[發明專利]一種在巖體鉆孔內安裝應力傳感器的裝置和方法

在審

• 申請號: 202010433497.1
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111502642A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 徐帥;韓明飛;楊正明;李家后;田猛;楊敏
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/00;E21B47/017;E21B41/00;E21B41/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種在巖體鉆孔內安裝應力傳感器的裝置和方法，裝置包括由內外層設置的柔性膨脹殼和剛性底座組成的殼體、包裹防腐熱縮套置于殼體中心的應力傳感器、沿殼體軸向分布在膨脹殼內外層之間的一組進液管和填充在膨脹殼內外層之間的膨脹劑。用該裝置在鉆孔內安裝傳感器的方法是，依據鉆孔大小確定殼體尺寸；將套有熱縮套的傳感器置入膨脹殼內層中；填充膨脹劑，預埋進液管；將殼體底座與膨脹殼相接；利用壓力設備將水通過進液管對膨脹劑注水；將注水后的裝置放入鉆孔中，膨脹劑膨脹后固化，使傳感器與巖壁緊貼，確保傳感器與巖壁間無縫隙，提高應力監測精準度；完成監測后用壓力設備將腐蝕劑通過進液管注入膨脹劑，使固化的膨脹劑溶解變松散，由人工將傳感器從鉆孔中拽出，供重復使用。

技術領域

本發明涉及工程應力監測領域，特別是一種用于在巖體鉆孔內安裝應力傳感器的裝置和方法。

背景技術

目前，深部資源開采已成為未來發展的必然趨勢，國內外礦山都將進入深部開采階段，而受“三高一擾”(高地應力、高低溫、高巖溶水壓，開采擾動)復雜開采環境影響，井下動力災害頻發；巖體響應是巖體受外部擾動、外部應力共同作用而產生的直接反應。通過監測手段對巖體的應力、位移、振動等巖體響應進行準確監測，來評估巖體損傷程度、穩定性狀態，對于控制、預防、分析深部工程井下災害具有重要意義。

現有巖體內部監測手段絕大多數是鉆孔安裝法，即通過在預定位置進行鉆孔而后放入應力監測設備。在長期實踐過程中發現這種方法存在著鉆孔與應力傳感器之間縫隙大、測量誤差大，不能準確實時的采集巖體內部應力變化的問題。為解決上述問題，常采用的方法一種是注漿，通過對孔內灌注水泥等其他漿體，對傳感器進行封裝；該種方法的優點是傳感器通過漿體硬化后，傳感器與巖體剛性或近剛性連接，實現巖體響應的同步感知，傳遞到傳感器內部的感知芯片，轉化為可識別的電信號或頻率信號，進行傳遞。缺點是注漿工藝復雜，成本高，注漿后，剛性漿體內的傳感器難以回收。另一種方法是通過機械裝置將應力傳感器與巖壁緊緊的貼合在一起，該種方法優點是操作簡單，缺點是穩定性不強，在受到開采擾動及周圍巖體變化時極容易失效；

如CN 101446204 B號專利提出一種礦壓監測系統的傳感器安裝裝置，該裝置殼體內置有環形燕尾槽，彈片裝入殼體的環形燕尾槽內，傳感器插入彈片及殼體內，傳感器與殼體活動連接，傳感器與殼體之間的縫隙加入潤滑劑，在殼體頂部安置1個紙制或其他軟材料的粘合劑盒，粘合劑盒內部放入中速凝固樹脂類的粘合劑；該裝置通過粘合劑將傳感器與巖體耦合，實際使用中發現，在破碎巖體中粘合劑的粘結效果不好，使裝置在破碎巖體中易滑脫，導致測量結果波動大，不夠準確。CN 101368843 A號專利提出一種巖層振動測試裝置及方法，該裝置包括傳感器、軟管、導線、爪形卡箱、連接卡篩、保護金屬套管。軟管通過外套的爪形卡推和水泥漿固定于巖石鉆孔中，軟管套保護傳感器、金屬套管保護導線，該裝置對傳感器和導線起到了保護作用，但仍沒解決傳感器與鉆孔緊密結合的問題，且傳感器無法回收。CN102053257A號專利提出一種傳感器的固定、安裝裝置，其中傳感器的固定裝置包括承載件和卡托。該裝置通過粘結劑與一固定物體粘合來固定傳感器，通過支撐件支撐傳感器。該裝置主要是提高傳感器的服務時間，在受到開采擾動及巖體壓力時，其支撐裝置不穩固，影響測量的精準度；且裝置中的傳感器在巖體深部，難以回收。

發明內容

本發明的目的是提供一種在巖體鉆孔內安裝應力傳感器的裝置和方法，以解決現有技術存在的傳感器與巖石鉆孔之間因存在縫隙導致應力測試不夠精準、應力傳感器易從鉆孔中脫落和應力傳感不能回收再利用的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供的在巖體鉆孔內安裝應力傳感器的裝置，由殼體、應力傳感器、防腐熱縮套、進液管和膨脹劑組成；

所述殼體由柔性材料制作、內外雙層設置的圓筒形膨脹殼和由硬質材料制作的底座組成，殼體的外徑略小于巖石鉆孔的孔徑，長度小于巖石鉆孔的深度；膨脹殼通過底座上的接口與底座相接；