CN104897044B - 直粘式孔壁应变测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于岩土、矿山工程中应变、地压量测的装置技术领域，具体讲是一种直粘式孔壁应变测量仪。它包括本体和用于推送本体的安装杆，本体包括测量线路以及依序连接的封孔座、连接管、基座、容胶管，封孔座设有第一液胀囊；围绕第二导液槽及部分容胶管的外表面覆盖具有弹性的第二液胀囊；封孔座的外表面设有封堵环；第一进液孔与第二进液孔通过连接管相互连通；封孔座右端与基座左端之间为供胶液注入被测钻孔的间隔；容胶管右端可滑动套接有活塞杆；测量线路的若干应变花设于第二液胀囊外表面。本发明具有应变片与孔壁为直接接触，安装成活率高的优点。

Description

直粘式孔壁应变测量仪

技术领域

本发明涉及用于岩土、矿山工程中应变、地压量测的装置技术领域，具体讲是一种直粘式孔壁应变测量仪。

背景技术

孔壁应变是原岩应力测试、采掘动压测试、岩爆监测、煤与瓦斯突出监测的核心指标，对于岩土及矿山施工极为重要。

目前，同功能的应变、应力量测装置包括空心包裹体、钻孔应力计两种，其中空心包裹体包括9装应变片、13装应变片和12装应变片三种，安装前，测量应变片预埋在空心软管外部，安装时以树脂二次灌封空心软管与孔壁的安装空隙，因应变片与孔壁为非直接接触，应力解算中需考虑间隔树脂的影响，增加了计算难度和测量误差；安装时以橡胶环卡入孔内封堵树脂，如孔壁渗水或过于粗糙会形成灌封空穴，甚至树脂流失，安装成活率不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种应变片与孔壁为直接接触，安装成活率高的直粘式孔壁应变测量仪。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种直粘式孔壁应变测量仪，它包括本体和用于推送本体的安装杆，本体包括测量线路以及依序连接的封孔座、连接管、基座、容胶管，封孔座设有依序连通的第一进液孔、第一导液孔、设于封孔座的外表面的环形的第一导液槽，围绕第一导液槽覆盖具有弹性的第一液胀囊，第一液胀囊的两端密封固定在封孔座的外表面上以使第一液胀囊与第一导液槽间形成第一密封膨胀腔；基座设有依序连通的第二进液孔、第二导液孔、设于基座的外表面的环形的第二导液槽，围绕第二导液槽及部分容胶管的外表面覆盖具有弹性的第二液胀囊，第二液胀囊的左端密封固定在基座的位于第二导液槽左侧的外表面上，第二液胀囊的右端密封固定在容胶管的外表面上，第二液胀囊与所述的第二导液槽及部分容胶管的外表面间形成第二密封膨胀腔；封孔座的外表面设有封堵环，封堵环位于第一液胀囊的右侧；第一进液孔与第二进液孔通过连接管相互连通；封孔座右端与基座左端之间为供胶液注入被测钻孔的间隔，基座设有导胶通孔连通间隔和容胶管这两者；容胶管右端可滑动套接有一用于挤压容胶管内的胶液向间隔运动的活塞杆；测量线路的若干应变花设于第二液胀囊外表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明以液体作为泵压介质，比如水，全程封闭，首先，活塞杆将胶液通过间隔注入被测钻孔与本体之间的位于封堵环右侧部分的间隙中，然后泵入液体使第一液胀囊和第二液胀囊起胀进行封堵和定位，这样，避免形成灌封空穴，甚至树脂流失，同时，设于第二液胀囊外表面测量线路的若干应变花将随着第二液胀囊起胀被贴在被测钻孔的孔壁上，待胶液固化后，所述若干应变花就被稳定固定在被测钻孔的孔壁上，综上，本发明具有应变片与孔壁为直接接触，安装成活率高的优点。

作为改进，测量线路包括周向均布在第二液胀囊外表面的三组四片装应变花以及埋设在封孔座的尾腔内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花，各应变花分别与十五芯屏蔽线电连接，十五芯屏蔽线经设于封孔座的第一电缆孔拉出在外，这样，可实现单应变仪同周期的多孔测量。

作为改进，安装杆包括与封孔座的左侧部分可拆式连接的定向连接套，定向连接套内部设有第二电缆孔和胶管孔，定向连接套内部还设有横向对开的贯通胶管孔的固管螺孔，固管螺孔内设有用于固定注液胶管的固管螺钉，定向连接套右端设有定向槽，封孔座的左侧部分设有与定向槽滑动配合的定向销，这样，安装中十五芯屏蔽线与注液胶管均保护在安装杆内，避免了安装中孔壁对二者的刮擦，设置了固管螺钉，确保了注液胶管随本体连接套的可靠退出。

作为改进，第一进液孔两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管和右铜管，右铜管为所述的连接管，所述的左铜管的左侧部分与注液胶管插接，所述的右铜管的右侧部分与第二进液孔螺纹连接，封孔座的外表面自左向右依序设有均为环形的第一捆扎槽、第一导液槽、第二捆扎槽、封堵环槽，这样，结构紧凑简单可靠，成本低。

作为改进，基座的外表面设有环形的第三捆扎槽，所述的部分容胶管的外表面设有环形的第四捆扎槽，第三捆扎槽、第二导液槽、第四捆扎槽自左向右依序分布，这样，结构紧凑简单可靠，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中A-A向剖面图；

图3是图1中B-B向剖面图；

图4是封孔座的结构示意图；

图5是基座的结构示意图；

图6是容胶管的结构示意图；

图7是塞入被测钻孔的示意图；

图8是活塞杆将胶液通过间隔注入被测钻孔与本体之间的位于封堵环右侧部分的间隙中的示意图；

图9是泵入液体使第一液胀囊和第二液胀囊起胀进行封堵和定位的示意图；

图中所示，1、安装杆，2、封孔座，3、连接管，4、基座，5、容胶管，6、第一进液孔，7、第一导液孔，8、第一导液槽，9、第一液胀囊，10、第二进液孔，11、第二导液孔，12、第二导液槽，13、第二液胀囊，14、封堵环，15、被测钻孔，16、间隔，17、导胶通孔，18、胶液，19、活塞杆，20、四片装应变花，21、尾腔，22、温度补偿及调零应变花，23、十五芯屏蔽线，24、第一电缆孔，25、定向连接套，26、第二电缆孔，27、胶管孔，28、固管螺孔，29、固管螺钉，30、定向槽，31、定向销，32、左铜管，33、第一捆扎槽，34、第二捆扎槽，35、封堵环槽，36、第三捆扎槽，37、第四捆扎槽，38、铁箍丝，39、树脂，40、应变花线组，41、可剪销，42、固定销，43、导向头，44、注液胶管。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本实施例给出的直粘式孔壁应变测量仪，它包括本体和用于推送本体的安装杆1，本体包括测量线路以及依序连接的封孔座2、连接管3、基座4、容胶管5，封孔座2设有依序连通的第一进液孔6、第一导液孔7、设于封孔座2的外表面的环形的第一导液槽8，围绕第一导液槽8覆盖具有弹性的第一液胀囊9，第一液胀囊9的两端密封固定在封孔座2的外表面上以使第一液胀囊9与第一导液槽8间形成第一密封膨胀腔；基座4设有依序连通的第二进液孔10、第二导液孔11、设于基座4的外表面的环形的第二导液槽12，围绕第二导液槽12及部分容胶管5的外表面覆盖具有弹性的第二液胀囊13，第二液胀囊13的左端密封固定在基座4的位于第二导液槽12左侧的外表面上，第二液胀囊13的右端密封固定在容胶管5的外表面上，第二液胀囊13与所述的第二导液槽12及部分容胶管5的外表面间形成第二密封膨胀腔；封孔座2的外表面设有封堵环14，封堵环14位于第一液胀囊9的右侧；第一进液孔6与第二进液孔10通过连接管3相互连通；封孔座2右端与基座4左端之间为供胶液18注入被测钻孔15的间隔16，基座4设有导胶通孔17连通间隔16和容胶管5这两者；容胶管5右端可滑动套接有一用于挤压容胶管5内的胶液18向间隔16运动的活塞杆19；测量线路的若干应变花设于第二液胀囊13外表面。

封堵环14采用橡胶环。

测量线路包括周向均布在第二液胀囊13外表面的三组四片装应变花20以及埋设在封孔座2的尾腔21内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花22，各应变花分别与十五芯屏蔽线23电连接，十五芯屏蔽线23经设于封孔座2的第一电缆孔24拉出在外；尾腔21内灌封树脂39，对尾腔21内相关零件起到固定或者密封作用；三组四片装应变花20通过经过间隔16的应变花线组40与十五芯屏蔽线23电连接。

安装杆1包括与封孔座2的左侧部分可拆式连接的定向连接套25，定向连接套25内部设有第二电缆孔26和胶管孔27，定向连接套25内部还设有横向对开的贯通胶管孔27的固管螺孔28，固管螺孔28内设有用于固定注液胶管44的固管螺钉29，定向连接套25右端设有定向槽30，封孔座2的左侧部分设有与定向槽30滑动配合的定向销31。

第一进液孔6两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管32和右铜管，右铜管为所述的连接管3，所述的左铜管32的左侧部分与注液胶管44插接，所述的右铜管的右侧部分与第二进液孔10螺纹连接，封孔座2的外表面自左向右依序设有均为环形的第一捆扎槽33、第一导液槽8、第二捆扎槽34、封堵环槽35。

基座4的外表面设有环形的第三捆扎槽36，所述的部分容胶管5的外表面设有环形的第四捆扎槽37，第三捆扎槽36、第二导液槽12、第四捆扎槽37自左向右依序分布。

封孔座2的尾腔21内预先灌封有作为温度补偿及调零应变花22的十字电阻式应变花，其灵敏系数与四片装应变花20相同，从而形成总十五芯十四片电路，因一般部件空间较小，十五芯屏蔽线23选用小径（外径5.7mm）的十五芯镀锡屏蔽电缆。初次测量前以温度补偿片、待测应变片及两个同值标准电阻组成惠斯顿电桥，电路调零后，以调零应变片替换待测应变片记下对应通路的调零值。后期每次测量时，先以温度补偿片、调零应变片及两个同值标准电阻组成惠斯顿电桥，调整应变仪的调零旋钮至先前记下的调零值，则实现了原通路的调零恢复，继而可开展同应变仪的同周期多孔应变量测用。

封孔座2、基座4、容胶管5的外表面上的各捆扎槽以铁箍丝38捆扎来封闭各液胀囊，泵入介质液后可起胀液胀囊，进而封孔、定心并提供粘帖背压，安装可靠性大为提高，如果不需回撤注液胶管44，则固管螺钉29不用拧紧，可在注液胶管44上安装单向阀以全程保压，具有封闭测量应变花防止树脂胶体风化之功能。

容胶管5的左端开设安装固定销42的第一销孔，固定销42使基座4和容胶管5连接在一起，容胶管5的右端开设安装可剪销41的第二销孔，可剪销41在横向剪断前用于固定连接容胶管5和活塞杆19，导向头43抵达孔底后可剪销41被剪断，胶液18被活塞杆19挤入孔壁附近间隙，即活塞杆将胶液通过间隔注入被测钻孔与本体之间的位于封堵环右侧部分的间隙中；胶液18为粘贴树脂。

如附图7至附图9，为表示简洁，附图标记简化，大部分附图标记未标注，直粘式孔壁应变测量仪安装过程可细分为送入阶段、挤压胶液18阶段和起胀粘贴阶段，待胶液18硬化后可抽拉安装杆1退出安装部分。

安装杆1的表层为薄壁不锈钢管，各铜管为外径6mm的铜管，各液胀囊均为丁基胶管，定向连接套25、封孔座2、基座4、活塞杆19为轻质铝棒或有机玻璃棒加工而成，三组四片装应变花20沿第二液胀囊13外表面互成120°粘帖，即周向均布；可剪销41可选用木棒、牙签或铝线；其余部件为国标五金件。

与现有技术相比，本实施例给出的直粘式孔壁应变测量仪具有以下优点：

1.本发明有十五线十四片线路结构，具备温度补偿和调零功能，可实现单应变仪同周期多孔量测，特别适合需要对应变进行多点监测的动压、监测岩爆、煤与瓦斯突出防治工程中。

2.变革空心包体应力计的无压灌注式安装为本发明的有压密贴式安装，对于渗水钻孔或孔壁较为粗糙的钻孔更为适用，同时避开了应变与应力解算中树脂层的影响，计算难度和误差大为减小；

3.安装对胶体体积要求不严格，避免了灌注空穴、胶体流失、封孔不严对安装成活率影响，第一液胀囊9和第二液胀囊13起胀同时起到定位同心、有压粘帖、封堵防止胶液固化后的胶体风化之作用。

本文中所描述具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种直粘式孔壁应变测量仪，它包括本体和用于推送本体的安装杆（1），本体包括测量线路以及依序连接的封孔座（2）、连接管（3）、基座（4）、容胶管（5），其特征在于，封孔座（2）设有依序连通的第一进液孔（6）、第一导液孔（7）、设于封孔座（2）的外表面的环形的第一导液槽（8），围绕第一导液槽（8）覆盖具有弹性的第一液胀囊（9），第一液胀囊（9）的两端密封固定在封孔座（2）的外表面上以使第一液胀囊（9）与第一导液槽（8）间形成第一密封膨胀腔；基座（4）设有依序连通的第二进液孔（10）、第二导液孔（11）、设于基座（4）的外表面的环形的第二导液槽（12），围绕第二导液槽（12）及部分容胶管（5）的外表面覆盖具有弹性的第二液胀囊（13），第二液胀囊（13）的左端密封固定在基座（4）的位于第二导液槽（12）左侧的外表面上，第二液胀囊（13）的右端密封固定在容胶管（5）的外表面上，第二液胀囊（13）与所述的第二导液槽（12）及部分容胶管（5）的外表面间形成第二密封膨胀腔；封孔座（2）的外表面设有封堵环（14），封堵环（14）位于第一液胀囊（9）的右侧；第一进液孔（6）与第二进液孔（10）通过连接管（3）相互连通；封孔座（2）右端与基座（4）左端之间为供胶液（18）注入被测钻孔（15）的间隔（16），基座（4）设有导胶通孔（17）连通间隔（16）和容胶管（5）这两者；容胶管（5）右端可滑动套接有一用于挤压容胶管（5）内的胶液（18）向间隔（16）运动的活塞杆（19）；测量线路的若干应变花设于第二液胀囊（13）外表面。

2.根据权利要求1所述的直粘式孔壁应变测量仪，其特征在于，测量线路包括周向均布在第二液胀囊（13）外表面的三组四片装应变花（20）以及埋设在封孔座（2）的尾腔（21）内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花（22），各应变花分别与十五芯屏蔽线（23）电连接，十五芯屏蔽线（23）经设于封孔座（2）的第一电缆孔（24）拉出在外。

3.根据权利要求1所述的直粘式孔壁应变测量仪，其特征在于，安装杆（1）包括与封孔座（2）的左侧部分可拆式连接的定向连接套（25），定向连接套（25）内部设有第二电缆孔（26）和胶管孔（27），定向连接套（25）内部还设有横向对开的贯通胶管孔（27）的固管螺孔（28），固管螺孔（28）内设有用于固定注液胶管（44）的固管螺钉（29），定向连接套（25）右端设有定向槽（30），封孔座（2）的左侧部分设有与定向槽（30）滑动配合的定向销（31）。

4.根据权利要求1所述的直粘式孔壁应变测量仪，其特征在于，第一进液孔（6）两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管（32）和右铜管，右铜管为所述的连接管（3），所述的左铜管（32）的左侧部分与注液胶管（44）插接，所述的右铜管的右侧部分与第二进液孔（10）螺纹连接，封孔座（2）的外表面自左向右依序设有均为环形的第一捆扎槽（33）、第一导液槽（8）、第二捆扎槽（34）、封堵环槽（35）。

5.根据权利要求1所述的直粘式孔壁应变测量仪，其特征在于，基座（4）的外表面设有环形的第三捆扎槽（36），所述的部分容胶管（5）的外表面设有环形的第四捆扎槽（37），第三捆扎槽（36）、第二导液槽（12）、第四捆扎槽（37）自左向右依序分布。