CN107389247A - 一种矿用煤柱应力计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用煤柱应力计，包括煤柱应力传感器、矿用信号电缆和煤柱应力仪表，煤柱应力仪表通过矿用电缆与煤柱应力传感器相连接，煤柱应力传感器包括外锥形套管、内锥形套管、环形应力传感器组和箔式电阻片，外锥形套管具有膨胀性，外锥形套管内设置内锥形套管，内锥形套管内设置环形应力传感器组，环形应力传感器组包括若干单体环形应力传感器和箔式电阻片，内锥形套管尾部攻十字定位孔，连接内置矿用信号电缆的空心安装杆。本发明具有膨胀性，并且外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，这样即可实现定位并与煤柱体柔性接触，使煤柱应力传感器整体受力，实现对煤柱体垂直应力和水平应力在线实时监测。
Description
技术领域
本发明属于井工开采矿井煤柱应力监测的技术范畴，具体涉及一种与煤柱体柔性接触、煤柱应力传感器整体受力、对煤柱体垂直应力和水平应力在线实时监测的矿用煤柱应力计。
背景技术
煤柱应力监测在煤柱稳定性、优化煤柱宽度、顶底板应力变化、工作面超前压力和煤层应力等方面具有积极的作用，目前煤柱应力监测方法主要有两种，一为煤柱钻孔应力计监测法，另一种为微地震CT监测法。对于煤柱钻孔应力计监测法，现有的煤柱应力计主要为液压式、钢弦式和应变式三种。其中，液压式和钢弦式煤柱应力计的煤柱应力传感器均为充液膨胀枕式传感器，由钻孔压力枕和导油管组成，通过导油管向钻孔压力枕内充液压油，使得钻孔压力枕发生竖形膨胀，与煤柱体柔性接触，对煤柱体垂直应力进行监测。不同的是，液压式煤柱应力计是将液压油压力通过导油管直接显示在液压表上；钢弦式煤柱应力计是将液压油压力采用压力-频率转换器转换为钢弦振动频率，对该频率进行数字信号处理得到煤柱应力。应变式煤柱应力计的传感器多采用环氧树脂或钢结构外壳，内置电阻片，环相布置，可以实现煤柱垂直应力和水平应力二维监测，但该传感器不能实现与煤柱体钻孔柔性接触，只有当煤柱体应力造成钻孔塌孔时，才能采集煤柱体应力信号并通过矿用信号电缆传输到煤柱应力计，而且传感器的实际受力面积多为2.54×2.54mm，受力面积较小；另一方面，矿用
信号电缆承压能力较小，多小于12MPa，当煤柱应力较大时矿用信号电缆没有通信能力。针对现有煤柱应力计的缺陷，发明一种与煤柱体柔性接触、煤柱应力传感器整体受力、对煤柱体垂直应力和水平应力在线实时监测的矿用煤柱应力计显得十分必要。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种能够有效解决与煤柱体柔性接触、煤柱应力传感器整体受力、对煤柱体垂直应力和水平应力在线实时监测问题的矿用煤柱应力计。
为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种矿用煤柱应力计，包括煤柱应力传感器、矿用信号电缆和煤柱应力仪表，煤柱应力仪表通过矿用电缆与煤柱应力传感器相连接，外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，实现煤柱应力数据在线实时监测，其特征在于：所述的煤柱应力传感器包括外锥形套管、内锥形套管、环形应力传感器组和箔式电阻片，外锥形套管为半瓦结构，上、下垂直布置紧密结合，外锥形套管具有膨胀性，内锥形套管为半瓦结构，左、右水平布置紧密结合，外锥形套管内设置内锥形套管，内锥形套管内设置环形应力传感器组，环形应力传感器组包括若干均布的单体环形应力传感器，在单体环形应力传感器之间设置箔式电阻片，内锥形套管尾部攻十字定位孔，连接空心安装杆，空心安装杆为钢管结构，头部配置十字定位装置，与内锥形套管尾部相连接，空心安装杆内置矿用信号电缆。
本发明是在现有液压式、钢弦式和应变式煤柱应力计的基础上提供一种矿用煤柱应力计，通过钻孔对煤柱体应力进行监测，有效解决与煤柱体柔性接触、煤柱应力传感器整体受力、对煤柱体垂直应力和水平应力在线实时监测问题。其原理为：本发明一种矿用煤柱应力计由煤柱应力传感器、空心安装杆、煤柱应力仪表等组成，(1) 煤柱应力传感器包括外锥形套管、内锥形套管、环形应力传感器组和箔式电阻片，外锥形套管和内锥形套管均为半瓦结构，交错90°布置，实现传感器整体受力，采集煤柱体垂直应力和水平应力，内锥形套管尾部攻十字定位孔，通过空心安装杆向内锥形套管施加应力使外锥形套管膨胀，实现定位并与煤柱体柔性接触，环形应力传感器组均布多个单体环形应力传感器和箔式电阻片；(2)空心安装杆为钢管结构，杆长1m，对接安装，承压能力大于60MPa，头部配置十字定位装置，与内锥形套管尾部相连接，空心安装杆内置矿用信号电缆并与煤柱应力传感器导线相连接；(3) 煤柱应力仪表为二次仪表，与煤柱应力传感器导线相连接对煤柱体垂直应力和水平应力进行数字处理，具有就地显示功能，外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，实现煤柱应力数据在线实时监测。
与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的效果：
1、本发明一种矿用煤柱应力计，煤柱应力传感器具有膨胀性，可以实现煤柱应力监测过程中的柔性接触，一方面对煤柱应力传感器起定向作用；另一方面实现煤柱应力传感器整体受力，对煤柱体垂直应力、水平应力二维监测。
2、本发明一种矿用煤柱应力计，空心安装杆内置矿用信号电缆，使内置矿用电缆承压能力增加；煤柱应力仪表外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，实现煤柱应力数据在线实时监测。
3、本发明一种矿用煤柱应力计，广泛用于煤柱稳定性、优化煤柱宽度、顶底板应力变化、工作面超前压力和煤层应力等方面。
附图说明
图1、本发明结构示意图。
图2、本发明煤柱应力传感器结构示意图。
图中： 1、煤柱应力传感器 2、空心安装杆 3、矿用信号电缆
4、煤柱应力仪表 5、外锥形套管 6、内锥形套管
7、环形应力传感器组 8、箔式电阻片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施方式1：
某矿3#煤层3102工作面运输顺槽，净宽4.6m，净高4.7m，最大高度5.2m，平均盖山厚度232m，煤柱宽度15m，在运输顺槽开口170m处安装2组本发明矿用煤柱应力计，每组5个，共计10个，安装位置为1m、3m、5m、7m和9m，煤柱应力仪表4通过矿用电缆3与煤柱应力传感器1相连接，外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，实现煤柱应力数据在线实时监测。煤柱应力传感器1包括外锥形套管5、内锥形套管6、环形应力传感器组7和箔式电阻片8，外锥形套管5为半瓦结构，上、下布置，内锥形套管6为半瓦结构，左、右布置，实现煤柱应力传感器1整体受力，环形应力传感器组7内置箔式电阻片8，对煤柱体垂直应力和水平应力进行采集，内锥形套管6尾部攻十字定位孔，通过空心安装杆2向内锥形套管6施加应力使外锥形套管5膨胀，空心安装杆2为钢管结构，头部配置十字定位装置，与内锥形套管6尾部相连接，空心安装杆2内置矿用信号电缆3。
实验监测效果良好，矿用煤柱应力计可以与运输顺槽侧煤柱实现柔性接触，煤柱应力传感器整体受力，并能对煤柱垂直应力、水平应力进行在线实时监测。
实施方式2：
某矿15#煤层15109工作面运输顺槽，净宽5.0m，净高5.0m，锚杆间排距1500×1500mm，没有锚索，平均盖山厚度347m，煤柱宽度20m，在运输顺槽掘进头处安装1组本发明矿用煤柱应力计，实验监测效果良好，矿用煤柱应力计可以与运输顺槽侧煤柱实现柔性接触，煤柱应力传感器整体受力，并能对煤柱垂直应力、水平应力进行在线实时监测。其它同实施方式1。
Claims (1)
1.一种矿用煤柱应力计，包括煤柱应力传感器、矿用信号电缆和煤柱应力仪表，煤柱应力仪表通过矿用电缆与煤柱应力传感器相连接，外置于煤帮，通过RS485接口接入工业环网，实现煤柱应力数据在线实时监测，其特征在于：所述的煤柱应力传感器包括外锥形套管、内锥形套管、环形应力传感器组和箔式电阻片，外锥形套管为半瓦结构，上、下垂直布置紧密结合，外锥形套管具有膨胀性，内锥形套管为半瓦结构，左、右水平布置紧密结合，外锥形套管内设置内锥形套管，内锥形套管内设置环形应力传感器组，环形应力传感器组包括若干均布的单体环形应力传感器，在单体环形应力传感器之间设置箔式电阻片，内锥形套管尾部攻十字定位孔，连接空心安装杆，空心安装杆为钢管结构，头部配置十字定位装置，与内锥形套管尾部相连接，空心安装杆内置矿用信号电缆。
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