CN105241583A - 一种钻孔应力计安装杆及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻孔应力计安装杆及其安装方法，安装杆包括杆体和调整机构，所述杆体包括若干节杆体单元，其中：首节所述杆体单元通过所述调整机构与钻孔应力计匹配连接；相邻的所述杆体单元通过固定机构依次接合；所述调整机构的操作端伸出最末节所述杆体单元的端部；还包括附有长度刻度的标定线以及与所述标定线匹配安装的角度测量机构，所述标定线与所述杆体的中轴线平行，且安装杆与钻孔应力计连接后，所述标定线的延长线通过所述钻孔应力计的测压块。此外，多节规格一致的杆体单元的可靠对接保证了传递扭矩的工作可靠性，以及在推送过程中不会因反复的推拉而与钻孔应力计脱离，可提供精确度较高的钻孔应力计抵达深度和安装角度。

Description

一种钻孔应力计安装杆及其安装方法

技术领域

本发明涉及煤矿的应力监测研究领域，具体涉及一种钻孔应力计安装杆及其安装方法。

背景技术

在煤矿领域的科研和安全监测工作中，煤岩体中应力的分布及变化情况能为采场矿压预测预报、巷道布置、工作面支护设计、无煤柱开采等工作提供准确的决策依据。钻孔应力计作为一种可获取煤岩体中应力的分布及变化情况的装置，应用非常普遍。

在科研或安全监测工作中，有价值的应力数据为指定方向和位置的应力数据。原岩应力、采动应力等具有方向性(如支承压力为切向应力)；巷道布置、煤柱留设宽度设计以及巷道松动圈范围测定等工作中还需要获取指定位置的应力数据。因此在获取应力数据的过程中需要严格控制钻孔应力计的测压方向和位置。

由于钻孔应力计主要应用于煤矿井下，因此其应用普遍存在安装环境恶劣、空间狭小不便的缺点，由于煤岩体强度低，为安置钻孔应力计所施工的钻孔长度大，钻孔易变形且出现塌孔等现象较为普遍。在钻孔质量不能保证以及钻孔长度大(10m以上)的情况下，为使钻孔应力计抵达指定位置，在实际安装过程中需要反复转动、推拉安装杆，现有的安装杆在安装过程中一旦与钻孔应力计发生脱离，重新捕捉困难，且安装角度也随之发生变化。这样一来，很难保证最终钻孔应力计测压方向和位置的准确，导致实际测量中所获取的数据经常出现错误甚至失效，对科研和安全监测工作非常不利。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钻孔应力计安装杆及其安装方法，旨在准确控制钻孔应力计的抵达深度和安装角度。

本发明采用的技术方案具体为：

一种钻孔应力计安装杆，包括杆体和调整机构，所述杆体包括若干节杆体单元，其中：

首节所述杆体单元通过所述调整机构与钻孔应力计匹配连接；

相邻的所述杆体单元通过固定机构依次接合；

所述调整机构的操作端伸出最末节所述杆体单元的端部；

还包括附有长度刻度的标定线以及与所述标定线匹配安装的角度测量机构，所述标定线与所述杆体的中轴线平行，且安装杆与钻孔应力计连接后，所述标定线的延长线通过所述钻孔应力计的测压块。

在上述钻孔应力计安装杆中，所述角度测量机构为设于最末节所述杆体单元的方向罗盘，所述方向罗盘包括轴承和重力锤；其中：

所述重力锤与所述轴承的轴承外圈相连接；所述轴承的轴承内圈通过匹配结构与所述标定线相连接，所述匹配组件的两个部分别加工于所述轴承内圈和所述标定线，所述轴承外圈设沿圆周分布有角度刻度。

在上述钻孔应力计安装杆中，所述调整机构包括卡扣机构和脱离机构；其中：

所述卡扣机构与钻孔应力计匹配安装，用于在锁闭状态下保证安装杆与钻孔应力计的可靠结合；

所述脱离机构包括操作绳和绷紧装置，所述操作绳与所述绷紧装置相连接，所述操作绳伸出最末节所述杆体单元的端部，所述绷紧装置与所述卡扣机构相连接。

在上述钻孔应力计安装杆中，所述卡扣机构具体为：

首节所述杆体单元的安装头的两端分别设有组件一，所述组件一包括弹簧二以及被所述弹簧二顶起的柱状销，所述柱状销沿轴向匹配插入钻孔应力计尾部承接头的销孔。

在上述钻孔应力计安装杆中，所述脱离机构具体为：

首节所述杆体单元的安装头内沿轴向设有孔腔，所述孔腔内设有组件二，所述组件二包括固定于所述孔腔第一端的弹簧一以及被所述弹簧一托起的柱状滑块；

安装头两端的圆柱销的内端分别连接有绳体一和绳体二，所述绳体一和所述绳体二分别经转轮变向后连接至所述柱状滑块的第一端，所述柱状滑块的第二端连接有操作绳，所述操作绳经若干节中空结构的所述杆体单元延伸至最末节杆体单元之外。

在上述钻孔应力计安装杆中，所述固定机构包括轴向固定结构和端面固定结构；其中：

所述轴向固定结构为套筒螺母，相邻杆体单元的接合处附近的表面设有与所述套筒螺母相啮合的螺纹；

所述端面固定结构为一组接合的对接切口，所述对接切口分别设于相邻杆体单元的接合面。

在上述钻孔应力计安装杆中，最末节所述杆体单元上设有通孔，所述通孔用于和作为外接件的转杆匹配连接，通过推拉或者旋转所述转杆来调整钻孔应力计的抵达深度或者安装角度。

一种钻孔应力计安装杆的安装方法，包括以下步骤：

闭锁步骤：

将首节杆体单元顶端的安装头匹配插入钻孔应力计尾部承接头的凹槽，调整机构中的圆柱销即被弹簧二顶入销孔，将首节杆体单元与钻孔应力计推入钻孔，进入闭锁状态；

杆体单元的对接步骤：

对于每组相邻的杆体单元，通过端面的切口对接以及将套筒螺母轴向拧紧的固定方式，依次将若干节杆体单元组装成具有一定长度的杆体，每对接一节，推送入钻孔一节，同时在对接的过程中，保持各杆体单元上的标定线呈一条直线；

脱离步骤：

钻孔应力计就位后，拉动伸出最末节杆体单元外的操作绳，使安装杆的圆柱销退出钻孔应力计的销孔，即完成安装杆与钻孔应力计的脱离。

在上述钻孔应力计安装杆的安装方法中，还包括位置监控步骤，所述位置监控步骤包括钻孔应力计的抵达深度监控步骤和安装角度监控步骤；其中：

所述钻孔应力计的抵达深度监控步骤为：

从杆体的标定线上读出最末节杆体单元的伸入长度，结合已使用杆体单元的数目，得出钻孔应力计所抵达的深度；通过推拉转杆，调整钻孔应力计的抵达深度；

所述钻孔应力计的安装角度监控步骤为：

在最末节杆体单元上安装方向罗盘，将重力锤固定在深沟球轴承的轴承外圈，深沟球轴承的轴承内圈安装于标定线；将方向罗盘推至钻孔孔口，读出方向罗盘上显示的当前安装角度；通过旋转转杆，调整孔应力计的安装角度至设计角度。

在上述钻孔应力计安装杆的安装方法中，在脱离步骤之后，还包括拆卸步骤，所述拆卸步骤具体为：

每抽出一节杆体单元，旋松固定机构中用于轴向拧紧固定的套筒螺母，咬合对接的切口即脱开，该节杆体单元的拆卸完成；依次拆卸从最末节至首节杆体单元，直至安装杆全部拆卸。

本发明产生的有益效果是：

本发明的钻孔应力计安装杆可以在推送钻孔应力计至指定位置的过程中，一方面保证在闭锁状态下安装杆与钻孔应力计的紧密连接，安装可靠；安装就位之后，通过拉动伸出最末节杆体单元外的操作绳即可轻松实现钻孔应力计和安装杆的脱离，可操作性强；

通过标定线观察其抵达的深度，通过方向罗盘掌握钻孔应力计的安装角度，安装精度高；且安装杆的结构简单，组装和拆解方便，适用范围广；为了适应本发明的技术方案，只需在现有的钻孔应力计尾部加装与本发明的安装杆的安装机构相匹配的承接头即可，改造成本低，易于推广。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种钻孔应力计安装杆与钻孔应力计的装配结构示意图；

图2-1为本发明一种钻孔应力计安装杆的安装于首节杆体单元的调整机构的主视剖视示意图；

图2-2为本发明一种钻孔应力计安装杆的安装于首节杆体单元的调整机构的左视剖视示意图；

图3-1为与本发明一种钻孔应力计安装杆相匹配的钻孔应力计尾部承接头的结构示意图；

图3-2为图3-1的A-A剖视图；

图4-1为本发明一种钻孔应力计安装杆的杆体单元对接部分的固定机构的主视示意图；

图4-2为本发明一种钻孔应力计安装杆的杆体单元对接部分的固定机构的剖视示意图；

图5-1为本发明一种钻孔应力计安装杆的方向罗盘的主视示意图；

图5-2为本发明一种钻孔应力计安装杆的方向罗盘的左视剖视示意图；

图6为转杆与本发明一种钻孔应力计安装杆的最末节杆体单元上的通孔的匹配安装结构示意图。

图中：

1、套筒螺母2、杆体单元3、标定线4、安装头5、承接头6、钻孔应力计7、测压块8、钢丝绳9、滑块10、弹簧一11、转轮12、弹簧二13、圆柱销14、转轮轴15、凹槽16、销孔17、通孔18、螺纹19、切口20、角度刻度21、键槽22、轴承内圈23、轴承外圈24、重力锤25、螺孔26、转杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示的一种可控制安装方向的与钻孔应力计配套的安装杆，包括由若干节杆体单元2对接而成的杆体，其中首节杆体单元2的顶端通过安装头4与钻孔应力计6相连接，杆体上设有与杆体中轴线平行的标定线3，各节杆体单元2对接时保持标定线3成一条直线，且保证杆体与钻孔应力计6连接后，保证标定线3的延长线通过钻孔应力计6的测压块7。

附有长度刻度的标定线3由平滑的键条构成，通过使用的杆体单元2的数量以及标定线3上的刻度，可得出匹配安装的钻孔应力计所抵达的深度。而钻孔应力计6的安装角度则是通过如图5-1和5-2所示的方向罗盘显示：

方向罗盘包括深沟球轴承和重力锤24，深沟球轴承的轴承外圈23上设有螺孔25和沿圆周的角度刻度20，适宜重量的重力锤24通过与螺孔25匹配的螺栓与轴承外圈23相连接；而深沟球轴承的轴承内圈22则设有键槽21，键槽上设有与角度刻度20相匹配的指针，键槽21与上述标定线3的键条适配。

使用时，将方向罗盘通过键槽21与杆体连接，轴承内圈22的键槽21处的指针所指示的角度刻度即为钻孔应力计6的安装角度。

显然上述键槽21与键条的设置位置也可以互换，也可以由其他能够实现相应功能的匹配结构来替代。

控制钻孔应力计安装位置的调整机构具体如图2-1和2-2所示：

安装头4上设有两组被弹簧二12顶起的圆柱销13，当安装头4沿轴向匹配插入钻孔应力计6尾部承接头的凹槽15后，圆柱销13即被弹簧二12顶入承接头的销孔16(位于钻孔应力计6尾部的承接头中的凹槽15和销孔16结构具体如图3-1和3-2所示)，安装杆与钻孔应力计的安装完成，组件进入闭锁状态；这种卡扣机构一方面保证了转动扭矩的传递，另一方面，在推送钻孔应力计6的过程中，不会因反复推拉而使得安装杆与钻孔应力计6发生脱离，保证了钻孔应力计6与安装杆之间不会发生相互转动；进一步如图3-1所示，凹槽15的边缘为弧形过渡，便于安装头4与承接头之间的结合和脱离。

安装头内沿轴向设有腔孔，弹簧一10固定于腔孔的一端，被弹簧一10托起的圆柱形滑块9可在钻孔长度范围内沿杆体轴向滑动。每个圆柱销13的内端(相对于顶入销孔16的外端而言)连接有垂直于杆体中轴线的钢丝绳8，通过转轮11转向后的两根钢丝绳8分别绕过对应的经转轮轴14固定于杆体的转轮10，经转轮10变向后汇合至滑块9，用于使工作状态中的钢丝绳8保持绷紧状态，滑块9的另一端也连接有用于调整操作的钢丝绳8，该钢丝绳8后穿过多节中空的杆体单元2延伸至最末节杆体单元2之外。较之于用于保证卡扣的弹簧二12而言，弹簧一10的刚度较小，仅用于提供绷紧钢丝绳8的弹力即可，有利于机械结构的稳定。

当然，用于对弹簧二12的钢丝绳进行转向的转轮11-转轮轴14组件，也可以由其他组件来代替，只要能保证通过操作段的牵拉使得安装杆脱离钻孔应力计6即可。

相邻杆体单元2之间的固定机构具体如图4所示，

杆体单元2之间的接口为能咬合对接的切口19，切口19平行于杆体中轴线，切口19位置附近的杆体表面设有与作为外连接件的套筒螺母1相啮合的螺纹18。将套筒螺母1旋转到底即可实现相邻杆体单元2的连接与固定，这种端面对接和轴向拧紧的固定机构保证了杆体单元2之间不发生转动和松动。

依次对接各杆体单元2，每对接一节，推送入钻孔一节，结合杆体单元2的节数和标定线3的刻度，将钻孔应力计6送达指定深度，并通过方向罗盘判断安装杆的安装角度正确后，拉动延伸出最末节杆体单元2的钢丝绳8，带动圆柱销13，使其克服弹簧二12的阻力直至退出钻孔应力计6承接头中的销孔15，即可实现安装杆与钻孔应力计6的脱离。

此外，沿与杆体中轴线相垂直的方向，在杆体的尾节杆体单元2的端部附近设有通孔17，具体如图6所示，通过将转杆26插进通孔，便于对安装杆进行旋转、推拉等操作。

在工程实际中，如：为监测采煤工作面前方的支承压力变化情况，根据监测方案在指定位置施工水平钻孔，在此基础上，通过本发明的安装杆控制钻孔应力计6的安装方向和位置，以及安装杆接入和退出的具体实现方法为：

将首节杆体单元2顶端的安装头4匹配插入钻孔应力计6尾部承接头的凹槽15，调整机构中的圆柱销13即被弹簧二12顶入销孔16，装置进入闭锁状态，并将首节杆体单元2与钻孔应力计6推入钻孔；

对于每组相邻的杆体单元2，通过端面的切口对接以及将套筒螺母1轴向拧紧的固定方式，依次将若干节杆体单元2组装成具有一定长度的杆体，同时在对接的过程中，保持各杆体单元2上的标定线3呈一条直线，且在接长杆体单元的同时，记录使用的杆体数目或者对杆体单元2进行编号；

之后将转杆26插入最末节杆体单元2上的通孔17，通过旋转、推拉操作使钻孔应力计6深入钻孔。转杆26即插即用，安装过程中可随时对杆体进行调整；

在最末节杆体单元2上安装方向罗盘，将重力锤24通过螺栓固定在深沟球轴承的轴承外圈23上的螺孔，深沟球轴承的轴承内圈22通过键槽安装于标定线3的键条；

将方向罗盘推至钻孔孔口，此处罗盘相当于游标，从标定线3上读出最末节杆体单元2的伸入长度，结合已使用杆体单元的数目可得出钻孔应力计所处深度。根据方向罗盘上读出的角度值，将转杆插入最末节杆体单元2上的通孔17，通过旋转调整钻孔应力计的安装角度至设计角度；

钻孔应力计就位后，拉动伸出最末节杆体单元2外的钢丝绳8，使安装杆的圆柱销13退出钻孔应力计的销孔16，即完成安装杆与钻孔应力计的脱离；

脱离后将安装杆抽出钻孔，取下转杆和方向罗盘。每抽出一节杆体单元，旋转套筒螺母1拆卸一节杆体单元，直至安装杆全部拆卸完毕。

可以看出，本发明的钻孔应力计安装杆在闭锁状态下结合可靠，在钻孔应力计6就位后，安装杆的退出动作操作简单，且钻孔应力计抵达的深度以及安装角度方便观察。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻孔应力计安装杆，其特征在于，包括杆体和调整机构，所述杆体包括若干节杆体单元，其中：

首节所述杆体单元通过所述调整机构与钻孔应力计匹配连接；

相邻的所述杆体单元通过固定机构依次接合；

所述调整机构的操作端伸出最末节所述杆体单元的端部；

还包括附有长度刻度的标定线以及与所述标定线匹配安装的角度测量机构，所述标定线与所述杆体的中轴线平行，且安装杆与钻孔应力计连接后，所述标定线的延长线通过所述钻孔应力计的测压块。

2.根据权利要求1所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，所述角度测量机构为设于最末节所述杆体单元的方向罗盘，所述方向罗盘包括轴承和重力锤；其中：

所述重力锤与所述轴承的轴承外圈相连接；所述轴承的轴承内圈通过匹配结构与所述标定线相连接，所述匹配组件的两个部分别加工于所述轴承内圈和所述标定线，所述轴承外圈沿圆周分布有角度刻度。

3.根据权利要求1所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，所述调整机构包括卡扣机构和脱离机构；其中：

所述卡扣机构与钻孔应力计匹配安装，用于在锁闭状态下保证安装杆与钻孔应力计的可靠结合；

所述脱离机构包括操作绳和绷紧装置，所述操作绳与所述绷紧装置相连接，所述操作绳伸出最末节所述杆体单元的端部，所述绷紧装置与所述卡扣机构相连接。

4.根据权利要求3所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，所述卡扣机构具体为：

首节所述杆体单元的安装头的两端分别设有组件一，所述组件一包括弹簧二以及被所述弹簧二顶起的柱状销，所述柱状销沿轴向匹配插入钻孔应力计尾部承接头的销孔。

5.根据权利要求4所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，所述脱离机构具体为：

首节所述杆体单元的安装头内沿轴向设有孔腔，所述孔腔内设有组件二，所述组件二包括固定于所述孔腔第一端的弹簧一以及被所述弹簧一托起的柱状滑块；

安装头两端的圆柱销的内端分别连接有绳体一和绳体二，所述绳体一和所述绳体二分别经转轮变向后连接至所述柱状滑块的第一端，所述柱状滑块的第二端连接有操作绳，所述操作绳经若干节中空结构的所述杆体单元延伸至最末节杆体单元之外。

6.根据权利要求1所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，所述固定机构包括轴向固定结构和端面固定结构；其中：

所述轴向固定结构为套筒螺母，相邻杆体单元的接合处附近的表面设有与所述套筒螺母相啮合的螺纹；

所述端面固定结构为一组咬合的对接切口，所述对接切口分别设于相邻杆体单元的接合面。

7.根据权利要求1所述的钻孔应力计安装杆，其特征在于，最末节所述杆体单元上设有通孔，所述通孔用于和作为外接件的转杆匹配连接，通过推拉或者旋转所述转杆来调整钻孔应力计的抵达深度或者安装角度。

8.一种钻孔应力计安装杆的安装方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

闭锁步骤：

将首节杆体单元顶端的安装头匹配插入钻孔应力计尾部承接头的凹槽，调整机构中的圆柱销即被弹簧二顶入销孔，将首节杆体单元与钻孔应力计推入钻孔，装置进入闭锁状态；

杆体单元的对接步骤：

对于每组相邻的杆体单元，通过端面的切口对接以及将套筒螺母轴向拧紧的固定方式，依次将若干节杆体单元组装成具有一定长度的杆体，每对接一节，推送入钻孔一节，同时在对接的过程中，保持各杆体单元上的标定线呈一条直线；

脱离步骤：

钻孔应力计就位后，拉动伸出最末节杆体单元外的操作绳，使调整机构的圆柱销退出钻孔应力计尾部的销孔，即完成安装杆与钻孔应力计的脱离。

9.根据权利要求8所述的钻孔应力计安装杆的安装方法，其特征在于，还包括位置监控步骤，所述位置监控步骤包括钻孔应力计的抵达深度监控步骤和安装角度监控步骤；其中：

所述钻孔应力计的抵达深度监控步骤为：

从杆体的标定线上读出最末节杆体单元的伸入长度，结合已使用杆体单元的数目，得出钻孔应力计所抵达的深度；通过推拉转杆，调整钻孔应力计的抵达深度；

所述钻孔应力计的安装角度监控步骤为：

在最末节杆体单元上安装方向罗盘，将重力锤固定在深沟球轴承的轴承外圈，深沟球轴承的轴承内圈安装于标定线；将方向罗盘推至钻孔孔口，读出方向罗盘上显示的当前安装角度；通过旋转转杆，调整钻孔应力计的安装角度至设计角度。

10.根据权利要求8所述的钻孔应力计安装杆的安装方法，其特征在于，在脱离步骤之后，还包括拆卸步骤，所述拆卸步骤具体为：

每抽出一节杆体单元，旋松固定机构中的套筒螺母，咬合对接的切口即脱开，该节杆体单元的拆卸完成；依次拆卸从最末节至首节杆体单元，直至安装杆全部拆卸。