CN102998030B - 岩体应力监测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测岩体、巷道围岩内部应力的应力监测装置。本发明岩体应力监测仪，包括油压转换器、变送器和采集仪，油压转换器包括承压盖板和油压缸体，在油压缸体上开设有油缸孔，在油缸孔内安装有圆柱形的承压柱塞，承压柱塞的上端与承压盖板连接，在油压缸体上设置有与油缸孔的下端连通的第一油路；变送器包括变送器壳体和应力传感器，在变送器壳体内开设有油腔，应力传感器通过安装孔安装在油腔内，在变送器壳体上还开设有与油腔连通的第二、第三油路，第二油路通过油管与第一油路连通，在第三油路上还开设有截留阀门，应力传感器与采集仪连接。本装置能够迅速准确检测出岩体内的微小应力变化。

Description

岩体应力监测仪
技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种用于监测岩体、巷道围岩内部应力的应力监测装置。
背景技术
目前，工程中检测应力的传感器和监测仪种类较多，各具特色，各有其适用范围，但是，对土木、水利、道路、矿山的开采及地下工程中岩体、巷道岩层内部的应力自动监测和预报的仪器却不多见，尤其是对高精度、大位移的实时自动监测几乎是空白，例如，在煤炭开采中巷道围岩内部应力突变引起的冲击矿压、煤炭回采时采掘对巷道顶（底）板、煤柱等岩层内部位移变化引起的冒顶、底臌、岩爆等引起的安全事故。至今尚缺少可靠的，能够实时自动监测和预报的仪器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、应力检测精度高的实时岩体应力监测仪。
本发明岩体应力监测仪，包括油压转换器、变送器和采集仪，油压转换器包括承压盖板和油压缸体，在油压缸体上开设有油缸孔，油缸孔为盲孔，在油缸孔内安装有圆柱形的承压柱塞，承压柱塞与油缸孔的孔壁之间通过密封圈密封，承压柱塞的上端与承压盖板连接，在油压缸体上设置有第一油路，第一油路的内端与油缸孔的下端连通；变送器包括变送器壳体和应力传感器，在变送器壳体内开设有油腔，在变送器壳体上开设有与油腔连通的安装孔，应力传感器通过安装孔安装在油腔内，应力传感器与安装孔孔壁之间密封设置，在变送器壳体上还开设有第二油路和第三油路，第二油路的内端与油腔连通，第二油路的外端通过油管与油压缸体上的第一油路外连通，第三油路的内端与油腔连通，在第三油路上还设有截留阀门，应力传感器与采集仪连接。
本发明岩体应力监测仪，其中所述承压柱塞的上端与承压盖板为刚性连接或者铰接。
本发明岩体应力监测仪，其中所述油压转换器为圆柱形，承压盖板的上表面为圆弧面。通过将承压盖板的上表面设置为圆弧面，以使其能够与岩孔孔壁相贴合。
本发明岩体应力监测仪，其中所述承压盖板上还设置有圆弧形防护罩，防护罩覆盖在承压盖板上，防护罩的前侧下部覆盖在油压缸体的前侧面上，防护罩的后侧下部覆盖在油压缸体的后侧面上。通过设置防护罩，能够防止岩孔孔壁上掉落的岩石碎屑油压缸体与承压盖板之间的间隙里，避免岩石碎屑阻碍承压柱塞在油缸孔内的滑动，而导致测量误差。
本发明岩体应力监测仪，其中所述承压柱塞的上端与承压盖板的中部连接。
本发明岩体应力监测仪，其中所述油管为金属管。
本发明岩体应力监测仪，其中所述应力传感器与采集仪通过信号缆线连接。
本发明岩体应力监测仪与现有技术不同之处在于本发明通过在油压转换器上设置承压盖板、与承压盖板连接的承压柱塞以及油缸孔，在变送器上设置油腔和应力传感器，变送器上的油腔通过油管与油压转换器上的油缸孔连通，通过设置在变送器壳体上的第三油路向油腔内注入压力油，压力油通过油管进入油缸孔，将油缸孔内安装的承压柱塞顶起，从而使承压柱塞上端连接的承压盖板与岩孔壁紧密接触，岩孔壁上的压力依次通过承压盖板、承压柱塞传递给压力油，然后通过压力油传递给安装在油腔内的应力传感器，应力传感器将采集到的信号传递给采集仪，从而得到岩体内的应力，由于该装置是通过压力油来传递压力的，因此能够实时迅速准确的检测出微小的压力变化。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明岩体应力监测仪的主视剖视图；
图2为本发明岩体应力监测仪的俯视图；
图3为本发明岩体应力监测仪沿AA方向的剖视图（承压盖板顶起）；
图4为本发明岩体应力监测仪沿A-A方向的剖视图（承压盖板落下）。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明岩体应力监测仪包括油压转换器1、变送器2和采集仪3。结合图4所示，油压转换器1呈圆柱形，包括油压缸体102和位于油压缸体102上侧的承压盖板101，在油压缸体102的上侧表面上开设有油缸孔103，油缸孔103为盲孔，在油缸孔103内安装有圆柱形的承压柱塞104，承压柱塞104与油缸孔103孔壁之间通过密封圈密封，承压柱塞104的上端与承压盖板101的中部下端刚性连接或者铰接。承压盖板101上还固定设置有圆弧形防护罩106，防护罩106覆盖贴合在承压盖板101上，防护罩106的前侧下部覆盖在油压缸体102的前侧面上，防护罩106的后侧下部覆盖在油压缸体102的后侧面上。在油压缸体102上设置有第一油路105，第一油路105的内端与油缸孔103的下端连通。
变送器2包括变送器壳体201和应力传感器202，在变送器壳体201内设置有油腔203，在变送器壳体201的上端面上开设有与油腔203连通的安装孔204，应力传感器202通过安装孔204安装在油腔203内，应力传感器202与安装孔204孔壁之间密封设置，本实施例中通过密封圈密封，也可以通过过盈配合实现密封。
在变送器2壳体上还开设有第二油路205和第三油路206，第二油路205的内端与油腔203连通，第二油路205的外端通过油管接头和油管4与油压缸体102上的第一油路105的外端连通，第三油路206的内端与油腔203连通，在第三油路206上还开设有截留阀门207，应力传感器202与采集仪3通过信号缆线5连接，当然也可以采用无线连接等其他信号传输方式。本实施中油管4为金属管，也可以采用橡胶管，油管4的耐压值大于应力监测仪的最大量程。。
本发明岩体应力监测仪的工作过程为：
首先将岩体应力监测仪安装在岩体或巷道围岩上所钻的岩孔内，然后将油泵6与变送器2的第三油路206的外端连接，结合图3所示，通过油泵6加压使承压柱塞104驱动承压盖板101上升，观察油泵6上油压表读数，当油压值由零突然增加时，表明承压盖板101与岩孔壁紧密接触，再关闭截留阀门207并取下油泵6，当岩孔壁的压力传递到承压盖板101上时，岩孔壁的压力通过承压柱塞104和油缸孔103、第一油路105、油管4、第二油路205、油腔203内的压力油传递到应力传感器202，应力传感器202将应力信息转换为电信号，电信号通过信号缆线5传送到采集仪3。
当油管4为金属管时，可以直接通过油管4将油压转换器1送入岩孔内，如果油管4采用较软的橡胶管时，可以通过辅助推杆将油压转换器1送入岩孔内。
本发明岩体应力监测仪既可监测岩层内部应力，也可监测应力变化速率，实现对井下巷道顶板及围岩体岩层应力远距离实时自动监测。当应力变化速率超过安全界限时，系统可从地面监控总站实施对井下巷道自动报警，避免因偏帮、顶板冒落、冲击矿压引起的安全事故。
本发明岩体应力监测仪将巷道围岩应力转换为油压力，通过应力传感器检测油压力，从而得到巷道围岩应力，本岩体应力监测仪的承压柱塞可在油缸孔内上升，使承压盖板与围岩孔壁紧密接触，因而能够准确地检测出微小的压力变化。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种岩体应力监测仪，包括油压转换器(1)、变送器(2)和采集仪(3)，其特征在于：所述油压转换器(1)包括承压盖板(101)和油压缸体(102)，在油压缸体(102)上开设有油缸孔(103)，所述油缸孔(103)为盲孔，在所述油缸孔(103)内安装有圆柱形的承压柱塞(104)，承压柱塞(104)与油缸孔(103)孔壁之间通过密封圈密封，承压柱塞(104)的上端与承压盖板(101)连接，在油压缸体(102)上设置有第一油路(105)，所述第一油路(105)的内端与油缸孔(103)的下端连通，
所述变送器(2)包括变送器壳体(201)和应力传感器(202)，在变送器壳体(201)内开设有油腔(203)，在变送器壳体(201)上开设有与油腔(203)连通的安装孔(204)，所述应力传感器(202)通过安装孔(204)安装在油腔(203)内，所述应力传感器(202)与安装孔(204)孔壁之间密封设置，在变送器(2)壳体上还开设有第二油路(205)和第三油路(206)，所述第二油路(205)的内端与油腔(203)的外端连通，第二油路(205)的外端通过油管(4)与油压缸体(102)上的第一油路(105)连通，所述第三油路(206)的内端与油腔(203)连通，在第三油路(206)上还设有截留阀门(207)，所述应力传感器(202)与所述采集仪(3)连接。
2.根据权利要求1所述的岩体应力监测仪，其特征在于：所述承压柱塞(104)的上端与承压盖板(101)为刚性连接或者铰接。
3.根据权利要求1或2所述的岩体应力监测仪，其特征在于：所述油压转换器(1)为圆柱形，所述承压盖板(101)的上表面为圆弧面。
4.根据权利要求3所述的岩体应力监测仪，其特征在于：所述承压盖板(101)上还设置有圆弧形防护罩(106)，所述防护罩(106)覆盖在承压盖板(101)上，所述防护罩(106)的前侧下部覆盖在油压缸体(102)的前侧面上，所述防护罩(106)的后侧下部覆盖在油压缸体(102)的后侧面上。
5.根据权利要求4所述的岩体应力监测仪，其特征在于：所述承压柱塞(104)的上端与承压盖板(101)的中部连接。
6.根据权利要求1所述的岩体应力监测仪，其特征在于：所述应力传感器(202)与所述采集仪(3)通过信号缆线(5)连接。
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