[發明專利]一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿

有效

• 申請號: 201911340064.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111119860B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 張強;劉偉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/017;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧

本發明公開了一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿，包括多個可相互連接且可伸入與取出鉆孔的中心壓桿；柔性薄膜壓力傳感器，呈環形狀并緊貼附著在中心壓桿的外表面上，用于測量鉆孔內壁所受壓力大小與壓力分布狀態；電源模塊，用于為各用電模塊提供電量；數據收集模塊，用于實時收集所述柔性薄膜壓力傳感器的壓力測量結果，并將結果儲存，通過WIFI通訊模塊傳輸給計算機。本發明使用柔性薄膜壓力傳感器能夠同時測量鉆孔內不同位置、不同方向的壓力狀態，經過計算機信號處理，通過顯示器可直接輸出鉆孔內三維應力分布云圖，硬質保護殼與柔性橡膠層配合使用，避免潮濕、粉塵影響傳感器測量精度，提供良好工作環境，提高傳感器使用壽命，降低生產成本。

技術領域

本發明屬于煤礦應力監測的技術領域，尤其涉及一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿。

背景技術

目前，煤礦開采會引起地層應力的重新分布，新的應力分布對巷道穩定性產生重要影響，地層應力高度集中易發生沖擊地壓。準確監測地層應力狀態對鉆孔卸壓與保護巷道穩定有重要意義。現在對地層應力的檢測多采用先鉆孔，再使用傳感器檢測孔內應力狀態，傳感器多為單點檢測，如果需要檢測孔內不同點與不同方向應力狀態，需要調整傳感器深度與傳感器角度，操作復雜且不能直觀顯示鉆孔內壓力分布狀態；柔性薄膜壓力傳感器可有效測量壓力分布狀態，鉆孔內環境惡劣，潮濕粉塵會影響傳感器的測量精度，與孔壁摩擦會對傳感器造成損傷，嚴重影響壓力檢測效率，增加生產成本。

因此，有必要設計一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿，以解決上述問題。

發明內容

基于以上現有技術的不足，本發明所解決的技術問題在于提供一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿，能夠檢測孔內壓力分布狀態并得到三維應力分布云圖，結構簡單，工作可靠，有效提高孔內壓力測量效率與測量精度。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：本發明提供一種感知孔內壓力分布狀態的壓桿，包括：

多個可相互連接且可伸入與取出鉆孔的中心壓桿；

柔性薄膜壓力傳感器，呈環形狀并緊貼附著在所述中心壓桿的外表面上，用于測量鉆孔內壁所受壓力大小與壓力分布狀態；

電源模塊，放置在所述中心壓桿的內部空間，用于為各用電模塊提供電量；

數據收集模塊，放置在所述中心壓桿的內部空間，用于實時收集所述柔性薄膜壓力傳感器的壓力測量結果，并將結果儲存，通過WIFI通訊模塊傳輸給計算機。

可選的，所述柔性薄膜壓力傳感器由多個壓力敏感單元陣列排布而成。

進一步的，所述柔性薄膜壓力傳感器外覆蓋有軟質橡膠層，所述柔性薄膜壓力傳感器連同中心壓桿外側使用該軟質橡膠層進行包裹，形成密閉空間。所述橡膠層外側包裹有柔性鋼絲網，所述柔性鋼絲網的一部分埋藏在所述軟質橡膠層中，柔性鋼絲網的另一部分裸露在空氣中。

可選的，所述柔性鋼絲網外套有可抽取硬質保護殼，用于保護壓桿伸入與取出鉆孔過程中軟質橡膠層不被孔壁磨損。

進一步的，所述中心壓桿表面存在一定數量的通孔，用于連通數據傳輸導線，實現柔性薄膜壓力傳感器與數據收集模塊的連接。

可選的，所述中心壓桿的一端為實心，其另一端為盲孔，該盲孔端帶有用于中心壓桿之間的連接的內螺紋。

由上，本發明的感知孔內壓力分布狀態的壓桿使用柔性薄膜壓力傳感器來檢測孔內壓力分布狀態，將鉆孔內壓力測量點由單點變成均布多點，對測量數據處理得到孔內壓力分布狀態的三維應力云圖。為保護柔性薄膜壓力傳感器不受潮濕、粉塵的影響，采用軟質橡膠層對薄膜壓力傳感器進行密封，為保護柔性薄膜壓力傳感器進出鉆孔過程不被孔壁劃損，采用可抽取硬質保護殼進行保護。