[發明專利]巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202110274234.5
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112814741A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 孟慶彬;孫穩;申世豹;趙亞偉;丁立;王明輝;吳延成;李培帥;楊東起;王杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;臨沂礦業集團菏澤煤電有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00;E21B47/06;E21B47/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置，其特征在于：它包括柱狀結構的膨脹橡膠氣囊(25)和固定板(20)，所述膨脹橡膠氣囊(25)的前端為弧面，尾端端頭設有進氣閥門(22)和排氣閥門(23)，膨脹橡膠氣囊(25)在吹氣膨脹過程中只增加徑向尺寸而不增加長度尺寸；

膨脹橡膠氣囊(25)中段上間隔設有多組支撐限位裝置，膨脹橡膠氣囊(25)尾端端頭處套有定向套筒(18)，定向套筒(18)側壁上等夾角設有四支定向尺(19)，定向套筒(18)前端套有用以固定在鉆孔(2)內的保護套筒(15)，保護套筒(15)的尾端設有保護套筒底盤(17)，保護套筒底盤(17)與固定板(20)將膨脹橡膠氣囊(25)尾端端頭夾持住；

所述固定板(20)為圓片形結構，固定板(20)與進氣閥門(22)和排氣閥門(23)匹配處分別設有進氣閥門孔(27)和排氣閥門孔(28)；

所述的支撐限位裝置包括設置在膨脹橡膠氣囊(25)上的剛性支撐環(11)和固定在鉆孔(2)內壁上的限位爪(3)，每組支撐限位裝置為一個剛性支撐環(11)，剛性支撐環(11)的前后分別設有兩個方向相同的限位爪(3)，每個限位爪(3)均通過一根細鋼絲繩(6)延伸出鉆孔(2)連接有重力懸掛裝置通過重力拉緊限位爪(3)；剛性支撐環(11)上設有機械壓電式應力計(12)，機械壓電式應力計(12)通過應力傳感線(13)連接有設置在鉆孔(2)外側的應力顯示盒(14)，應力顯示盒(14)設置在距離孔口(2)0.5～1.0m處用以監測圍巖不同深度處的圍巖應力。

2.根據權利要求1所述的巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置，其特征在于：所述的膨脹橡膠氣囊(25)側壁上設有用以將鉆孔(2)的圍巖(1)破裂形態復印下來，以真實反映圍巖(1)的破裂狀態及破碎區域大小的印花圖層(24)。

3.根據權利要求2所述的巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置，其特征在于：所述膨脹橡膠氣囊(25)外徑約為鉆孔內徑的0.3～0.6倍，施加氣壓完全膨脹后，膨脹橡膠氣囊(25)長度不變，直徑增大至鉆孔內徑的1.2～1.5倍，以使印花圖層(24)與鉆孔(2)充分擠壓接觸，真實復印出圍巖破裂形態，將膨脹橡膠氣囊(25)取出后，其表面的破裂形狀大小為鉆孔內壁裂紋形狀的0.3～0.6倍，裂紋大小增大系數取1.5～2.5，計算出圍巖破裂范圍大小。

4.根據權利要求1所述的巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置，其特征在于：限位爪(3)包括用以套在膨脹橡膠氣囊(25)上的環狀結構，環狀結構上等夾角設有多個倒刺結構的棘爪(4)，每個棘爪(4)上設有彈簧(5)，可保證棘爪(4)正向移動時不會打開，而產生反向移動后即可張開并與圍巖(1)充分接觸，最終通過棘爪(4)嵌入圍巖(1)中；限位爪(3)帶有3～6個棘爪(4)，每個棘爪(4)下面有一個彈簧(5)，可保證棘爪(4)張開并與圍巖(1)充分接觸，通過重錘(7)使棘爪(4)保持張開嵌入圍巖的狀態，使得限位爪(3)牢牢固定在預設監測位置處，提高圍巖位移的測量精度。

5.根據權利要求1所述的巷道圍巖位移-應力-破裂狀態一體化測試裝置，其特征在于：所述的重力懸掛裝置為定滑輪(8)或者滑輪組(10)以及重錘(7)，重錘(7)重量為0.5～1.0kg；所述定滑輪(8)通過滑輪支架(9)安裝在距離鉆孔(2)孔口上方0.5～1.0m或在距離頂板上的鉆孔(2)口四周0.5～1.0m位置處，細鋼絲繩(6)繞在定滑輪(8)，每根細鋼絲繩(6)的前端連接一個限位爪(3)，末端連接有一個體現映圍巖(1)的位移變化的重錘(7)；所述滑輪組(10)為兩個定滑輪組成，安裝在在距離巷道兩幫上的孔口下方0.5～1.0m的位置，細鋼絲繩(6)繞在滑輪組(10)上，每根細鋼絲繩(6)的前端連接一個限位爪(3)，末端與反映圍巖(1)的位移變化的一個重錘(7)連接；使用時根據每個鉆孔(2)周圍的實際情況選擇使用定滑輪(8)或者滑輪組(10)。