CN103644986B - 一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，属于矿山设备技术领域。本发明包括锚杆部分和压力测量部分，压力测量部分安装在锚杆部分的杆体上，本发明与现有技术相比，无需为测量装置进行单独打孔作业，按照正常施工工序完成锚杆施工时，本发明的压力测量部分能够随着锚杆部分自动安装到位，完全省去了压力测量设备的安装工序，提高工作效率的同时，降低了人员的劳动强度；本发明利用四个压力传感器作为压力信号的采集器，且四个压力传感器以正四面体的中心为基点，均匀分布在正四面体的四个顶点，这种空间布局，能够满足对矿山压力大小及方向的测量，使测得的压力数据更加贴近真实值。

Description

一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置

技术领域

本发明属于矿山设备技术领域，特别是涉及一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置。

背景技术

随着矿井开采深度的增加，高地压力、矿山大变形等发生几率会逐渐增大，此时对矿山的稳定性和安全性要求也会进一步提高，现有手段便是采取检测矿山压力的方法，以便观测矿山活动规律，实现为矿山灾害预防提供科学依据。

目前对于矿山压力检测的装置主要有动态仪、压力盒、液压锚杆测力计等，但是这些设备在进行安装测量时，均需要进行单独打孔，而造成矿山的二次破坏，设备安装和测量过程繁琐，人员劳动强度大，且只能完成孔内单一方向上压力大小的测量，无法实现整体上对矿山压力的测量，即整体上无法测得矿山压力的大小和方向。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，无需单独打孔，当完成锚杆施工工序时，其压力测量部分能够随着锚杆自动安装到位，完全省去了压力测量设备的安装工序，提高工作效率的同时，降低了人员的劳动强度，且测量精度高，测量过程简单，测得的数值既能反映矿山压力的大小，又可以反映矿山压力的方向。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，包括锚杆部分和压力测量部分，所述锚杆部分包括自钻式锚头、杆体、止浆塞、垫板及螺母，所述螺母、垫板及止浆塞依次套装于杆体的一端，杆体的另一端设置有外螺纹，自钻式锚头内设置有内螺纹，自钻式锚头与杆体通过螺纹相连接；所述杆体设置为中空管结构，所述自钻式锚头上设置有注浆孔，注浆孔与杆体内部空腔相连通；

所述压力测量部分包括压力传感器、外管筒及内管筒，所述外管筒与内管筒同轴设置，压力传感器固装在外管筒与内管筒之间的环形间隙内，压力传感器的测量端与外管筒的内筒壁紧密接触配合，压力传感器的信号输出端通过缆线与外部计算机相连；

所述内管筒的内筒壁设置有内螺纹，压力测量部分通过内管筒与杆体螺纹连接；所述压力测量部分位于自钻式锚头下端的杆体上。

所述压力传感器的数量为四个，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器及第四压力传感器，四个压力传感器在空间上均匀分布在正四面体的四个顶点上，且四个压力传感器的中心线相交于正四面体中心。

所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器及第四压力传感器均采用单电容式压力传感器。

所述压力测量部分的外管筒外径小于自钻式锚头的外径。

所述压力测量部分至少为一个，若干压力测量部分分布于杆体的不同位置。

所述压力传感器所在的环形间隙内填充有绝缘填充物，绝缘填充物采用硅脂或绝缘树脂。

在所述外管筒上设置有缆线出线孔，在杆体上设置有缆线进线孔，压力传感器的信号传输用缆线依次穿过缆线出线孔、缆线进线孔与外部计算机相连。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，无需为测量装置进行单独打孔作业，按照正常施工工序完成锚杆施工时，本发明的压力测量部分能够随着锚杆自动安装到位，完全省去了压力测量设备的安装工序，提高工作效率的同时，降低了人员的劳动强度；本发明利用四个压力传感器作为压力信号的采集器，且四个压力传感器以正四面体的中心为基点，均匀分布在正四面体的的四个顶点，这种空间布局，能够满足对矿山压力大小及方向的测量，使测得的压力数据更加贴近真实值。

附图说明

图1为本发明的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置结构示意图；

图2为本发明的压力测量部分结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为图2中B-B剖视图；

图中，1—自钻式锚头，2—杆体，3—止浆塞，4—垫板，5—螺母，6—注浆孔，7—压力测量部分，8—缆线出线孔，9—缆线进线孔，10—第一压力传感器，11—第二压力传感器，12—第三压力传感器，13—第四压力传感器，14—外管筒，15—内管筒，16—绝缘填充物，17—缆线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3、4所示，一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，包括锚杆部分和压力测量部分7，所述锚杆部分包括自钻式锚头1、杆体2、止浆塞3、垫板4及螺母5，所述螺母5、垫板4及止浆塞3依次套装于杆体2的一端，杆体2的另一端设置有外螺纹，自钻式锚头1内设置有内螺纹，自钻式锚头1与杆体2通过螺纹相连接；所述杆体2设置为中空管结构，所述自钻式锚头1上设置有注浆孔6，注浆孔6与杆体2内部空腔相连通；

所述压力测量部分7包括压力传感器、外管筒14及内管筒15，所述外管筒14与内管筒15同轴设置，压力传感器固装在外管筒14与内管筒15之间的环形间隙内，压力传感器的测量端与外管筒14的内筒壁紧密接触配合，压力传感器的信号输出端通过缆线17与外部计算机相连；

所述内管筒15的内筒壁设置有内螺纹，压力测量部分7通过内管筒15与杆体2螺纹连接；所述压力测量部分7位于自钻式锚头1下端的杆体2上。

所述压力传感器的数量为四个，包括第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器12及第四压力传感器13，四个压力传感器在空间上均匀分布在正四面体的四个顶点上，且四个压力传感器的中心线相交于正四面体中心。

所述压力测量部分7的外管筒14外径小于自钻式锚头1的外径。

所述压力测量部分7至少为一个，若干压力测量部分7分布于杆体2的不同位置，能够满足对不同位置矿山压力大小及方向的测量。

所述第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器12及第四压力传感器13均采用单电容式压力传感器。

所述压力传感器所在的环形间隙内填充有绝缘填充物16，绝缘填充物16采用硅脂或绝缘树脂，进一步保证压力传感器的安全和稳定。

在所述外管筒14上设置有缆线出线孔8，在杆体2上设置有缆线进线孔9，压力传感器的信号传输用缆线17的一端首先穿过缆线出线孔8，位于外管筒14的外部，然后再通过缆线进线孔9进入杆体2中空腔内，直至从杆体2下端穿出，并位于杆体2外部，以便与外部计算机相连。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，压力测量部分7数量为一个，且安装位置靠近自钻式锚头1，具体如图1所示。利用钻机将锚杆部分整体打入矿山岩体中，此时压力测量部分7会随着锚杆部分进入矿山岩体内，然后固定好止浆塞3和垫板4，并锁紧螺母5，利用注浆设备向杆体2内部注入水泥砂浆，通过注浆孔6，水泥砂浆会流入杆体2与钻孔孔壁之间的空隙内，直到将全部空隙填满，等待水泥砂浆完全凝固，锚杆部分与矿山完全结合在一起。

将压力测量部分7的压力传感器信号传输用缆线17与用于数据计算统计的计算机相连。根据四个压力传感器在空间上均匀分布在正四面体的四个顶点上，且四个压力传感器的中心线相交于正四面体中心可知，第一、第二、第三及第四压力传感器相对于正四面体中心的方向向量分别为：

$\stackrel{}{n_1}=(\frac{\sqrt{6}}{3},0,-\frac{\sqrt{3}}{3}),\stackrel{\→}{n_2}=(0,\frac{\sqrt{6}}{3},\frac{\sqrt{3}}{3}),\stackrel{\→}{n_3}=(0,-\frac{\sqrt{6}}{3},\frac{\sqrt{3}}{3}),\stackrel{\→}{n_4}=(-\frac{\sqrt{6}}{3},0,-\frac{\sqrt{3}}{3});$

当矿山压力发生变化时，由第一、第二、第三及第四压力传感器可分别得到四个压力值F₁，F₂，F₃及F₄，结合四个压力传感器的方向向量，且由

$\stackrel{\→}{F}=F_1\·\stackrel{\→}{n_1}+F_2\·\stackrel{\→}{n_2}+F_3\·\stackrel{\→}{n_3}+F_4\·\stackrel{\→}{n_4}$

可知，

$\stackrel{\→}{F}=(\frac{\sqrt{6}}{3}(F_1-F_4),\frac{\sqrt{6}}{3}(F_2-F_3),\frac{\sqrt{3}}{3}(F_2+F_3-F_1-F_4))$

即可得到具有方向的矿山压力的值，最终实现了对矿山压力的精确测量，使测得的压力数据更加贴近真实值。

Claims (6)

1.一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：包括锚杆部分和压力测量部分，所述锚杆部分包括自钻式锚头、杆体、止浆塞、垫板及螺母，所述螺母、垫板及止浆塞依次套装于杆体的一端，杆体的另一端设置有外螺纹，自钻式锚头内设置有内螺纹，自钻式锚头与杆体通过螺纹相连接；所述杆体设置为中空管结构，所述自钻式锚头上设置有注浆孔，注浆孔与杆体内部空腔相连通；

所述压力测量部分包括压力传感器、外管筒及内管筒，所述外管筒与内管筒同轴设置，压力传感器固装在外管筒与内管筒之间的环形间隙内，压力传感器的测量端与外管筒的内筒壁紧密接触配合，压力传感器的信号输出端通过缆线与外部计算机相连；

所述内管筒的内筒壁设置有内螺纹，压力测量部分通过内管筒与杆体螺纹连接；所述压力测量部分位于自钻式锚头下端的杆体上；

所述压力传感器的数量为四个，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器及第四压力传感器，四个压力传感器在空间上均匀分布在正四面体的四个顶点上，且四个压力传感器的中心线相交于正四面体中心。

2.根据权利要求1所述的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器及第四压力传感器均采用单电容式压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：所述压力测量部分的外管筒外径小于自钻式锚头的外径。

4.根据权利要求1所述的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：所述压力测量部分至少为一个，若干压力测量部分分布于杆体的不同位置。

5.根据权利要求1所述的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：所述压力传感器所在的环形间隙内填充有绝缘填充物，绝缘填充物采用硅脂或绝缘树脂。

6.根据权利要求1所述的一种基于中空注浆锚杆结构的矿山压力测量装置，其特征在于：在所述外管筒上设置有缆线出线孔，在杆体上设置有缆线进线孔，压力传感器的信号传输用缆线依次穿过缆线出线孔、缆线进线孔与外部计算机相连。