[發明專利]一種可精確監控三維安裝角度的鉆孔應力計及使用方法

在審

• 申請號: 202110346439.X
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112903165A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 劉延峰;張明輝;王士勇;張寅;丁小敏;劉志文;徐放艷;馮進新;牛佳勝;朱學明
• 申請（專利權）人: 山東思科賽德礦業安全工程有限公司;泰安泰山礦山大數據研究院有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01B21/22
• 代理公司: 濟南龍瑞知識產權代理有限公司 37272
• 代理人: 韓園園

本發明公布了一種可精確監控三維安裝角度的鉆孔應力計，包括鉆孔應力計，鉆孔應力計上設置圓弧形加壓板，圓弧形加壓板包括上加壓板和下加壓板，其中上加壓板和下加壓板之間設置油壓枕，所述上加壓板上設置凹槽，凹槽內安裝三維角度傳感器，三維角度傳感器的線纜引出至孔外，然后連接到手持角度監測儀上，手持角度監測儀上設置角度傳感器電路板及顯示屏。本發明提供了一種可精確監控三維安裝角度的鉆孔應力計，可以實時顯示推送過程中鉆孔應力計角度的變化，安裝使用方便，調整角度迅速、便捷，可以保證鉆孔應力計安裝后油壓枕處于水平狀態以測量垂直方向應力，也可使油壓枕處于垂直狀態以測量水平方向應力。

技術領域

本發明涉及一種煤礦沖擊地壓應力監測領域，特別涉及一種可精確監控三維安裝角度的鉆孔應力計及使用方法。

背景技術

我國是“富煤、貧油、少氣”的國家，隨著淺部煤炭資源的開采殆盡，深部開采（深度大于600m的地下開采）開采深度的增加，礦壓顯現加劇，沖擊地壓等災害事故頻頻發生。并且隨著采深的增加，這種災害越來越嚴重，沖擊地壓已經成為我國煤礦面臨的最為嚴重的動力災害之一。

沖擊地壓是礦山井巷和采場周圍煤巖體，由于變形能的釋放而產生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現象，本質上是大量彈性能突然釋放導致的。

沖擊地壓問題實質上就是煤巖體的應力問題，因此對于沖擊地壓的監測，“應力”是最為可靠的物理量。

目前，自主研發生產的KJ649煤礦沖擊地壓應力監測系統，通過鉆孔應力計可以實時監測煤體相對應力的變化，根據其變化趨勢及規律，確定沖擊地壓監測系統的預警閾值，對超過預警閾值的煤體應力監測區域自動報警。當煤礦巷道某處鉆孔應力計監測到煤巖鉆孔應力升高觸發報警響應機制后，遵循各級防沖管理文件的相關規定，現場施工卸壓孔進行卸壓解危，對確保煤礦安全生產具有重要指導意義。

鉆孔應力計一般采用油壓枕式，為了能夠監測煤體垂直應力的變化趨勢要求油壓枕必須在煤體鉆孔內水平安裝。

鉆孔應力計一般安裝在Φ42～45的鉆孔內，孔深8-25米，按要求連接各個部件，將鉆孔應力計推送到指定孔深就位。

常規方法是使用每根長1米的推送桿，將推送桿第1節插入鉆孔應力計尾部十字形推桿，順時針旋轉90°，保持十字形推桿處于水平位置不動，接著連接第2根至第n根，用M6螺栓、螺母一一連接好并擰緊，將應力計布放至預定孔位。若布設孔深15米深，需要15根。當鉆孔應力計到達指定孔深后，啟動單向手動泵，以3～5MPa的初始應力給油壓枕注油使其膨脹以充分和鉆孔耦合，然后反轉推送桿并退出，松開M6螺母、拿出M6螺栓，將推送桿一節節退出。這時若有采動，受采動影響鉆孔發生形變擠壓圓弧形加壓板，加壓板將煤層應力傳遞給油壓枕使其發生形變，油壓枕再經枕內液壓油將變化的應力傳遞給鉆孔應力傳感器，傳感器將應力變化量轉換成電流信號，經過A/D轉換電路后，在顯示屏上實時顯示，也可通過無線傳輸，傳送至地面監控室，實時對煤體垂直應力的變化進行監測。

由于推送桿的連接采用M6螺栓、螺母連接，連接孔是φ6-6.5mm；推送桿與鉆孔應力計的連接，采用的是十字形螺旋槽與十字形推桿連接。雖然設計要求連接孔必須位于同一平面內，但是由于加工誤差的普遍存在，以及鉆孔的彎曲、不平順，最后導致15米深孔內的鉆孔應力傳感器油壓枕很大程度的不在水平面內，而是與水平面成一夾角。這樣就不能有效地測量出圍巖真實的垂直應力及其變化，不利于煤礦沖擊地壓應力變化的監測和預警，不利于煤礦安全生產。

發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種可精確監控三維安裝角度的鉆孔應力計及使用方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：