CN107356356A - 一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。光纤光栅围岩应力监测装置，包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2‑4mm。通过对光纤光栅的栅区长度的选择，大大提高了光纤光栅的成活率，使得利用光纤光栅测量围岩三维扰动应力的监测装置可以实现产业化生产，在世界范围内填补了该领域一直存在的技术空白。

Description

一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统

技术领域

本公开一般涉及测试技术领域，具体涉及岩土、采矿等地下工程应力测试技术领域，尤其涉及一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。

背景技术

随地下资源开采深度和开采强度的增加，冲击地压已成为国内外煤矿开采等地下开采工程领域面临的主要灾害之一。地下工程、特别是采矿工程的地质环境和应力条件复杂，巷道或工作面围岩在高地应力和强卸荷共同作用下，采动应力重新分布，时空关系复杂，高应力释放、转移、传递引起的煤岩体的动力学特征明显，在一定条件下将会引起冲击地压动力灾害，严重影响工程施工进度和安全，常造成施工设备损坏和重大人员伤亡事故。冲击地压发生前期，煤岩中能量并未释放，但内部的应力集中程度却有突然增高的现象。故灾害的发生首先体现在应力状态的变化上，应力变化是预测动力灾害的关键，应力状态的测量是实现动力灾害准确预报的基础。通过现场获取和分析工程建设开挖过程中应力状态的演化过程，可以有效实现灾害的预警和控制。因此，煤岩体应力测试成为矿业开采、地下工程开挖中动力灾害研究的重要内容之一。

对于煤岩体中的应力测试主要分为两类：未受工程扰动的原岩地应力测试和施工过程中的扰动应力测试。前者较为成熟的测试有钻孔应力解除法、水压致裂法等；后者扰动应力测试的代表性技术为单向钻孔应力计，其中冲击地压的测量属于扰动应力测试技术领域。

然而，上述现有技术存在以下缺点：

传统的原岩应力测试技术由于采用电桥采集方式，这种方式必须在整个检测过程中保证稳定供电，且存在抗干扰性、耐久性和长期稳定性等较差的缺点，同时易受酸碱腐蚀等复杂地下环境影响而失效，难以适应扰动应力测试技术。而单向钻孔应力计则不能满足围岩应力三维监测的需求。

采用光纤光栅围岩应力测试装置可以有效改善电桥采集方式的上述不足，具有耐腐蚀、抗地下水和电磁干扰，不受信号强弱和衰减的影响，对于岩体工程复杂地质和水文条件的适应性强等优点。

然而，目前的光纤光栅围岩应力测试装置的研究仅处于实验室水平的探索阶段，由于光纤光栅的成活率特别低，不能满足其工业化生产的要求。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。

第一方面，本申请实施例提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。

第二方面，本申请实施例还提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测系统，包括上述的高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；

所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；

所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。

本申请实施例提供的高成活率的光纤光栅围岩应力监测方案，通过对光纤光栅的栅区长度的选择，大大提高了光纤光栅的成活率，使得利用光纤光栅测量围岩三维扰动应力的监测装置可以实现产业化生产，在世界范围内填补了该领域一直存在的技术空白。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一应力测试系统的架构图；

图2为本发明实施例一应力测试装置的结构示意图；

图3为光纤光栅传感器布置截面示意图；

图4为A组光纤光栅应变花示意图；

图5为B组光纤光栅应变花示意图；

图6为C组光纤光栅应变花示意图；

图7为光纤Bragg光栅结构示意图；

图8为光源入射光谱图；

图9为光纤Bragg光栅反射特性图；

图10为光纤Bragg光栅透射特性图；

图11为三维钻孔围岩应力分布状态图；

图12为电阻应变花的受力状态示意图；

其中，1、导向杆；2、密封圈卡槽；3、出胶孔；4、柱塞；5、出胶通道；6、固定销；7、壳体储胶腔；8、测量光纤光栅；9、独立光栅传感器；10、补偿光栅传感器；11、定向销；12、光纤；13、前端封垫；14、后端封垫；15、壳体，16、连接杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1作为本发明的适用例的测试系统的架构图。

如图1所示，测量系统架构可以包括监测装置101、102、103、104，传输介质和测量仪201。传输介质用以实现监测装置101、102、103、104和测量仪201之间的通信连接。

其中，传输介质主要包括光缆。

终端设备可以是单独的测量仪，也可以是各种电子设备，包括但不限于个人电脑、智能手机、智能电视、平板电脑等等。

应该理解，图1中的监测装置、终端设备的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，一个终端设备可以连接有限数目的监测装置，例如，若每支传感器有两根通讯光纤，32通道终端设置可连接16支传感器。

如背景技术中所提到的，传统的原岩应力测试技术由于采用电桥采集方式，必须在整个检测过程中保证稳定供电，因此存在抗干扰性、耐久性和长期稳定性等较差的缺点，且易受酸碱腐蚀等复杂地下环境影响而失效，难以适应长期工程监测的要求，无法实现准确的长期远距离动态检测。而扰动应力测试尚不成熟，目前已有但是其仅仅测试煤岩体中单一方向而并非三维扰动应力值，且不能实现实时长期在线监测。

在本领域的实验室探索方面，有直接将光纤光栅布设到壳体中的初步尝试。但是在这种尝试下，光纤光栅的成活率特别低，绝大部分的光纤光栅应变传感器会发生失效，根本无法实现监测装置的产业化生产。而长期监测的准确性就更无从谈起。

鉴于现有技术的上述缺陷，本申请实施例提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，如图2所示，高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，可以包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。

对于光纤光栅监测装置成活率问题一直是困扰业内技术发展的关键性问题，由于地下工程的施工环境非常复杂，导致了光纤光栅监测装置的考虑因素异常多，这也导致其实质的影响因素变得非常隐蔽。因此现有技术中，至今没有一种理想的能够实现高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置。在经历了大量的研究分析和试验操作后，本方案找到了影响光纤光栅监测装置成活率的关键性因素：光纤光栅的栅区长度。

试验过程中，壳体外径采用工程中常用的34-36mm，当选择光纤光栅的栅区长度为1mm时，光纤光栅全部失效。而当光线光栅的栅区长度为6mm时，有83％的光纤光栅出现了严重的啁啾现象，导致测量结果出现错误。当光纤光栅的栅区长度为2-4mm时，均未发生啁啾现象，并且光纤光栅的成活率达到90％，符合监测装置工业化生产的要求。

具体的，测量光纤光栅可以采用抗弯光纤Bragg光栅。光纤光栅传感器通过Bragg光栅反射波长的移动来感应外界微小应变变化而实现对结构的在线测量，具有本质安全、抗电磁干扰、防水防潮、抗腐蚀、耐久性长及测试精度高等特点，且信号传输距离远，可进行远程、长久监测，为复杂条件下工程长期、有效的三维应力及其分布测试提供可能。通过采用抗弯光纤Bragg光栅，配合上述栅区范围，可以有效增加光纤光栅的成活率。

进一步的，光纤光栅围岩应力监测装置的壳体为内外双层结构。采用内外双层结构，可以将测量光纤光栅8布设在所述壳体的内层和外层之间。

采用双层结构：可以方便固定光栅。其制作过程是：先采用模板制作内层，待成型后黏贴光栅；然后再采用模板制外层。外层在运输、安装和监测过程中可有效保护光栅。

根据钻孔围岩应力分布公式可知，围岩应力共有6个独立分量，因此设置至少6个互不平行的光纤光栅，即可保证方程有6个独立分量，可以求解所需求解的应力分量，进而实现围岩应力的三维测量。

进一步的，如图2所示，作为高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置的传感器可以采用如下具体结构，其壳体的前端开口、后端封闭，壳体的内部构成用以容纳胶体粘结剂的壳体储胶腔7；在壳体上固定有用以测量的所述光纤光栅，光纤12经由连接壳体后端的刚性连接杆内引出，分别接入在波长解调仪上，波长解调仪与计算机通过信号线连接。

在壳体的前端开口处通过临时固定件固定设置的塞体结构，当监测装置被推送至钻孔底部时，壳体的前端被钻孔底部阻挡，继续推进监测装置，当壳体和塞体结构之间的受力强度大于临时固定件的强度时，临时固定件失效。在推力的作用下，塞体结构的部分塞体被容纳于壳体内，储胶腔内的胶体粘结剂在塞体结构的挤压下沿着塞体结构内的出胶通道5流出至壳体的外侧。在塞体结构的前端和壳体的后端分别设有用以封堵胶体粘结剂的前端封垫13和后端封垫14，在前端封垫和后端封垫的作用下，使胶体粘结剂在壳体外侧和钻孔内壁之间充分填充，并迅速凝结固化。

壳体15的直径为36mm，一般，测试钻孔的钻杆直径多为37mm(成孔直径约38mm)，壳体15的直径略小于钻杆直径，一方面能保证壳体15可以伸入至钻孔内，另一方面保证固结的胶体厚度适宜，既有足够的粘结强度，又不至于使用胶体过多而产生浪费。

塞体结构通过临时固定件固定设于壳体15的前端开口处。临时固定件为固定销6，固定销6在预设折断处设有缺口，当壳体15和塞体结构之间的受力强度大于固定销6的强度时，固定销6在缺口处被折断，使柱塞4推入壳体15内。这种结构设计简单，使用方便，成本低廉。

在塞体结构的前端可以设置有可拆卸的导向杆1，导向杆1的端部具有向前方的凸出体，本实施例中可以为呈圆锥体的导向箭头，以方便监测装置向钻孔内的推进。便于掌握孔底位置，确保后续挤胶过程推力的稳定。

后端封垫14和前端封垫13均为环形密封垫，环形密封垫的外径尺寸与钻孔的尺寸相匹配，连接杆16上设有密封圈卡槽2，后端封垫14通过密封圈卡槽2固定在连接杆16上。

本实施例中，为了提高对胶体粘结剂的封堵性能，前端封垫和后端封垫均由三层间隔设定距离的橡胶密封圈构成。应该理解，构成前端封垫和后端封垫的橡胶密封圈的数目仅仅是示意性的，根据实现需要，可以具有一个或其他数目的橡胶密封圈。密封圈下部设置一圈出胶孔3，其与内部出胶通道5相连。

连接杆16上设有定向销11，定向销11与推送杆定位槽嵌接，避免推送过程中测试装置旋转，保证传感器安装方位的相对稳定。

壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器9，当塞体结构到达壳体储胶腔底部时，独立光栅传感器9可被挤断，该通道传输数据相应缺失，以此推断胶体粘结剂全部挤出，与孔壁粘合。

在刚性连接杆内还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料，以便使温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的相关参数一致。

传统电桥采集方式的传感器，在温度变化较大的环境中易出现温度漂移而失效，通过采用上述温度补偿技术，可以有效解决温度漂移问题。

测量光纤光栅8和温度补偿光栅传感器10的具体布设方案如下：

如图3-图6所示，圆柱刚筒外表面沿同一圆周等间距(120°)嵌埋A、B、C三组光纤光栅应变花，每组由4个测量光纤光栅8组成，相互间隔45°。高精度温度补偿光栅传感器10参数与测量光纤光栅8一致，布置在刚性连接杆内部，剔除温度扰动引起的波长漂移，使应变测量不受环境温度变化的影响。

为解决光纤光栅温度与应变的交叉敏感问题,基于光栅法的温度补偿原理制作智能温补结构,实现了复杂温度环境下对温度和应变的同时监测，大大提高岩体变形或破坏的测试精度，更有利于灾害的预防。

应变测量需要剔除温度扰动引起的波长漂移，使应变测量不受环境温度变化的影响，即为光纤光栅的温度补偿方法。本申请中采用不受力温度补偿法，将光纤Bragg光栅布设于被测对象，用于材料的变形测试，另一根布设于相同材料且不受力的构件上，仅感受温度变化；以不受力光栅为参考，即可得到材料的真实应变。采用高精度温度补偿光栅传感器10作温度补偿，解决了应变-温度交叉敏感问题，剔除了由温度扰动引起的应变测量误差。

本申请实施例还提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测系统，该系统包括上述的高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；

所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；

所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。

所述赋存体是指光纤光栅赋存环境的结构体，包括壳体和胶体粘结剂，以及钻孔孔壁处的围岩。

进一步的，监测装置上还设有可沿轴向自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接，可以使终端设备直接计算出消除温度影响之后的准确的三维应力值。

传统的应力测量方法，是将测得的应变结合围岩的弹性模量和泊松比来确定围岩的应力变化情况。这存在以下问题：即实际测量的是应变片载体的应变值，虽然应变片载体赋存在围岩中，但是应变片载体的应变值与围岩真实的应变值之间有差别，即：所测量的应变值并不是围岩真实的应变值，用这一应变值结合围岩自身的弹性模量和泊松比无法获得真实的围岩应力的变化情况。

本实施例中，应变传感器固定在壳体上，壳体与围岩之间通过固结胶体紧密贴合。当围岩发生变形时，会挤压胶体和设有应变传感器的相应的壳体也发生变形，由于壳体的弹性模量小于围岩，围岩的变形等于壳体的变形，而导致壳体发生的变形有等于传感器检测到的变形。利用设置于壳体上的应变传感器，得到壳体或围岩的应变值，根据壳体、固结胶体、及围岩的弹性模量和泊松比，可计算得到围岩的扰动应力值。这种巧妙的思路另辟蹊径，通过间接的测量壳体的应变值，来测量围岩的应力值，结构简单，成本低廉，施工方便，不易损坏，测试结果更加准确。

基于光纤光栅传感与孔壁应变测量技术的长期动态三维应力监测装置的应力测试原理如下：

(1)光纤Bragg光栅结构及传感原理

当光纤中的光波通过Bragg光栅时，满足Bragg光栅波长条件的光被反射回来而成为反射光，其余的光成为透射光。外界参量的变化将引起反射光波长的漂移，而通过对波长漂移量的检测即可得到外界参量的变化量，这就是光纤Bragg光栅传感的基本原理，如图7-图10所示。光纤Bragg光栅传感满足麦克斯韦经典方程，再结合光纤耦合模理论，利用光纤光栅传输模式的正交关系，充分考虑光纤光栅折射率的微扰关系，即可推证出光纤光栅的传输理论。

根据耦合模理论，反射光信号的中心波长λ_B跟光栅周期Λ和纤芯的有效折射率n_eff有关，得到光纤Bragg光栅反射波长的基本公式为：

λ_B＝2n_effΛ (1)

光纤光栅是一种对应变和温度同时敏感的光学元件，且温度灵敏度是应变灵敏度的10倍左右。所以当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力改变都会导致反射光的中心波长发生变化。光纤光栅的中心波长与温度、应变的关系为

式中，P_e为光纤光栅的应变灵敏度系数；ξ为折射率温度系数；α为线性热膨胀系数；K_ε1为应变系数；K_T1为温度灵敏度系数。

在使用光纤光栅进行测试时，必须考虑光纤光栅的应变-温度交叉敏感问题。应变测量需要剔除温度扰动引起的波长漂移，使应变测量不受环境温度变化的影响，即为光纤光栅的温度偿方法。实际应用中常采用不受力温度补偿法，将一根光纤Bragg光栅布设于被测对象，用于材料的变形测试，另一根布设于相同材料且不受力的构件上，仅感受温度变化；以不受力光栅为参考，即可得到材料的真实应变。

假设补偿光栅的初始波长为λ_B2，温度灵敏度系数为K_T2，光纤光栅温度与波长的完整表达式为：

式中，k_wg2表示波导效应引起的波长漂移系数。

由于线性热膨胀系数较折射率温度系数要小两个数量级，再加之波导效应对温度灵敏度系数的影响极其微弱，较弹光效应小许多，故在分析光纤光栅温度灵敏度系数时可以完全忽略波导效应所产生的影响，温度灵敏度系数基本上取决于材料的折射率温度系数。因此，上式可化简为：

联立式(2)、(4)，令γ＝K_T1/K_T2得：

△ε＝(△λ_B1/λ_B1-γ△λ_B2/λ_B2)/K_ε1 (5)

选用光纤光栅为同一种基体材料，则光栅的温度传感系数一致，γ＝K_T1/K_T2＝1，上式变为：

△ε＝(△λ_B1/λ_B1-△λ_B2/λ_B2)/K_ε1 (6)

基于上述分析，即可由光纤光栅的波长变化及传感特性求得应变变化。

(2)应力求解原理

a、钻孔围岩应力分布公式

弹性理论给出了钻孔围岩应力分布公式，在获得测点钻孔表面应变的基础上利用该公式可以获得该处围岩应力状态。原岩应力场是一三维应力场，其六个应力分量(σ_x、σ_y、σ_z、τ_xy、τ_yz、τ_zx)的分布参照图11。

弹性理论给出的钻孔围岩应力分布公式如下：

式中，a表示钻孔半径，σ_r为极坐标系下径向应力，σ_θ为极坐标系下环向应力，σ′_z为极坐标系下轴向应力，τ_rθ为极坐标系下r-θ平面内的剪应力，τ_θz为极坐标系下θ-Z平面内的剪应力，τ_rz为极坐标系下r-Z平面内的剪应力。

需要注意的是，计算原岩应力的坐标系与孔边围岩应力状态的坐标系是不同的，前者是直角坐标系，后者是柱坐标系，但两者也有共同之处即两者z轴一致。此外，在柱坐标系中，θ角的正方向取x轴的逆时针旋转方向。公式(9)中的σ′_z、σ_z意义不同，前者是孔边围岩应力z轴应力分量而后者是原岩应力分量，只有当钻孔半径r→∞才会有二者相等。

b、光栅应力计应变与围岩三维应力分量关系式

根据各个光栅应变花的受力状态图(如图12所示)，得出应变花所测应变值与孔壁应力分量之间的关系：

式中,ε_θ,ε_z,ε_±45分别是孔壁周向、轴向和与钻孔轴线成±45°方向的应变值，γ_θz是剪切应变值。

利用孔壁应力分量(σ_θ、σ′_z、τ_θz)与该处围岩应力分量(σ_x、σ_y、σ_z、τ_xy、τ_yz、τ_zx)之间的关系式(7)-(12)，可得到下列方程：

由光栅应力计的构造可知，三组等间距分布的3组应变花会得到12个方程。围岩应力共有6个独立分量，而所得到的12个方程中至少有6个是独立的，因此应力分量是可以求解的。

与孔壁应力计不同的是：为了保证胶结质量，光栅应力计的筒体是由两层环氧树脂浇筑而成，光栅传感器置于两者之间，并非像孔壁应力计那样直接黏贴在孔壁上，因而测得应变值与孔壁应力计所测结果有着一定区别。引入受岩石物理力学性质、应力计自身及钻孔半径等因素影响的修正系数K(K₁、K₂、K₃、K₄)，获得修正后的计算公式具体如式(20)-(26)所示：

式中：

D＝(1+x₂n)[x₁+n+(1-n)(3m²-6m⁴+4m⁶)]+(x₁-x₂n)m²[(1-n)m⁶+(x₁+n)]

式中，ε_θ为光栅应力计测得的周向应变，ε_z为轴向应变，γ_θz是剪切应变值；a₀、G₁及v₁则分别是应力计的内半径、筒体材料的剪切模量及泊松比；a₁是安装小孔半径；G、v则分别为岩石的剪切模量和泊松比；ρ为三维测试装置中应变花所处位置的径向距离。

修正系数K与应力计材料弹性模量、泊松比、几何形状、钻孔半径等相关，并非普适常数。对于每一处应力计安装位置，都须计算该处修正系数K值。

此即为光纤光栅三维测试装置的应力求解原理，通过对光栅波长漂移量的检测得到钻孔表面的应变，基于孔壁应力测量技术计算出准确的动态三维应力。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。

2.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。

3.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述壳体为内外双层结构。

4.根据权利要求3所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述光纤光栅布设在所述壳体的内层和外层之间。

5.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述光纤光栅的数量至少为六个，所述六个光纤光栅的方向互不相同。

6.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间具有可将所述胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间的出胶通道。

7.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器，当塞体到达壳体储胶腔底部，所述独立光栅传感器挤断，该通道传输数据缺失。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测系统，其特征在于：还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；

所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；

所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。

10.根据权利要求9所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。