[發明專利]一種深鉆孔全段多點貼壁式三維采動應力監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201610273188.6
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105784206B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 陸銀龍;張曉東;王連國;李兆霖;肖天博
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明涉及一種深鉆孔全段多點貼壁式三維采動應力監測裝置及方法,前期結合工程實際數值模擬煤巖體受采動影響應力空間分布特征，劃分監測點位段，指導深鉆孔中多個監測點位的布置；實現在深孔中包體與鉆孔孔壁強耦合效果，在各個點位樹脂殼體瓣徑向移動緊貼孔壁，同時同步同軸；其次，樹脂殼體瓣緊貼孔壁，可以忽略膠體彈模變化影響，也避免固化的耦合劑如水泥等，在高應力作用下開裂對監測結果造成的影響；能夠準確反映深鉆孔全段采動應力實時分布特征。

技術領域

本發明涉及一種監測三維采動應力技術領域，尤其是涉及一種深鉆孔全段多點貼壁式三維采動應力監測裝置及方法。

背景技術

處在高地應力區域的深部煤礦受采掘影響，極易發生沖擊地壓災害，實踐證明煤巖體中的應力分布狀態與沖擊地壓發生有著密切的聯系,應力集中峰值越大，就越易引發沖擊地壓災害，準確及時地掌握煤巖體內應力集中區域的應力分布狀態,對防治沖擊地壓災害有重要意義。目前國內外對地應力或采動應力的監測主要是單一點位預測模式,準確度也有待提高，且布置探測點位時較盲目，本發明基于煤巖體受采動影響應力分布的規律劃分監測點位段，就此提出一種全孔段三維采動應力實時監測的新方法。

近年來，采動應力得到越來越多的科研技術人員的重視，就這方面的專利主要分為四類，光纖光柵包體、應變片包體、油壓應力計包體、超聲波發射裝置。如，CNIO4280417A巖體工程單孔多點光纖光柵空心包體三維應力測試裝置、CNIO2589767A巖芯內應力場測試儀及其使用方法、CNIO1922985一種TBM掘進時圍巖應力變化測量方法、CNIO4132761A多點煤巖體應力實時監測裝置及方法、CNIO4912552A一種煤巖體地應力分布特征探測方法及裝置等。綜合分析以上專利可知：①在深鉆孔條件下，難以實現包體與鉆孔的軸心重合，即不同軸；②如CNIO4280417A使用水泥耦合孔壁，在深鉆孔條件下，難以保證各點處包體與孔壁的耦合程度，再者孔壁與包體間的耦合劑過厚，其彈模不能夠忽略，尤其在高應力作用下導致過厚的耦合劑開裂也將直接影響測量精度；③包體不能直接與孔壁接觸，很難適應塑性區的應力采集；④CNIO2589767A提及軟管上布置光柵通過油壓使得與孔壁結合，其內部太大壓力會限制光柵變形，內部壓力太小耦合效果就差，嚴重影響測量的精確度；⑤在全孔段布置監測點位段時具有盲目性。

發明內容

技術問題：本發明的目的是解決采動應力監測技術中存在深鉆孔條件下如何實現：應力監測裝置與孔壁強耦合；多個監測裝置都與鉆孔同軸；合理布置多個監測點位段的空間位置等問題。結合工程實際數值模擬采動影響應力空間分布特征，劃分多個監測點位段；優化包體成多個樹脂殼體瓣，其徑向移動緊貼孔壁實現與孔壁強耦合、與深鉆孔同步同軸的作用效果，同時也可以忽略耦合劑對數據采集的影響，能夠更準確地獲取煤巖體三維應力分布特征。

本發明所采用的技術方案是：一種深鉆孔全段多點貼壁式三維采動應力監測裝置，包括剛性連接桿，剛性連接直套管、孔口推進閥，尾錐，限制閥，以及多個單元監測裝置，所述剛性連接桿為空心管體，其前端固連尾錐，緊鄰尾錐順次設置單元監測裝置和剛性連接直套管，剛性連接直套管和下一個單元監測裝置之間設置限制閥，剛性連接桿的末端螺紋連接孔口推進閥，孔口推進閥與其相鄰的剛性連接直套管的端面剛性接觸；所述限制閥為環形結構，由螺栓徑向穿過閥體固定在剛性連接桿上；所述單元監測裝置包括樹脂殼體瓣、應變片、反弧底V型鋼片槽和帶槽口變徑剛性套管；所述剛性連接直套管和帶槽口變徑剛性套管可滑動的套裝于剛性連接桿上，帶槽口變徑剛性套管的較粗端與剛性連接直套管剛性連接，較細端外部周向均布3個樹脂殼體瓣，相鄰樹脂殼體瓣之間用反弧底V型鋼片槽連接，槽內設有使槽體保持一定初始角度的橡膠塊以及作為粘結劑的膠體膠囊，槽體兩端設有彈性封堵，槽體的頂口與鉆孔壁平行，槽底與帶槽口變徑剛性套管外表面法向相切配合，槽體受尾錐或限制閥軸向限位；所述應變片嵌裝在樹脂殼體瓣內，由纜線連接外部監測設備；所述帶槽口變徑剛性套管的較細端沿其母線方向開有能夠相對于螺栓推進的通槽；所述尾錐設有能夠推入帶槽口變徑剛性套管的錐形腔。