[發明專利]一種煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置及監測方法

在審

• 申請號: 202111085175.3
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113863917A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 亓佳利;胡善超;曹安業;張修峰;張治高;劉耀琪
• 申請（專利權）人: 山東能源集團有限公司;山東科技大學;中國礦業大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

本發明提供了一種煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置及監測方法，涉及采礦工程技術領域。該裝置包括多個監測單元，監測單元包括高壓囊體、應力傳感器、高壓應力監測儀、單向逆止閥、卸壓液壓閥、數據采集儀和加壓泵，單向逆止閥設置在監測單元之間連接高壓囊體，高壓囊體內填充有應力傳遞介質，高壓囊體內設置高壓應力監測儀，高壓應力監測儀將監測參數傳輸至數據采集儀，卸壓液壓閥設置在高壓囊體的連接端。該方法是在巷道內設置多組應力監測裝置，監測巷道煤體應力變化，確定應力峰值曲線。該裝置能夠實現鉆孔全長應力監測，并且安裝方便，保證了鉆孔和應力計的耦合，制作成本低。

技術領域

本發明具體涉及采礦工程技術領域，尤其是一種煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置及監測方法。

背景技術

隨著煤層開采深度逐年增加，煤礦沖擊地壓事故的防治已經成為礦井災害防治的重點。根據現有的研究沖擊地壓載荷和煤體應力變化有著密切的聯系，鉆孔應力監測預警也是沖擊地壓災害防治的有效手段之一，但是現有的鉆孔應力監測預警設備在沖擊危險發生前經常出現預警失效的問題。應力監測是煤巖體應力評估、沖擊地壓監測預警及防治措施效果檢測評價的重要手段，如何快速、準確、有效地監測煤巖體應力，成為防治沖擊地壓危險，保證礦井安全生產的關鍵。

目前常見的采動應力監測方法是充液膨脹枕式應力計，該類型應力計受油囊結構限制，只能監測垂向應力，對現場安裝要求較高，且在無法確定主應力方向時安裝具有一定盲目性。鉆孔應力計一般安裝在Φ42mm的鉆孔內，每個鉆孔一臺應力計，僅能測得應力計液壓枕一點處的應力；油壓枕式應力計需要專用安裝鉆桿進行安裝，在孔深度超過10m時安裝角度不易控制，導致監測精度降低甚至安裝失效，另外油壓枕式應力計還存在帶壓拉出情況，給現場應力監測帶來錯誤信息；現有的應力計多采用剛性材料，所以與鉆孔圍巖剛度耦合性差，尤其是在易塌孔的鉆孔中安裝時不易達到安裝要求，進而造成監測效果較差。

為增加鉆孔應力監測的現場實用性和適用性，提高沖擊地壓監測預警準確性，需要保證煤炭開采工作面前方兩巷道煤體采動應力場全空間應力曲線及全回采周期連續動態監測的可回收復用鉆孔應力監測裝置。

發明內容

為了實現鉆孔全長應力監測，方便鉆孔應力監測裝置的安裝方便，保證鉆孔與應力計的耦合，提升鉆孔應力監測的精度及其實用性，本發明提供了一種煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置及監測方法，具體的技術方案如下。

一種煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置，包括多個監測單元，所述監測單元包括高壓囊體、應力傳感器、高壓應力監測儀、單向逆止閥、卸壓液壓閥、數據采集儀和加壓泵，所述單向逆止閥設置在監測單元之間并連接高壓囊體，高壓囊體內填充有應力傳遞介質；所述高壓囊體內設置有高壓應力監測儀，高壓應力監測儀將監測參數傳輸至數據采集儀；所述卸壓液壓閥設置在高壓囊體的連接端；所述加壓泵控制高壓囊體內的壓力，數據采集儀設置在鉆孔外。

優選的是，多個監測單元的高壓囊體伸入鉆孔內，高壓囊體內充入應力傳遞介質并與鉆孔內壁耦合，高壓囊體沿鉆孔徑向和軸向布置。

優選的是，應力傳遞介質為液體或氣體，所述高壓囊體的長度為1-2m，直徑30-40mm，高壓囊體的膨脹尺寸為原尺寸的1-1.5倍；所述高壓應力監測儀的檢測范圍小于等于高壓囊體的額定工作壓力。

優選的是，單向逆止閥控制應力傳遞介質由鉆孔的孔口向孔底單向流動，所述卸壓液壓閥的開啟壓力小于高壓囊體的額定工作壓力。

還優選的是，高壓囊體與鉆孔內壁貼合實現了立體空間接觸監測，高壓囊體沿頂板鉆孔、底板鉆孔、巷幫鉆孔或傾斜鉆孔布置。

還優選的是，高壓應力監測儀與數據采集儀之間通過無線信息傳輸；所述煤體可回收鉆孔全長應力監測裝置在平行鉆孔內安裝，鉆孔長度相等。