CN104132761A - 多点煤岩体应力实时监测装置及方法 - Google Patents

多点煤岩体应力实时监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种多点煤岩体应力实时监测装置及方法，装置由数个胶囊压力感应器、连接杆、三通阀、多通道监测仪、多通道控制阀、第一高压油管、第二高压油管、第三高压油管、第四高压油管、高压油泵、监控分站组成。根据测试方案需求在钻孔中布置数个胶囊压力感应器，通过多通道控制阀分别往每个胶囊压力感应器中注入油液，使每个胶囊压力感应器中的油压达到预先设定的压力，实现胶囊压力感应器与煤岩体良好耦合。监测信号由多通道监测仪同步采集、转换、储存、显示，或通过监控分站传送至远程监控中心。可用于煤岩体应力监测、矿压分析、冲击地压以及煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害监测预警，能够实现在煤岩体的多个钻孔中同时测量多个测点的应力及其变化。

Description

多点煤岩体应力实时监测装置及方法
技术领域
本发明涉及多点煤岩体应力实时监测装置及方法，尤其适用于煤岩体多个钻孔中多个测点原岩应力或采动应力的同步监测，属矿山应力监测技术领域。
背景技术
在煤炭等资源井下开采过程中，开采活动破坏了煤岩原始应力平衡状态，引起采动空间周围的应力重新分布，形成“三带”分布。在采场和回采巷道周围，由于围岩应力的作用促使围岩发生变形、移动和破坏，可能出现顶板冒落与来压、顶底板移近、支架受载下缩、折损等矿压显现现象，也可能出现突水、煤与瓦斯突出、冲击地压等动力现象。
煤岩体应力大小是煤矿开采、支护及顶板设计、冲击地压以及煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害预防的基础参数，测试及评估煤岩体应力是矿压观测的主要内容。因此，对煤岩体应力进行实时监测是解决受采动影响的巷道矿压控制、开采程序设计、巷道位置合理选择与维护、冲击地压和煤与瓦斯突出预测和防治、承压水上煤体安全开采等重大技术问题的决策依据。
煤岩体未受采动影响前内部受力状态整体平衡、互相耦合，随着采动的影响，局部采动应力或能量发生聚积与耗散，同一轴线不同位置的应力大小各不相同。过去的应力测量主要侧重于单个测点，无法对煤岩体内部某一轴线多个测点的应力进行同步测量，无法反映钻孔深度方向上各点应力的同步变化。这对于揭示煤岩体内部应力分布及同步变化规律是远远不够的。相比而言，通过不同钻孔不同深度的传感器反映了煤岩体内不同深度的应力变化，多个测点应力同步实时监测更贴近于工程实际，对煤岩体内部应力进行多个测点同步监测对于揭示应力分布规律、确定动力灾害发生危险性以及煤岩动力灾害防治具有重要的实际意义和参考价值。
煤岩体应力的测试是非常复杂的工程。目前，国内外对于煤岩体应力的测试和监测取得了很多成果，提出了扁千斤顶法、应力解除法、水压致裂法、电磁辐射法、声发射法等应力监测方法，开发了CSIRO空心包体应变、UNSW空心包体应变计，小孔径水压致裂地应力测试装置，深孔地应力检测装置的伸缩式贴片头，钻孔变形计，油压枕等应力监测装置，但是都不能实现对煤岩体中一个钻孔内不同深度的应力进行实时监测。因此，设计一种安装简便，适应性强，能够对煤岩体一个钻孔中不同深度的应力进行同步监测的装置是非常必要的。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对目前煤岩体应力测试复杂、难操作，测试方案单一，采动应力监测适应性和及时性差等问题，提供一种能够实时、多测点、适应各种受载煤岩体(原始的煤岩体和破碎的煤岩体)、操作简便的煤岩体应力多点监测装置及方法。
技术方案：本发明的多点煤岩体应力实时监测装置，包括胶囊压力感应器、连接杆、三通阀、多通道监测仪、多通道控制阀、第一高压油管、第二高压油管、第三高压油管、第四高压油管、高压油泵、监控分站；所述的胶囊压力感应器为多个，经连接杆将多个胶囊压力感应器串连在一起，连接杆的个数与胶囊压力感应器的个数相同；每个胶囊压力感应器上均连有一根第一高压油管，各第一高压油管经连接杆穿出分别与三通阀相连，经三通阀分别与多通道监测仪和多通道控制阀相连，多通道控制阀与高压油泵相连。
一种使用上述装置的多点煤岩体应力实时监测方法，包括如下步骤：
a.根据监测需要确定监测区域及钻孔位置，并根据钻孔内监测点数及监测位置确定钻孔深度；
b.向煤岩体内部打钻至指定深度；
c.根据应力监测方案确定每段连接杆的长度，用连接杆将各胶囊压力感应器依次相连，将与各胶囊压力感应器相连接的第一高压油管穿过连接杆引出钻孔外，并把各胶囊压力感应器送入钻孔内部预定位置；
d.将引出钻孔外的第二高压油管、第三高压油管经三通阀分别与多通道监测仪和多通道控制阀相连接，多通道控制阀与高压油泵相连；
e.通过高压油泵经多通道控制阀向各胶囊压力感应器内注入油液，并保持压力稳定上升，当压力值达到设定压力并保持稳定时，停止注液，关闭三通阀，卸下多通道控制阀与高压油泵，用堵头封住注油孔；
f.各胶囊压力感应器感应煤岩体的应力，由多通道监测仪同步采集、转换、存储、显示数据，或通过监控分站将数据传送至远程监控中心，通过对监测数据分析确定钻孔内不同位置的实时应力分布及应力变化。
有益效果：本发明主要用于对原岩或破碎煤岩体中的多个钻孔内进行多个测点、连续、实时监测。通过在多个钻孔内布置多点煤岩体应力实时监测装置，形成区域性应力监测，可分析确定整个区域内应力场应力分布及变化规律。与现有技术相比，能够对同一轴线不同位置处的应力实时监测，安装及操作更快捷、简便，胶囊压力感应器与煤岩主动耦合性好，具有良好的适应性和稳定性，对生产影响较小，基本不受人工等外界干扰，不受煤岩体破碎程度影响，在原岩体中和破碎的煤岩体中均可进行连续测试，尤其适用于实时监测破碎煤岩地应力大小随采动距离的变化规律。本装置监测的数据由多通道监测仪采集、转换、储存、显示，也可以通过监控分站传送至远程监控中心，进而传输到各终端计算机，在地面计算机软件中可查看或分析地应力数据大小及其变化规律。通过在多个钻孔内布置多点煤岩体应力实时监测装置，形成区域性应力监测，可分析确定整个区域内应力场应力分布及变化规律。
附图说明
图1是本发明的多点煤岩体应力实时监测装置的结构示意图；
图2是本发明的多点煤岩体应力实时监测工作流程图；
图3是本发明的多孔多点煤岩体应力实时监测装置结构示意图。
图中：胶囊压力感应器1、连接杆2、三通阀3、多通道监测仪4、多通道控制阀5、第一高压油管6、第二高压油管7、第三高压油管8、第四高压油管9、高压油泵10、监测分站11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
实施例1：如图1所示，多点煤岩体应力实时监测装置结构示意图，该装置主要由胶囊压力感应器1、连接杆2、三通阀3、多通道监测仪4、多通道控制阀5、第一高压油管6、第二高压油管7、第三高压油管8、第四高压油管9、高压油泵10组成。胶囊压力感应器1为多个，根据需要设置，图1中为3个；多个胶囊压力感应器1经多个连接杆2串连在一起，连接杆2的个数与胶囊压力感应器1的个数相同；每个胶囊压力感应器1上均连有一根第一高压6油管，各第一高压油管6经连接杆2穿出分别与三通阀3相连，并分别经三通阀3与多通道监测仪4和多通道控制阀5相连，多通道控制阀5与高压油泵10相连。连接杆2两端分别连接前一个胶囊压力感应器1末端与后一个胶囊压力感应器1的前端，第一高压油管6连接第一个胶囊压力感应器1并依次穿过连接杆2、第一高压油管6穿出钻孔并接入三通阀3，三通阀3第二端通过第二高压油管7接入多通道监测仪4，第三端通过第三高压油管8接入多通道控制阀5，多通道控制阀5通过第四高压油管9与高压油泵10连接。
图2所示，多点煤岩体应力实时监测方法：
根据监测需要确定监测区域及钻孔位置，并根据钻孔内监测点数及监测位置确定钻孔深度；向煤岩体内部打钻至指定深度；根据应力监测方案确定每段连接杆2的长度，用连接杆2将各胶囊压力感应器1依次相连，将与各胶囊压力感应器1相连接的第一高压油管6穿过连接杆2引出钻孔外，并把各胶囊压力感应器1送入钻孔内部预定位置；将引出钻孔外的第二高压油管7、第三高压油管8经三通阀3分别与多通道监测仪4和多通道控制阀5相连接，多通道控制阀5与高压油泵10相连；通过高压油泵10经多通道控制阀5向各胶囊压力感应器1内注入油液，并保持压力稳定上升，当压力值达到设定压力并保持稳定时，停止注液，关闭三通阀3，卸下多通道控制阀5与高压油泵10，用堵头封住注油孔；各胶囊压力感应器感应煤岩体的应力，由多通道监测仪4同步采集、转换、存储、显示数据，或通过监控分站11将数据传送至远程监控中心，通过对监测数据分析确定钻孔内不同位置的实时应力分布及应力变化。

Claims (2)

1.一种多点煤岩体应力实时监测装置，其特征在于，它包括胶囊压力感应器(1)、连接杆(2)、三通阀(3)、多通道监测仪(4)、多通道控制阀(5)、第一高压油管(6)、第二高压油管(7)、第三高压油管(8)、第四高压油管(9)、高压油泵(10)、监控分站(11)；所述的胶囊压力感应器(1)为多个，经连接杆(2)将多个胶囊压力感应器(1)串连在一起，连接杆(2)的个数与胶囊压力感应器(1)的个数相同；每个胶囊压力感应器(1)上均连有一根第一高压油管(6)，各第一高压油管(6)经连接杆(2)穿出分别与三通阀(3)相连，经三通阀(3)分别与多通道监测仪(4)和多通道控制阀(5)相连，多通道控制阀(5)与高压油泵(10)相连。
2.一种使用如权利要求1所述装置的多点煤岩体应力实时监测方法，其特征在于包括如下步骤：
a.根据监测需要确定监测区域及钻孔位置，并根据钻孔内监测点数及监测位置确定钻孔深度；
b.向煤岩体内部打钻至指定深度；
c.根据应力监测方案确定每段连接杆(2)的长度，用连接杆(2)将各胶囊压力感应器(1)依次相连，将与各胶囊压力感应器(1)相连接的第一高压油管(6)穿过连接杆(2)引出钻孔外，并把各胶囊压力感应器(1)送入钻孔内部预定位置；
d.将引出钻孔外的第二高压油管(7)、第三高压油管(8)经三通阀(3)分别与多通道监测仪(4)和多通道控制阀(5)相连接，多通道控制阀(5)与高压油泵(10)相连；
e.通过高压油泵(10)经多通道控制阀(5)向各胶囊压力感应器(1)内注入油液，并保持压力稳定上升，当压力值达到设定压力并保持稳定时，停止注液，关闭三通阀(3)，卸下多通道控制阀(5)与高压油泵(10)，用堵头封住注油孔；
f.各胶囊压力感应器感应煤岩体的应力，由多通道监测仪(4)同步采集、转换、存储、显示数据，或通过监控分站(11)将数据传送至远程监控中心，通过对监测数据分析确定钻孔内不同位置的实时应力分布及应力变化。
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