CN109372581B - 一种顶板岩层水平挤压力监测装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种顶板岩层水平挤压力监测装置及使用方法，涉及压力监测技术领域，该装置包括测压段、连接杆、液压泵、压力表、高压油管、压力控制阀、托盘、推杆和连接套管，连接杆上设置有测压段，推杆前端和连接杆相连，托盘设置在推杆后端，连接套管和托盘相连，高压油管和液压泵相连，高压油管通过推杆和连接杆的内腔伸至测压段；测压段包括主管、液压囊、固定圈、阻隔片、外枕壳和连接套，液压囊两端通过固定圈套设在主管上，主管上设置有注油口和液压囊相通，外枕壳套设在主管上，外枕壳外侧包裹有连接套，固定圈和外枕壳之间设置阻隔片。本发明解决了巷道顶板围岩水平挤压力监测困难的技术问题，具有操作简便，测量准确等优点。

Description

一种顶板岩层水平挤压力监测装置及使用方法

技术领域

本发明涉及压力监测技术领域，尤其是一种用于监测顶板岩层水平挤压力的装置及该装置的使用方法。

背景技术

我国每年新掘大量的煤巷，锚杆支护的巷道占煤巷的80％以上，为保证锚杆支护安全性，必须合理确定锚杆支护参数。将锚杆锚固段设置在水平压力最大处可以增大锚杆与锚固剂之间的粘结力，增强锚固效果，因此合理确定锚固段位置、提升锚杆支护效果首先需要测量水平应力的大小。煤矿井下围岩应力测试方法主要有水压致裂法和套筒致裂法，其中水压致裂法在指定位置采用止水封隔器密闭压裂点，用液压泵加压将孔壁压裂的方法测量围岩应力，测试仪器较笨重，对于围岩较为破碎的情况适应性不强；套筒致裂法采用向橡胶套筒加压使其压裂钻孔，依次来求得围岩应力，但是在测试完成后需进行计算过程，使用的地应力测试仪不能直接反应围岩应力大小，结果不够直观。围岩应力还可以通过钻孔应力计等仪器测量，中国申请专利CN 203669931 U提出的多点应力计可以实现多点应力实时测试，但是对于顶板应力的监测，其测量装置的推送和固定难度较大。

为准确测量顶板的水平挤压力，准确、简便的确定围岩应力大小，进一步的为锚杆设计提供依据，需要对现有的水平挤压力监测装置和监测方法做进一步的改进。

发明内容

为解决巷道顶板围岩水平挤压力监测困难的技术问题，本发明提供了一种顶板岩层水平挤压力监测装置及使用方法，具体技术方案如下。

一种顶板岩层水平挤压力监测装置，包括测压段、连接杆、液压泵、压力表、高压油管、压力控制阀、托盘、推杆和连接套管；所述连接杆和测压段相连，推杆前端和连接杆相连，推杆后端穿过托盘，连接套管和托盘相连；所述高压油管和液压泵相连，高压油管通过推杆和连接杆的内腔伸至测压段；所述测压段包括主管、液压囊、固定圈、阻隔片、外枕壳和连接套；所述液压囊两端通过固定圈套设在主管上，主管上设置有注油口和液压囊相通；所述外枕壳套设在主管上，外枕壳外侧包裹有连接套，固定圈和外枕壳之间设置阻隔片。

优选的是，高压油管每条分为多段，高压油管之间通过油管接头连接，其中一段连接在液压泵上，一段设置在推杆和连接杆的内腔，还有一段设置在测压段内；所述连接套管内设置有油管接头；所述液压泵连接的高压油管上还设置有压力控制阀和压力表。

优选的是，连接杆连接有2个或多个测压段，每个测压段均设置一条连通的高压油管；所述高压油管长度的设计余量放置在连接套管内。

优选的是，高压油管和主管上的注油口通过油管接头相连，主管两端的管壁内侧设置有内螺纹和连接杆的外螺纹配合，主管两端管壁的外侧设置有外螺纹和阻隔片的内螺纹配合。

优选的是，外枕壳分为形状相同的4部分，外枕壳的组合体为圆柱状外壳；所述外枕壳在液压囊收缩状态下组合套设在主管上，在液压囊充液膨胀状态下外枕壳分为4部分胀开。

优选的是，连接套两端和主管紧密贴合，连接套压紧外枕壳两端和主管接触。

优选的是，托盘设置有通孔，连接杆穿过托盘的通孔；所述连接套管和托盘外凸部位的外螺纹连接；所述推杆通过连接套管推送连接杆和测压段。

进一步优选的是，主管和推杆使用钢材料制作而成，所述液压囊和连接套使用柔性橡胶材料制作而成；所述压力表使用数显压力表；所述液压泵采用高压泵。

一种顶板岩层水平挤压力监测装置的使用方法，使用上述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，步骤包括：

a.将连接杆和测压段连接，连接杆和测压段内腔的高压油管通过油管接头连接，固定托盘并安装连接套管；

b.推杆将连接杆和测压段推送进入钻孔，当托盘和顶板固定后，拆卸掉连接套管和推杆；

c.连接外露的高压油管，连接液压泵、压力控制阀和压力表；

d.打开压力控制阀上的开关，使用液压泵注油加压，当压力表读数达到5～6MPa后，停止加压，液压油回流；重复本步骤2～5次，排空高压油管内的空气；

e.使用液压泵注油加压，当压力表读数达到5～6MPa后，关闭压力控制阀；

f.重复步骤d和步骤e分别给多个测压段加压注液压油；

g.拆卸液压泵，监测并保存压力表的监测数据；

h.打开压力控制阀，放出液压油；将连接套管和推杆连接，利用推杆连接并将连接杆和测压段从钻孔内取出。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供的顶板岩层水平挤压力监测装置，设置液压泵和测压段对钻孔内的点进行水平挤压力的监测，通过设置一个钻孔即可监测多个钻孔深度的水平挤压力，并且各个测压段之间的监测互不干扰；高压油管设置在推杆和连接杆的内腔，从而能够保护高压油管的安全；并且该监测装置方便拆卸，能够重复利用。

(2)测压段采用组合式的外枕壳更好的和钻孔内的围岩接触，压力测量的准确性更高；使用推杆和连接杆的组合方便在不同深度的钻孔使用，不同长度的推杆和连接杆组合从而扩大监测范围；在固定圈和外枕壳之间设置阻隔片，两侧的阻隔片有效的防止了液压囊沿主管的方向膨胀，从而保证监测的准确性。

(3)使用该装置进行监测时，仅需要记录压力表的读数即可确定顶板的水平挤压力，并且可以长期有效的监测水平挤压力；设置托盘能够保证在连接杆和测压段推入后，托盘能够托住钻孔内的结构；连接套管用于收纳高压油管的长度余量，从而保证伸缩更便捷。

另外，本发明还具有结构简单，携带使用方便，经济耐用等优点。

附图说明

图1是顶板岩层水平挤压力监测装置结构示意图；

图2是钻孔内外安装结构示意图；

图3是测压段结构示意图；

图4是测压段剖面结构示意图；

图5是测压段截面结构示意图；

图6是主管剖面结构示意图；

图7是主管截面结构示意图；

图8是外枕壳部分结构示意图；

图9是外枕壳整体结构示意图；

图10是托盘结构示意图；

图11是托盘截面结构示意图；

图中：1-测压段；11-主管；111-注油口；112-外螺纹；113-内螺纹；12-液压囊；13-固定圈；14-阻隔片；15-外枕壳；16-连接套；2-连接杆；3-液压泵；4-压力表；5-高压油管；6-压力控制阀；7-托盘；8-推杆；9-连接套管。

具体实施方式

结合图1至图11所示，本发明提供了一种顶板岩层水平挤压力监测装置及使用方法，具体实施方式如下。

一种顶板岩层水平挤压力监测装置具体结构包括测压段1、连接杆2、液压泵3、压力表4、高压油管5、压力控制阀6、托盘7、推杆8和连接套管9，如图1所示。连接杆2和测压段1通过螺纹相连，推杆8前端和连接杆2相连，托盘7设置在推杆8后端，连接套管9和托盘7相连，高压油管5和液压泵3相连，高压油管5通过推杆8和连接杆2的内腔伸至测压段1。连接杆2和测压段1的组合方便监测不同深度下的水平挤压力，推杆8保证了装置能够进行深孔监测，托盘7和连接套管9方便钻孔内装置的固定和高压油管5的放置，液压泵3和压力表4的组合方便实时监测，通过液压泵3和压力表4以及压力控制阀6可以实现水平挤压力的长效监测。利用该装置可以设置多个测压段，并根据测点的位置选择合适长度的连接杆，连接后保证各个测压段设置在指定的测点，准确性高。利用该装置可以通过设置一个钻孔监测多个钻孔深度的水平挤压力，并且各个测压段之间的监测互不干扰。

测压段1具体包括主管11、液压囊12、固定圈13、阻隔片14、外枕壳15和连接套16，如图3～9所示，液压囊12两端通过固定圈13套设在主管11上，主管11上设置有注油口111和液压囊12相通，固定圈13和主管11之间还可以设置密封垫圈，保证液压囊12的密封性。外枕壳15套设在主管11上，外枕壳15外侧包裹有连接套16，固定圈13和外枕壳15之间设置阻隔片14。在外枕壳15和阻隔片14的作用下，液压囊12只能沿主管的径向膨胀，连接套16保证了外枕壳15在使用后能顺利复位。测压段1的注油口位置也可以固定设置一段高压油管5，高压油管5上设置油管接头，从而方便安装。测压段主管11的螺纹段外露，方便测压段和连接杆快速对接。

高压油管5每条分为多段，高压油管5之间通过油管接头连接，其中一段连接在液压泵3上，一段设置在推杆8和连接杆2的内腔，还有一段设置在测压段内。液压泵3连接的高压油管5上还设置有压力控制阀6和压力表4，使用时通过油管接头可以快速连接高压油管。连接套管9内也设置有油管接头，方便高压油管的连接，高压油管5上还设置有压力控制阀6和压力表4用于监测管内液压大小，液压泵泵送液压油后关闭压力控制阀6上的进油阀。利用高压油管5和压力控制阀6实现液压囊内的压力和管内压力平衡，从而高压油管5上的压力表能够准确的测量测压段位置的钻孔水平挤压力，并且是水平挤压力的合力，更符合锚杆的实际受力情况。压力表4可以使用数显压力表，并具有记录功能实时记录压力监测数据，液压泵3可以采用高压泵，从而能够测量更大范围的水平挤压力。高压油管5和主管11上的注油口通过油管接头相连，主管11两端的管壁内侧设置有内螺纹和连接杆2的外螺纹配合，主管11两端管壁的外侧设置有外螺纹和阻隔片14的内螺纹配合。

如图2所示，连接杆2连接有2个或多个测压段1，根据需要监测的点数和位置选择测压段1的数量，并根据测点位置选择合适长度的连接杆2，测量待测点的水平挤压力。每个测压段均设置一条连通的高压油管5，高压油管5和主管11上的注油口相连，从而保证了不同测压段能够独立测量。高压油管5长度的设计余量放置在连接套管9内，从而保证在钻孔深度较大时进行监测。

外枕壳15分为形状相同的4部分或多个部分，外枕壳15的组合体为圆柱状外壳。如图8和图9所示，外枕壳15在液压囊12收缩状态下组合套设在主管11上，在液压囊12充液膨胀状态下外枕壳15分为4部分或多个部分胀开，胀开后连接套的作用下向外和钻孔内壁紧密接触最终和钻孔内的水平挤压力保持平衡，此时液压囊12内的液压和水平挤压力相等，达到测量目的。外枕壳15和连接套16之间还可以通过点粘结或固定连接固定在一起。连接套16的两端和主管紧密贴合，液压囊12收缩状态下，连接套16压紧外枕壳15两端和主管接触，从而达到保护液压囊12的目的。

如图10和图11所示，托盘7设置有通孔，下部还设置有凸起，连接杆2和推杆8均能够穿过托盘的通孔，推杆中部可以设计为中空，从而保护高压油管的安全，推杆外部设置外螺纹方便推进钻孔内的监测装置深入钻孔内部。安装时，使用时托盘7固定在顶板的钻孔孔口，当测压段1和连接杆2组合伸入钻孔后托盘7对钻孔内部的结构起到承载的作用。连接套管9和托盘7外凸部位的外螺纹连接，推杆8通过连接套管9推送连接杆2和测压段1。主管11和推杆8可以使用钢材料制作而成，保证推送强度，液压囊12和连接套16可以使用柔性橡胶材料制作而成，保证结构的伸缩弹性和耐用性。

一种顶板岩层水平挤压力监测装置的使用方法，顶板岩层水平挤压力监测装置对水平挤压力大小随时间的变化进行监测的步骤包括：

a.根据水平挤压力测点的位置和钻孔的深度选取合适长度的连接杆2，将连接杆2和测压段1连接，连接杆2和测压段1内腔的高压油管5通过油管接头连接，固定托盘7并安装连接套管9；

b.通过推杆8将连接杆2和测压段1推送进入钻孔，当托盘7与顶板固定后，测压段1安装完毕，松开螺纹拆卸掉连接套管9和推杆8；

c.连接外露的高压油管，通过油管接头方便高压油管5的连接，连接液压泵3、压力控制阀6和压力表4，其中先连接压力表4和压力控制阀6，并将液压泵3和压力控制阀6相连；

d.打开压力控制阀6上的开关，使用液压泵3注油加压，当压力表4读数达到5～6MPa后，停止加压，让液压油回流；重复本步骤2～5次，尽量排空高压油管5内的空气；

e.使用液压泵3注油加压，当压力表4读数达到5～6MPa后，关闭压力控制阀6，拆下液压泵3；

f.重复步骤d和步骤e分别给多个测压段1加压注液压油，也可以利用多个液压泵3同时为多个测压段1加压注入液压油；

g.测压段1全部加注液压油后，拆卸液压泵3，监测并保存压力表的监测数据，采用带有数据记录功能的数显压力表，每隔一端时间读取一次监测数据，从而方便监测；

h.打开压力控制阀6，放出液压油，测压段1收缩；将连接套管9和推杆8重新连接，利用推杆8连接并将连接杆2和测压段1从钻孔内取出，便于重复利用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，包括测压段、连接杆、液压泵、压力表、高压油管、压力控制阀、托盘、推杆和连接套管；所述连接杆和测压段相连，推杆前端和连接杆相连，推杆后端穿过托盘，连接套管和托盘相连；所述高压油管和液压泵相连，高压油管通过推杆和连接杆的内腔伸至测压段；

所述测压段包括主管、液压囊、固定圈、阻隔片、外枕壳和连接套；所述液压囊两端通过固定圈套设在主管上，主管上设置有注油口和液压囊相通；所述外枕壳套设在主管上，外枕壳外侧包裹有连接套，固定圈和外枕壳之间设置阻隔片；

所述高压油管每条分为多段，高压油管之间通过油管接头连接，其中一段连接在液压泵上，一段设置在推杆和连接杆的内腔，还有一段设置在测压段内；所述连接套管内设置有油管接头；所述液压泵连接的高压油管上还设置有压力控制阀和压力表；

所述连接杆连接有2个或多个测压段，每个测压段均设置一条连通的高压油管；所述高压油管长度的设计余量放置在连接套管内；所述外枕壳分为形状相同的4部分，外枕壳的组合体为圆柱状外壳；所述外枕壳在液压囊收缩状态下组合套设在主管上，在液压囊充液膨胀状态下外枕壳分为4部分胀开。

2.根据权利要求1所述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，所述高压油管和主管上的注油口通过油管接头相连，所述主管两端的管壁内侧设置有内螺纹和连接杆的外螺纹配合，主管两端管壁的外侧设置有外螺纹和阻隔片的内螺纹配合。

3.根据权利要求1所述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，所述连接套两端和主管紧密贴合，连接套压紧外枕壳两端和主管接触。

4.根据权利要求1所述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，所述托盘设置有通孔，连接杆穿过托盘的通孔；所述连接套管和托盘外凸部位的外螺纹连接；所述推杆通过连接套管推送连接杆和测压段。

5.根据权利要求1所述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，所述主管和推杆使用钢材料制作而成，所述液压囊和连接套使用柔性橡胶材料制作而成；所述压力表使用数显压力表；所述液压泵采用高压泵。

6.一种顶板岩层水平挤压力监测装置的使用方法，使用权利要求1～5任一项所述的一种顶板岩层水平挤压力监测装置，其特征在于，步骤包括：

a.将连接杆和测压段连接，连接杆和测压段内腔的高压油管通过油管接头连接，固定托盘并安装连接套管；

b.通过推杆将连接杆和测压段推送进入钻孔，当托盘和顶板固定后，拆卸掉连接套管和推杆；

c.连接外露的高压油管，连接液压泵、压力控制阀和压力表；

d.打开压力控制阀上的开关，使用液压泵注油加压，当压力表读数达到5～6MPa后，停止加压，液压油回流；重复本步骤2～5次，排空高压油管内的空气；

e.使用液压泵注油加压，当压力表读数达到5～6MPa后，关闭压力控制阀；

f.重复步骤d和步骤e分别给多个测压段加压注液压油；

g.拆卸液压泵，监测并保存压力表的监测数据；

h.打开压力控制阀，放出液压油；将连接套管和推杆连接，利用推杆连接并将连接杆和测压段从钻孔内取出。