CN104964667A - 零位记忆泵注式包体应变计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种安装定位精度大幅提高的零位记忆泵注式包体应变计，它包括安装部分和用于推送安装部分的安装杆，安装部分包括测量线路以及依序连接的孔口端盖、包体基管、孔底端盖，孔口端盖和孔底端盖均设有封堵环以及依序连通的进胶孔、导胶孔、设于外表面的环形导胶槽，导胶槽覆盖胶胀囊，孔口端盖的进胶孔与孔底端盖的进胶孔相互连通；孔底端盖设有调压孔、出胶孔，调压孔内设有用于控制出胶孔与导胶孔之间通断的调压组件，出胶孔出口位于孔底端盖外表面，且位于孔底端盖的胶胀囊的左侧。本发明使应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。
Description
技术领域
本发明涉及岩土、矿山工程中应变及地压量测装置技术领域，具体讲是一种零位记忆泵注式包体应变计,适用于基于孔壁应变的原岩应力实测、采掘动压分布实测、岩爆及煤与瓦斯突出的应变前兆监测等。
背景技术
实测或过程监测孔壁应变是原岩应力测试、采掘动压测试、岩爆及煤与瓦斯突出的前兆检测的重要指标，对于隧洞开挖、采掘施工极为重要。
目前，用于原岩应力测量的空心包体应变计的应变花组包括9装应变片、13装应变片和12装应变片三种，不能实现各通道线路的重复归零，受制于有限的应变仪通道数目，一个周期内单应变仪只能量测单孔应变。其安装机制为以橡胶环卡入孔内来封堵树脂，如孔壁渗水或过于粗糙会形成灌封空穴，橡胶环磨损过大会造成封孔不严，进而树脂流失，导致安装定位精度较低，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性不高，安装成活率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种安装定位精度大幅提高的零位记忆泵注式包体应变计，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种零位记忆泵注式包体应变计，它包括安装部分和用于推送安装部分的安装杆，安装部分包括测量线路以及依序连接的孔口端盖、包体基管、孔底端盖，孔口端盖和孔底端盖均设有封堵环以及依序连通的进胶孔、导胶孔、设于外表面的环形导胶槽，围绕导胶槽覆盖具有弹性的胶胀囊，胶胀囊的两端密封固定在所述外表面上以使胶胀囊与导胶槽形成密封膨胀腔，孔口端盖的封堵环位于胶胀囊左侧，孔底端盖的封堵环位于胶胀囊右侧，孔口端盖的进胶孔与孔底端盖的进胶孔相互连通；孔底端盖设有与导胶孔连通的调压孔、与调压孔连通的出胶孔，调压孔内设有用于控制出胶孔与导胶孔之间通断的调压组件，出胶孔的出口位于孔底端盖外表面，且位于孔底端盖的胶胀囊的左侧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
封堵环能够实现扫孔的目的，同时防止异物进入两封堵环之间的区域，使该区域利于灌注胶；调压组件设定的压力能够控制胶的压力，灌注压力可通过调压组件预先设定，灌注过程大致为，首先胶胀囊的起胀既实现了封孔，又实现了安装部分与钻孔的同心同轴，接着压力突破调压组件设定的压力，持续注入胶将使胶通过出胶孔进入两胶胀囊之间的区域，通过压力灌注，利于防水，避免形成硬化空穴，起胀压力作用下安装部分轴线与钻孔轴线重合，利于测量线路中的应变花的均布粘帖，从而实现灌注空穴大幅减少，安装定位精度大幅提高，应变测量数据的可靠性与有效性得以提高的目的；总之，本发明具有安装定位精度大幅提高的优点，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。
作为改进，测量线路包括周向均布灌封在包体基管外环面的三组四片装应变花以及埋设在孔口端盖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孔口端盖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，安装杆包括杆连接套、与孔口端盖的左侧部分可拆式连接的本体连接套，杆连接套内部和本体连接套内部均设有第二电缆孔和胶管孔，所述的本体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与进胶孔插接的注胶管的固管螺钉，本体连接套右端开有用于推送安装部分的定向槽，孔口端盖的左侧部分设有与定向槽滑动配合的定向销钉，定向销钉位于孔口端盖的封堵环的左侧，这样，安装中十五芯屏蔽线与注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，确保了注胶管随本体连接套的可靠退出。
作为改进，所述的孔口端盖的进胶孔为进胶通孔，孔底端盖的进胶孔为进胶盲孔，进胶通孔两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管和右铜管，所述的左铜管的左侧部分与注胶管插接，所述的右铜管右侧部分与进胶盲孔连接，孔口端盖的外环面自左向右依序开有均为环形的封堵环槽、第一捆扎槽、导胶槽、第二捆扎槽，以横向导胶孔连通进胶通孔和导胶槽，在孔口端盖的邻接电缆孔右端的部分周向均布有三个穿线孔，这样，结构紧凑简单可靠，成本低。
作为改进，所述的包体基管两端加工成分别与孔口端盖和孔底端盖配合的台阶，包体基管为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管，这样，选用无缝钢管、厚壁铝管、铜管形成硬包体，亦可选用环氧树脂管、PE管、PVC管形成软包体，在应变解算中就能将包体基管的厚度、弹模及泊松比参与其中，分别应对硬岩及软岩，被测孔壁的弹性变形范围更宽，测量精度更高。
作为改进，调压孔依序设有内螺纹段和顶压段，内螺纹段与出胶孔连通，顶压段与导胶孔连通，内螺纹段的直径大于顶压段的直径；孔底端盖的外环面自左向右依次开有均为环形的封堵环槽、第一捆扎槽、导胶槽、第二捆扎槽、橡胶环槽，出胶槽与出胶孔的出口连通；孔底端盖右端为锥形导向头，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Ⅰ-Ⅰ向剖面图；
图3是图1中Ⅱ-Ⅱ向剖面图；
图4是孔口端盖的结构示意图；
图5是孔底端盖的结构示意图；
图6是泵胶阶段示意图；
图7是安装完毕示意图；
图中所示，1、安装杆，2、连接螺钉，3、十五芯屏蔽线，4、注胶管，5、杆连接套，6、本体连接套，7、固管螺钉，8、孔口端盖，9、定向销钉，10、灌封树脂，11.1、左铜管，11.2、右铜管，12、封堵环，13、温度补偿及调零应变花，14、铁箍丝，15、胶胀囊，16、应变花线组，17、包体基管，18、四片装应变花，19、孔底端盖，20、调压螺钉，21、压簧，22、阀球，24、第一电缆孔，25、胶管孔，26、固管螺孔，27、定向槽，28、尾腔，29、销钉孔，30、封堵环槽，30.1、第一捆扎槽，30.2、第二捆扎槽，31、第二电缆孔，32、进胶通孔，33、导胶槽，34、导胶孔，35.1、第三捆扎槽，35.2、第四捆扎槽，36、穿线孔，37、孔口端盖前腔，38、台阶，39、包体内腔，40、出胶槽，41、进胶盲孔，42、导向头，44、出胶孔，45、调压孔，46、压力灌封胶，47、被测钻孔。
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。
本实施例给出的零位记忆泵注式包体应变计，它包括安装部分和用于推送安装部分的安装杆1，安装部分包括测量线路以及依序连接的孔口端盖8、包体基管17、孔底端盖19，孔口端盖8和孔底端盖19均设有封堵环12以及依序连通的进胶孔、导胶孔34、设于外表面的环形导胶槽33，围绕导胶槽33覆盖具有弹性的胶胀囊15，胶胀囊15的两端密封固定在所述外表面上以使胶胀囊15与导胶槽33形成密封膨胀腔，孔口端盖8的封堵环12位于胶胀囊15左侧，孔底端盖19的封堵环12位于胶胀囊15右侧，孔口端盖8的进胶孔与孔底端盖19的进胶孔相互连通；孔底端盖19设有与导胶孔34连通的调压孔45、与调压孔45连通的出胶孔44，调压孔45内设有用于控制出胶孔44与导胶孔34之间通断的调压组件，出胶孔44的出口位于孔底端盖19外表面，且位于孔底端盖19的胶胀囊15的左侧。
封堵环12采用橡胶环。
测量线路包括周向均布灌封在包体基管17外环面的三组四片装应变花18以及埋设在孔口端盖8的尾腔28内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花13，各应变花分别与十五芯屏蔽线3电连接，十五芯屏蔽线3经设于孔口端盖8的第一电缆孔24拉出在外。
安装杆1包括杆连接套5、与孔口端盖8的左侧部分可拆式连接的本体连接套6，安装杆1的表层与杆连接套5、本体连接套6通过连接螺钉2相互连接，杆连接套5内部和本体连接套6内部均设有第二电缆孔31和胶管孔25，所述的本体连接套6内部还设有横向对开的贯通胶管孔25的固管螺孔26，固管螺孔26内设有用于固定与进胶孔插接的注胶管4的固管螺钉7，本体连接套6右端开有用于推送安装部分的定向槽27，孔口端盖8的左侧部分设有与定向槽27滑动配合的定向销钉9，定向销钉9位于孔口端盖8的封堵环12的左侧，定向销钉9与设于孔口端盖8的销钉孔29连接。
所述的孔口端盖8的进胶孔为进胶通孔32，孔底端盖19的进胶孔为进胶盲孔41，进胶通孔32两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管11.1和右铜管11.2，所述的左铜管11.1的左侧部分与注胶管4插接，所述的右铜管11.2右侧部分与进胶盲孔41连接，孔口端盖8的外环面自左向右依序开有均为环形的封堵环槽30、第一捆扎槽30.1、导胶槽33、第二捆扎槽30.2，以横向导胶孔34连通进胶通孔32和导胶槽33，在孔口端盖8的邻接电缆孔24右端的部分周向均布有三个穿线孔36，即邻接电缆孔24右端的的孔口端盖前腔37周向均布有三个穿线孔36，孔口端盖前腔37用灌封树脂10填充。
所述的包体基管17两端加工成分别与孔口端盖8和孔底端盖19配合的台阶38，该配合为紧配合，包体基管17两端之间为包体内腔39，包体基管17为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管。
调压孔45依序设有内螺纹段和顶压段，内螺纹段自左向右的一部分为内螺纹，内螺纹段与出胶孔44连通，顶压段与导胶孔34连通，内螺纹段的直径大于顶压段的直径；孔底端盖19的外环面自左向右依次开有均为环形的出胶槽40、第三捆扎槽35.1、导胶槽33、第四捆扎槽35.2、封堵环槽30，出胶槽40与出胶孔44的出口连通；孔底端盖19右端为锥形导向头42。
安装杆1的表层由薄壁不锈钢管切割而成，杆连接套5、本体连接套6采用无缝钢管加工而得，孔口端盖8、孔底端盖19采用铝合金棒加工，左铜管11.1、右铜管11.2均以毛细铜管加工，胶胀囊15材质为丁基胶管，其余零件均为标准件。
如图1所示，本发明的安装部分组装时，首先将十五芯屏蔽线3焊接好温度补偿及调零应变花13并置入孔口端盖8的尾腔28内，尾腔28内用灌封树脂10起到密封兼保护的作用，拧接左铜管11.1与孔口端盖8，螺纹处涂抹密封胶或缠绕密封带以免漏胶，芯线分三股为应变花线组16后两端灌封树脂胶并硬化，依次连接接右铜管11.2、包体基管17、调压螺钉20、压簧21、阀球22、孔底端盖19，焊接应变花线组16与四片装应变花18，外层涂抹一薄层灌封树脂10以保护测量应变花18，待灌封树脂10固化后套入胶胀囊15、封堵环12，铁箍丝14拧紧密封胶胀囊15，如述安装部分组装完毕。
本发明设置有包括注胶管4、左铜管11.1、右铜管11.2、孔口端盖8、孔底端盖19的注胶通道，并由胶胀囊15封闭，当胶液压力低于调压螺钉20、压簧21、阀球22三者设置的阀芯压力时，胶胀囊15首先起胀，使得应变计封孔与定心，随着泵注压力的提高，阀球22被打开胶液注入应变计与被测钻孔47的孔壁之间的间隙完成有压灌胶。
本发明的安装过程为，如图6、7，为清楚示意，标记进行了简化：
本发明安装前将被测钻孔47按要求打好，连接好安装部分与本体连接套6，将注胶管4套入左铜管11.1，拧紧固管螺钉7，依次在杆连接套5内插入注胶管4和十五芯屏蔽线3，连接杆连接套5及各节安装杆1，推送安装部分至孔底。
安装部分送入到位后，可在注胶管4的孔外端连接手摇注胶泵的出胶口泵入压力灌封胶46，沿注胶通道起胀胶胀囊15，后注入应变计与被测钻孔47的孔壁之间的间隙，待间隙内胶液固化后抽拉安装杆1，可将注胶管4、杆连接套5、本体连接套6共同撤出，之后可开展应变量测。
与现有现有技术比，本实施例给出的零位记忆泵注式包体应变计具有如下优点：
1．由于设定了调零应变片，可实现单个应变仪对多个应变计的同观测周期量测，大幅降低了动压测试中需要多孔量测的配套成本；
2．设计的包体基管17可选用环氧树脂管、PE管、PVC管形成软包体，亦可选用无缝钢管、厚壁铝管形成硬包体，在应变解算基管的厚度、弹模及泊松比参与其中，分别应对硬岩及软岩，孔壁的弹性变形范围更宽，测量精度更高；
3．设计了泵注式注胶封闭通道，安装部分的灌注压力可通过调压组件预先设定，胶胀囊15的起胀既实现了封孔，又实现了本体与被测钻孔47的同心同轴，灌注空穴大幅减少，安装定位精度大幅提高，应变测量数据的可靠性与有效性得以提高；
4．安装中十五芯屏蔽线3与注胶管4均保护在安装杆1内，避免了安装中被测钻孔47的孔壁对二者的刮擦，设置了固管螺钉7，确保了注胶管4随本体连接套6的可靠退出；
5．本零位记忆泵注式包体应变计零部件选材普及，加工与组装方便，便于安装测量。
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 (6)
1. 一种零位记忆泵注式包体应变计，它包括安装部分和用于推送安装部分的安装杆（1），安装部分包括测量线路以及依序连接的孔口端盖（8）、包体基管（17）、孔底端盖（19），其特征在于，孔口端盖（8）和孔底端盖（19）均设有封堵环（12）以及依序连通的进胶孔、导胶孔（34）、设于外表面的环形导胶槽（33），围绕导胶槽（33）覆盖具有弹性的胶胀囊（15），胶胀囊（15）的两端密封固定在所述外表面上以使胶胀囊（15）与导胶槽（33）形成密封膨胀腔，孔口端盖（8）的封堵环（12）位于胶胀囊（15）左侧，孔底端盖（19）的封堵环（12）位于胶胀囊（15）右侧，孔口端盖（8）的进胶孔与孔底端盖（19）的进胶孔相互连通；孔底端盖（19）设有与导胶孔（34）连通的调压孔（45）、与调压孔（45）连通的出胶孔（44），调压孔（45）内设有用于控制出胶孔（44）与导胶孔（34）之间通断的调压组件，出胶孔（44）的出口位于孔底端盖（19）外表面，且位于孔底端盖（19）的胶胀囊（15）的左侧。
2.根据权利要求1所述的零位记忆泵注式包体应变计，其特征在于，测量线路包括周向均布灌封在包体基管（17）外环面的三组四片装应变花（18）以及埋设在孔口端盖（8）的尾腔（28）内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花（13），各应变花分别与十五芯屏蔽线（3）电连接，十五芯屏蔽线（3）经设于孔口端盖（8）的第一电缆孔（24）拉出在外。
3.根据权利要求1所述的零位记忆泵注式包体应变计，其特征在于，安装杆（1）包括杆连接套（5）、与孔口端盖（8）的左侧部分可拆式连接的本体连接套（6），杆连接套（5）内部和本体连接套（6）内部均设有第二电缆孔（31）和胶管孔（25），所述的本体连接套（6）内部还设有横向对开的贯通胶管孔（25）的固管螺孔（26），固管螺孔（26）内设有用于固定与进胶孔插接的注胶管（4）的固管螺钉（7），本体连接套（6）右端开有用于推送安装部分的定向槽（27），孔口端盖（8）的左侧部分设有与定向槽（27）滑动配合的定向销钉（9），定向销钉（9）位于孔口端盖（8）的封堵环（12）的左侧。
4.根据权利要求1所述的零位记忆泵注式包体应变计，其特征在于，所述的孔口端盖（8）的进胶孔为进胶通孔（32），孔底端盖（19）的进胶孔为进胶盲孔（41），进胶通孔（32）两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管（11.1）和右铜管（11.2），所述的左铜管（11.1）的左侧部分与注胶管（4）插接，所述的右铜管（11.2）右侧部分与进胶盲孔（41）连接，孔口端盖（8）的外环面自左向右依序开有均为环形的封堵环槽（30）、第一捆扎槽（30.1）、导胶槽（33）、第二捆扎槽（30.2），以横向导胶孔（34）连通进胶通孔（32）和导胶槽（33），在孔口端盖（8）的邻接电缆孔（24）右端的部分周向均布有三个穿线孔（36）。
5.根据权利要求1所述的零位记忆泵注式包体应变计，其特征在于，所述的包体基管（17）两端加工成分别与孔口端盖（8）和孔底端盖（19）配合的台阶（38），包体基管（17）为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管。
6.根据权利要求1所述的零位记忆泵注式包体应变计，其特征在于，调压孔（45）依序设有内螺纹段和顶压段，内螺纹段与出胶孔（44）连通，顶压段与导胶孔（34）连通，内螺纹段的直径大于顶压段的直径；孔底端盖（19）的外环面自左向右依次开有均为环形的出胶槽（40）、第三捆扎槽（35.1）、导胶槽（33）、第四捆扎槽（35.2）、封堵环槽（30），出胶槽（40）与出胶孔（44）的出口连通；孔底端盖（19）右端为锥形导向头（42）。
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