CN111947811A - 一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，油压枕为内部中空的密闭腔体，油管能够向油压枕中输送液压油；外压盖包围设置在油压枕的外周，油压枕扩张时推动外压盖周向张开与岩壁接触；检测时，通过油管向油压枕内部充入油液，保持在一定的压力，当周围岩体的应力发生变化时改变液压大小，根据液压的变化得到岩层内部应力的改变情况；外压盖上沿长度方向设置避让槽，避让槽能够使其他的油压枕上设置的油管穿过，测量多点的应力时，将多个应力计逐个装入，位于更深位置的应力计的油管需要越过更浅位置的应力计，油管从避让槽中穿过，因此能够在一个孔中测量多个不同深度位置的岩层应力，达到简化多点应力测量的施工难度的技术效果。

Description

一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计

技术领域

本发明涉及岩体应力监测技术领域，更进一步涉及一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计。

背景技术

矿山开采将引起原岩应力场发生改变，即采动将使原岩应力状态发生改变进而形成新的应力状态。从应力场角度对煤岩层冲击危险性进行预测与评价，研究深部开采冲击地压灾害区域应力监测传感器具有实际意义。

常见的钻孔应力计都是一孔一点的，大多采用振弦式传感器，受其外形约束，钻设一个孔只能放置一个应力计，每个应力计只能测量一个点的应力情况，而对大范围围岩应力场的变化规律预测需要监测多点不同深度位置的应力，因此需要钻设多个不同深度的孔用于检测不同深度的应力状态。钻孔应力计一般安装在Φ45～Φ50mm于深盲孔内，钻孔较深，一般在8米以上，打多个孔满足多点测量难度加大，成本加大，耗费物力财力。

对于本领域的技术人员来说，如何简化多点应力测量的施工难度，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，能够在一个孔中测量多个不同深度位置的岩层应力，简化多点应力测量的施工难度，具体方案如下：

一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，包括：

油压枕，内部为中空的密闭腔体，通过内部填充的油液控制膨胀程度；

油管，连通于所述油压枕内部，能够向所述油压枕中输送液压油；

外压盖，至少设置两个分瓣，所述外压盖包围设置在所述油压枕的外周，所述外压盖受到所述油压枕扩张产生的挤压力能够周向张开与岩壁接触；所述外压盖上沿长度方向设置避让槽，所述避让槽能够使其他的所述油压枕上设置的所述油管穿过；

压力检测器，连接于所述油管，用于检测所述油管内的油压。

可选地，所述外压盖通过外周套装的具有弹性的卡箍周向聚拢限位。

可选地，所述油压枕为扁平的板片状结构，所述外压盖设置两个分瓣，分别位于所述油压枕的两侧；

所述外压盖的每个分瓣包括外弧块和内压块，所述外弧块的外表面为圆柱面，能够与岩壁接触，所述内压块凸出设置在所述外弧块的内侧，且所述内压块的宽度小于所述外弧块的宽度。

可选地，所述油压枕的宽度大于所述内压块的宽度，所述油压枕与所述卡箍的间距小于所述油管的直径。

可选地，所述外压盖的端部固定设置安装插头，所述安装插头用于与安装杆定位插装，使所述安装插头与安装杆保持周向定位。

可选地，所述安装插头的一端沿长度方向设置定位槽，所述定位槽用于使所述安装插头与安装杆的周向位置保持相对固定。

可选地，所述安装插头设置所述定位槽的一端与所述外压盖的回转中心共线。

可选地，所述油管的末端连接三通阀，所述三通阀的另外两个接口分别连接所述压力检测器和油泵。

本发明的核心在于提供一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，油压枕为内部中空的密闭腔体，油压枕可发生弹性变形，通过内部填充的油液控制膨胀程度；油管连通于油压枕内部，能够向油压枕中输送液压油；外压盖至少设置两个分瓣，各个分瓣之间能够相互扩张或收缩产生相对移动；外压盖包围设置在油压枕的外周，各个分瓣均可与油压枕接触，外压盖受到油压枕扩张产生的挤压力能够周向张开与岩壁接触；检测时，通过油管向油压枕内部充入油液，外压盖的各个分瓣分别沿周向分离，与岩壁接触，并保持在一定的压力，当周围岩体的应力发生变化时，岩壁对外压盖的压力产生变化，进而改变油压枕内部的液压大小，油管与油压枕内的油压大小相等，压力检测器用于检测油管内的油压，根据油压的变化得到岩层内部应力的改变情况；外压盖上沿长度方向设置避让槽，避让槽能够使其他的油压枕上设置的油管穿过，测量多点的应力时，将多个应力计逐个装入，应力计的油管延伸到岩孔外，位于更深位置的应力计的油管需要越过更浅位置的应力计，油管从避让槽中穿过，防止油管与岩孔内壁接触受到挤压，因此能够在一个孔中测量多个不同深度位置的岩层应力，达到简化多点应力测量的施工难度的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计的整体结构图；

图2为本发明两个应力计相互配合的结构示意图；

图3为油压枕和外压盖相互配合一种具体实施例的断面图；

图4为本发明五个应力计相互配合的结构示意图；

图5A至图5C分别为安装插头局部结构的正视图、侧视图和俯视图；

图6为三通阀的剖面示意图。

图中包括：

油压枕1、油管2、外压盖3、避让槽31、外弧块301、内压块302、压力检测器4、卡箍5、安装插头6、定位槽61、三通阀7。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，能够在一个孔中测量多个不同深度位置的岩层应力，简化多点应力测量的施工难度。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计的整体结构图，包括油压枕1、油管2、外压盖3、压力检测器4等结构；油压枕1内部为中空的密闭腔体，油压枕1整体为壳状结构，具有一定的弹性，油压枕1内部能够填充液压油，通过内部填充的油液控制油压枕1的膨胀程度。油管2连通于油压枕1内部，能够向油压枕1中输送液压油，油液通过油管2进出油压枕1。

外压盖3至少设置两个分瓣，每个分瓣独立设置，外压盖3包围设置在油压枕1的外周，每个分瓣可与油压枕1接触，分瓣与油压枕之间产生相互作用力。当油压枕1内部充入油液时，油压枕1的体积增大，向外膨胀，外压盖3受到油压枕1扩张产生的挤压力能够周向张开与岩壁接触。

压力检测器4连接于油管2，用于检测油管2内的油压，油管2的一端连接于油压枕1，另一端沿盲孔延伸，伸出到外界，油管2内的油压与油压枕1中的油压相等，油压枕1中的油压与油管2中的油压同步变化。

测量岩体压力的原理如下：在向油压枕1充入液压油之前，外压盖3外周的尺寸小于盲孔的尺寸，可以插入盲孔中；将应力计插入岩体上钻设的盲孔中的指定位置后，通过油管2向油压枕1中充入液压油，油压枕1的体积增大，各个分瓣受到油压枕1的推力周向分离，使整个外压盖3的外周尺寸增大，从而与岩壁相互紧密接触，控制油液的充入量使油压保持在某一设定值；力的作用是相对的，油压枕1与外压盖3之间的相互作用力以及外压盖3与岩壁的相互作用力相等，通过压力检测器4持续监测油管2内的油压，在采矿过程中岩体的应力状态发生变化时，岩壁与外压盖3之间的相互作用力改变，进而引起油压的变化；当岩壁与外压盖3之间的相互作用力减小时，油压枕1和油管2内的油压减小，当岩壁与外压盖3之间的相互作用力增大时，油压枕1和油管2内的油压增大，压力检测器4实时检测油值，通过油压值计算得出检测位置的岩体应力变化情况。

本发明在外压盖3上沿长度方向设置避让槽31，避让槽31的长度方向与盲孔的长度方向一致，与油管的延伸方向一致，避让槽31的截面尺寸大于油管2的截面尺寸，避让槽31能够使其他的油压枕1上设置的油管2穿过；一个应力计上的油管向盲孔的洞口方向延伸的路径中经过其他的应力计，从其他应力计的外压盖3上设置的避让槽31中穿过，油管2不会受到岩壁的挤压，有足够的空间穿过，因此在一个孔中能够同时布置多个应力计，通过钻设一个孔实现多点测量，达到简化多点应力测量的施工难度的技术效果。

如图2所示，为本发明两个应力计相互配合的结构示意图，两个应力一深一浅放入盲孔中的相应位置，左侧的应力计位置较深，右侧的应力计位置较浅，左侧应力计引出的油管2经过右侧应力计外压盖3上开设的避让槽31引出到孔外，每个油管2分别连接一个压力检测器4，分别检测各个油压枕1所在位置的岩体应力状态。根据精度要求的不同，压力检测器4可采用机械式的压力表或者电子式压力传感器。

在上述方案的基础上，本发明的外压盖3通过外周套装的具有弹性的卡箍5周向聚拢限位；如图2所示，通常一个应力计外周设置两个卡箍5，卡箍5可采用金属圆环制成，具有一个缺口，卡箍5具有一定的弹性，当受到周向向外的作用力时，卡箍5的缺口处张开产生弹性变形，外力减小时卡箍5收缩恢复原状。外压盖3的多个分瓣通过卡箍5产生汇拢的作用力，各个分瓣之间不会相互分离。外压盖3的各个分瓣的两端分别设置阻挡端面，分别与油压枕1的两端接触，使外压盖3与油压枕1在长度方向上不会相互偏离。

如图3所示，为油压枕1和外压盖3相互配合一种具体实施例的断面图；此实施例中的油压枕1为扁平的板片状结构，外压盖3设置两个分瓣，分别位于油压枕1的两侧；外压盖3的每个分瓣包括外弧块301和内压块302，外弧块301和内压块302为固定的一体式结构，外弧块301的外表面为圆柱面，能够与岩壁接触，两个分瓣的外表面位于同一圆柱面上；内压块302凸出设置在外弧块301的内侧，且内压块302的宽度小于外弧块301的宽度，内压块302和外弧块301的横截面近似蘑菇形；在内压块302和外弧块301之间形成一个台阶状的结构，此空间形成用于容纳油管2的避让槽31，如图3所示，共形成四个避让槽31。

优选地，本发明中的油压枕1的宽度大于内压块302的宽度，同时油压枕1的宽度小于卡箍5的内径，油压枕1和卡箍5之间的间隙小于油管2的直径，保证油管2无法在两个凹槽中相互窜动；参考图3，此结构中油压枕1、外弧块301和内压块302共同构成四个相对独立的凹槽结构，也即避让槽31，每个避让槽中可容纳一根油管2，当卡箍5套在外压盖3时，由卡箍5限定油管2无法移出。

如图4所示，为本发明五个应力计相互配合的结构示意图；采用本发明提供的应力计测量时，在一个孔中可设置1～5个应力计，图中A～E分别表示一个应力计，左侧位置较深，右侧位置较浅，五个应力计相互独立分布，相互之间不产生干扰。最左侧的应力计的外压盖3上开设的避让槽31中没有穿过其他的油管2，左侧第二个应力计的外压盖3上开设的避让槽31中穿过一根油管2，依次类推，最右侧的应力计的外压盖3上开设的避让槽31中穿过四根油管2，外压盖3上开设的避让槽31最多容纳四根油管，最右侧的应力计上的油管直接引出到外部，不需要穿过其他的应力计，因此在此实施例中一个盲孔最多放置五个应力计。当前面已经放有应力计时，在后放置的应力计在插入盲孔之前先将在前应力计引出的油管2对应卡到避让槽31和卡箍5围成的环形空间中，将应力计顺着油管2的方向送入盲孔。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明在外压盖3的端部固定设置安装插头6，安装插头6用于与安装杆定位插装，使安装插头6与安装杆保持周向定位；由于在放入应力计时，需要保持应力计的周向位置准确，外压盖3的两个分瓣一个朝上，另一个朝下，不能颠倒，通过安装插头6与安装杆相互配合保持应力计的朝向。当应力计送入盲孔时，保证敏感方向垂直于水平面。

如图5A至图5C所示，分别为安装插头6局部结构的正视图、侧视图和俯视图；安装插头6呈圆筒形，在安装插头6的一端沿长度方向设置定位槽61，定位槽61为U形槽状，设置在安装插头6相对的两个侧壁处，定位槽61用于使安装插头6与安装杆的周向位置保持相对固定，定位槽61与安装杆上的定位块相互配合，保证两者无法相对转动，从而限定了应力计放置的周向角度固定不变。

优选地，如图1和图2所示，安装插头6设置定位槽61的一端与外压盖3的回转中心共线，安装插头6的中部设置弯折状的结构，左端位置靠近整个应力计的边缘外周，右端位于整个应力计的回转中心，当使用安装杆放入应力计时，防止周向转动。

具体地，本发明在油管2的末端连接三通阀7，如图6所示，为三通阀7的剖面示意图，三通阀7的一个接口与油管2连接，三通阀7的另外两个接口分别连接压力检测器4和油泵，油泵用于向油管2中泵入液压油，在油泵和三通阀7的连接处设置控制油路通断的开关。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，包括：

油压枕(1)，内部为中空的密闭腔体，通过内部填充的油液控制膨胀程度；

油管(2)，连通于所述油压枕(1)内部，能够向所述油压枕(1)中输送液压油；

外压盖(3)，至少设置两个分瓣，所述外压盖(3)包围设置在所述油压枕(1)的外周，所述外压盖(3)受到所述油压枕(1)扩张产生的挤压力能够周向张开与岩壁接触；所述外压盖(3)上沿长度方向设置避让槽(31)，所述避让槽(31)能够使其他的所述油压枕(1)上设置的所述油管(2)穿过；

压力检测器(4)，连接于所述油管(2)，用于检测所述油管(2)内的油压。

2.根据权利要求1所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述外压盖(3)通过外周套装的具有弹性的卡箍(5)周向聚拢限位。

3.根据权利要求2所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述油压枕(1)为扁平的板片状结构，所述外压盖(3)设置两个分瓣，分别位于所述油压枕(1)的两侧；

所述外压盖(3)的每个分瓣包括外弧块(301)和内压块(302)，所述外弧块(301)的外表面为圆柱面，能够与岩壁接触，所述内压块(302)凸出设置在所述外弧块(301)的内侧，且所述内压块(302)的宽度小于所述外弧块(301)的宽度。

4.根据权利要求3所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述油压枕(1)的宽度大于所述内压块(302)的宽度，所述油压枕(1)与所述卡箍(5)的间距小于所述油管(2)的直径。

5.根据权利要求1至4任一项所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述外压盖(3)的端部固定设置安装插头(6)，所述安装插头(6)用于与安装杆定位插装，使所述安装插头(6)与安装杆保持周向定位。

6.根据权利要求5所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述安装插头(6)的一端沿长度方向设置定位槽(61)，所述定位槽(61)用于使所述安装插头(6)与安装杆的周向位置保持相对固定。

7.根据权利要求6所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述安装插头(6)设置所述定位槽(61)的一端与所述外压盖(3)的回转中心共线。

8.根据权利要求5所述的适用于冲击地压矿井的多点位测量应力计，其特征在于，所述油管(2)的末端连接三通阀(7)，所述三通阀(7)的另外两个接口分别连接所述压力检测器(4)和油泵。

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