地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，屬于煤巖體安全技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地應(yīng)力是存在地層中未受工程擾動(dòng)的天然應(yīng)力，也稱初始應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng)力或者原巖應(yīng)力。煤礦等地下工程施工會(huì)引起原始應(yīng)力的重新分布，重新分布的應(yīng)力稱之為次生應(yīng)力、二次應(yīng)力。地應(yīng)力是地面和地下巖土工程設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提，而次生應(yīng)力對(duì)于摸清地下工程施工范圍應(yīng)力分布狀況，治理地下工程動(dòng)力災(zāi)害(如巖爆、沖擊地壓)具有重要意義。地應(yīng)力成因復(fù)雜，狀態(tài)多變，是自然界多種因素綜合影響的結(jié)果，主要影響因素有板塊邊界擠壓、地球內(nèi)應(yīng)力、地球自轉(zhuǎn)及地幔熱對(duì)流等，主要組成部分為巖石自重力和構(gòu)造應(yīng)力。次生應(yīng)力受地質(zhì)條件、采掘活動(dòng)的類型等因素影響，擾動(dòng)規(guī)模和程度有很大的區(qū)另IJ，次生應(yīng)力分布有很大的差異性，一方面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的集中；另一方面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力釋放，引發(fā)動(dòng)力災(zāi)害事故。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)時(shí)，大都采用以壓力盒為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)的鉆孔應(yīng)力測(cè)試裝置，如目前廣泛使用的液壓式鉆孔應(yīng)力計(jì)。該類裝置內(nèi)部液體現(xiàn)場(chǎng)灌注較難掌握，并且灌注油管容易損壞造成應(yīng)力監(jiān)測(cè)失敗，且該類應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置安裝后不能及時(shí)與煤巖體內(nèi)裝置安裝鉆孔良好耦合，裝置與孔壁存在空隙，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，只能監(jiān)測(cè)單向相對(duì)應(yīng)力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖體三向應(yīng)力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，從而無(wú)法準(zhǔn)確判斷煤巖體內(nèi)來(lái)壓方向與準(zhǔn)確來(lái)壓大小，從而造成無(wú)法為超前預(yù)防動(dòng)力災(zāi)害提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以對(duì)煤巖體的三個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)煤巖體的應(yīng)力的來(lái)壓方向與大小實(shí)現(xiàn)更精確的判斷，從而提高了地下施工安全性的地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括固定在煤巖體中的感應(yīng)輸出裝置，感應(yīng)輸出裝置中包括應(yīng)力感應(yīng)模塊，在應(yīng)力感應(yīng)模塊中設(shè)置有用于對(duì)煤巖體三向應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)力檢測(cè)單元，應(yīng)力檢測(cè)單元的輸出信號(hào)由信號(hào)線引出。
[0006]優(yōu)選地，所述的感應(yīng)輸出裝置還包括外殼體，所述的應(yīng)力感應(yīng)模塊位于外殼體內(nèi)并突出于外殼體的表面設(shè)置，在外殼體中還設(shè)置有用于感應(yīng)煤巖體溫度的溫度補(bǔ)償模塊，溫度補(bǔ)償模塊對(duì)應(yīng)力感應(yīng)模塊輸出進(jìn)行補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償模塊的輸出信號(hào)由信號(hào)線引出。
[0007]優(yōu)選地，所述的應(yīng)力感應(yīng)模塊包括壓電陶瓷固定座，壓電陶瓷固定座的頂部設(shè)置有平臺(tái)，應(yīng)力檢測(cè)單元固定在該平臺(tái)上，應(yīng)力檢測(cè)單元突出于感應(yīng)輸出裝置的外殼體設(shè)置。
[0008]優(yōu)選地，所述的應(yīng)力檢測(cè)單元包括壓電傳感器以及受力罩，壓電傳感器固定在壓電陶瓷固定座頂部的平臺(tái)上； 受力罩為扣裝在壓電傳感器頂部的弧形板，其外表面突出于感應(yīng)輸出裝置的外殼體，其內(nèi)側(cè)面頂部與壓電傳感器的上表面相貼合。
[0009]優(yōu)選地，所述的壓電傳感器包括三組疊放的壓電陶瓷片:X向壓電陶瓷片、Y向壓電陶瓷片和Z向壓電陶瓷片。
[0010]優(yōu)選地，所述的溫度補(bǔ)償模塊包括溫度傳感器固定座以及借助溫度傳感器固定座固定的溫度傳感器，溫度傳感器與應(yīng)力感應(yīng)模塊貼合。
[0011]優(yōu)選地，所述的外殼體為圓柱狀，在其內(nèi)部的前、后兩端還分別設(shè)置有定位端塊和末端固定座，信號(hào)線自感應(yīng)輸出裝置末端引出；在外殼體與煤巖體之間填充有混凝土填充。
[0012]地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:包括應(yīng)力監(jiān)測(cè)流程和在應(yīng)力檢測(cè)流程之前進(jìn)行的溫度補(bǔ)償流程。
[0013]優(yōu)選地，所述的應(yīng)力檢測(cè)流程，包括如下步驟:
步驟al，確定待測(cè)煤巖體，并將感應(yīng)輸出裝置放入開(kāi)設(shè)在煤巖體的鉆孔內(nèi)；
步驟a2，將感應(yīng)輸出裝置的信號(hào)線從鉆孔中引出；
步驟a3，將感應(yīng)輸出裝置的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線引出至監(jiān)控主機(jī)中；
步驟a4，由監(jiān)控主機(jī)對(duì)感應(yīng)輸出裝置輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和溫度補(bǔ)償，對(duì)煤巖體的應(yīng)力情況進(jìn)行判斷。
[0014]優(yōu)選地，所述的溫度補(bǔ)償流程，包括如下步驟:
步驟bl，根據(jù)感應(yīng)輸出裝置的工作環(huán)境，確定需要進(jìn)行溫度測(cè)試的若干測(cè)試溫度點(diǎn)；步驟b2，將感應(yīng)輸出裝置置于測(cè)試溫度點(diǎn)下，并實(shí)時(shí)記錄感應(yīng)輸出裝置在測(cè)試溫度點(diǎn)下的輸出值；
步驟b3，判斷感應(yīng)輸出裝置在該測(cè)試溫度點(diǎn)下的輸出值是否穩(wěn)定，如果穩(wěn)定則執(zhí)行步驟b4，不穩(wěn)定則返回步驟b2 ;
步驟b4，將感應(yīng)輸出裝置的輸出值作為感應(yīng)輸出裝置在該溫度下的偏差值，并記錄該偏差值所對(duì)應(yīng)的測(cè)試溫度點(diǎn)；
步驟b5，是否已完成所有測(cè)試溫度點(diǎn)下的溫度測(cè)試，如果已完成，執(zhí)行步驟b6，如果尚未完成，返回步驟b2，進(jìn)行下一個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)的溫度補(bǔ)償測(cè)試；
步驟b6，將感應(yīng)輸出裝置的所有測(cè)試溫度點(diǎn)以及在每個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)下的偏差值進(jìn)行記錄并形成該感應(yīng)輸出裝置的溫度-偏差值的關(guān)系表。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、通過(guò)本地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)煤巖體的三個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)煤巖體的應(yīng)力的來(lái)壓方向與大小實(shí)現(xiàn)更精確的判斷，從而提高了地下施工的安全性。
[0016]2、通過(guò)設(shè)置溫度補(bǔ)償模塊，可以對(duì)應(yīng)力感應(yīng)模塊的工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由此獲知應(yīng)力感應(yīng)模塊的工作溫度，并根據(jù)事先測(cè)試得到的應(yīng)力感應(yīng)模塊的溫度-偏差值的關(guān)系表，可以將應(yīng)力感應(yīng)模塊受到溫度影響而出現(xiàn)的輸出偏差進(jìn)行排除，因此測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。
[0017]3、通過(guò)設(shè)置受力罩，可以將其受到的煤巖體的應(yīng)力直接傳遞至壓電傳感器，同時(shí)起到了對(duì)壓電傳感器的保護(hù)作用。
[0018]4、通過(guò)采用壓電陶瓷片作為壓電傳感器對(duì)煤巖體的應(yīng)力進(jìn)行三向檢測(cè)，測(cè)量精度以及可靠性更高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感應(yīng)輸出裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)力感應(yīng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為圖3中A-A方向剖視圖。
[0023]圖5為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溫度補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法流程圖。
[0026]圖8為地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法溫度補(bǔ)償流程圖。
[0027]其中:1、煤巖體2、混凝土填充3、感應(yīng)輸出裝置 4、安裝鉆孔5、信號(hào)線保護(hù)管 6、信號(hào)線 7、數(shù)據(jù)采集儀 8、工業(yè)環(huán)網(wǎng)9、定位端塊 10、定位孔 11、溫度補(bǔ)償模塊12、應(yīng)力感應(yīng)模塊13、外殼體14、末端固定座15、受力罩16、壓電傳感器1601、X向壓電陶瓷片1602、Y向壓電陶瓷片1603、Z向壓電陶瓷片17、壓電陶瓷固定座18、填充膠20、溫度傳感器固定座21、粘合層22、溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1~8是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~8對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]如圖1所示，地下煤巖體空間預(yù)埋式三向應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括固定在煤巖體1內(nèi)的感應(yīng)輸出裝置3。在煤巖