6-3)中的任意一個(gè)或者兩個(gè)，對(duì)鉆孔內(nèi)一個(gè)、二個(gè)或三個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，通過(guò)軟件編程查看分析應(yīng)力分布及變化規(guī)律； f.監(jiān)測(cè)結(jié)束后，打開(kāi)三通閥(3)放油卸壓，從鉆孔中抽出缸體壓力感應(yīng)器(I)。
【文檔編號(hào)】G01L1/02GK103512693SQ201310466050
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】王恩元, 王嗣衡, 沈榮喜, 劉曉斐, 宋大釗, 潘東偉 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)