[發明專利]一種基于應變/位移轉換的煤巖體變形測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202010112243.X
• 申請日: 2020-04-13
• 公開（公告）號: CN111174688A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 楊克虎;楊勝利;陳亞文
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于應變/位移轉換的煤巖體變形測量方法，包括以下步驟：

步驟1：在需要進行變形監測的煤壁上按照一定的孔徑和深度鉆孔；

步驟2：將煤巖體變形測量裝置固定在鉆孔底部；

步驟3：通過拉繩將放置在煤巖體變形測量裝置內部的活動錨爪按照事先設定的順序依次拉出，并固定在鉆孔的指定位置；

步驟4：當煤巖體發生變形時，活動錨爪與煤巖體變形測量裝置之間的相對距離發生變化，將相對距離的變化轉化為力的變化，再將力的變化轉化為應變量的變化，最后將應變量的變化轉化為電信號的變化；

步驟5：采集步驟4中的電信號變化量，并轉化為煤巖體的變形量，存儲在煤巖體變形測量裝置內部的存儲器中或通過通信電路發送出去。

2.一種基于應變/位移轉換的煤巖體變形測量裝置，包括：承載殼體、應變/位移轉換單元、活動錨爪、控制單元。

所述承載殼體外部有由彈性材料制作的固定錨爪，用于將承載殼體固定在煤層鉆孔內部。承載殼體內部放置控制單元、應變/位移轉換單元和活動錨爪；

所述控制單元包括電源模塊、控制器、信號采集電路、存儲器、通信電路。控制單元與應變/位移轉換單元連接，采集應變/位移轉換單元的電信號并轉換為位移量，將位移量存儲在存儲器中或通過通信電路發送給外部接收器；

所述應變/位移轉換單元包括力/位移轉換器和應變模塊，所述力/位移轉換器一端與活動錨爪連接，另一端與應變模塊連接。當煤巖體發生變形時，活動錨爪與承載殼體之間發生位移，位移變化導致力/位移轉化器的拉力發生變化，進而引起應變模塊的應變量發生變化，所述應變模塊將應變量轉化為電信號，經控制單元采集和處理，轉化為活動錨爪與承載殼體之間的相對位移量；

所述活動錨爪放置在承載殼體上部，其上連有拉繩，待測量裝置固定在煤層鉆孔底部之后，通過拉繩將活動錨爪拉出，沿煤層鉆孔固定在事先設定的深度。

3.如權利要求2所述的煤巖體變形測量裝置，所述承載殼體分為上、中、下三個區域。上部區域和下部區域均為空心，下部區域用來放置控制單元，上部區域用來放置活動錨爪；中部區域分布多個沿軸向的通孔，用于放置力/位移轉換器，中部區域靠近下部的截面布置定位孔，用于固定應變模塊。

4.如權利要求2所述的煤巖體變形測量裝置，所述應變/位移轉換單元中的力/位移轉換器為彈簧，放置在承載殼體中部區域的通孔中，其數量等于通孔數量，彈簧一端與應變模塊連接，另一端與活動錨爪連接。應變模塊由應變梁和附著在應變梁表面的應變片組成。

5.如權利要求3所述的煤巖體變形測量裝置，其特征在于，所述應變梁為由薄片狀彈性材料制成的一體化結構，其上有定位孔用于將其固定在承載殼體中部區域的底部，應變梁在位于通孔的位置附著有應變片，在拉力作用下產生可恢復的形變量，通過應變片轉化為電信號。

6.如權利要求2所述的煤巖體變形測量裝置，所述活動錨爪的數量不多于通孔數量，按照在煤層鉆孔中的布置順序依次放置在承載殼體上部區域中。活動錨爪外部有固定爪，保證活動錨爪只能沿鉆孔向外移動，活動錨爪內部靠近中心軸沿軸向分布有連接孔和穿線孔。連接孔一端通過細繩與力/位移轉換器連接，細繩長度應使得活動錨爪固定在設定位置時，力/位移轉換器處于適當拉伸狀態，保證細繩承受一定拉力處于繃直狀態。連接孔另一端連有拉繩，拉繩的長度應大于鉆孔深度，以保證在測量裝置推入鉆孔的過程中，拉繩末端始終位于鉆孔之外。