CN115420251A - 一种十二分量小孔径孔底应变计 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种十二分量小孔径孔底应变计，包括：锥头，锥头设置在钻孔的孔底；隔板，隔板设置在锥头远离孔底的一端，隔板与孔底之间形成测量室；注胶装置，注胶装置设置在锥头远离孔底的一端，注胶装置的出液端与测量室相连；六组应变花，六组应变花沿锥头的周向均匀设置在锥头的外表面，且应变花位于测量室内，应变花包括：第一应变片和第二应变片；数据采集模块，数据采集模块的信号输入端与应变花的信号输出端相连。在本公开的一种十二分量小孔径孔底应变计中，较少的应变花数量不仅能够有效减小应变计的直径，使应变计能够满足小孔径钻孔的地应力测量，避免发生塌孔或闭孔问题，有效提高了取芯效率、应力测量成功率和测量精度。

Description

一种十二分量小孔径孔底应变计

技术领域

本公开涉及煤矿井下地应力测量技术领域，尤其涉及一种十二分量小孔径孔底应变计。

背景技术

在煤矿开采过程中，随着开采深度的增加，煤岩体的地应力水平也随之显著增大，高地应力水平严重影响了矿井巷道的设计、采掘作业、动力灾害防治等。

目前，岩石应力测量的方法主要包括：定性评估法、钻孔套芯应力解除法、水压致裂法、定量估计法和原位应力模型法。其中，钻孔套芯应力解除法在水利大坝、隧道和煤矿井下应力测量工程中的应用较多，但现有的钻孔孔底应变计对岩芯的完整性要求较高，因此在测量完整性较低的岩体应力时，取芯成功率较低，同时，现有的钻孔孔底应变计的直径较大，导致钻孔的直径也较大，较大直径的钻孔容易在井下施工过程中发生塌孔或闭孔问题，致使取芯效率不高。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开的目的在于提供一种十二分量小孔径孔底应变计。

为达到上述目的，本公开提供一种十二分量小孔径孔底应变计，包括：锥头，所述锥头设置在钻孔的孔底；隔板，所述隔板设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述隔板与所述孔底之间形成测量室；注胶装置，所述注胶装置设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述注胶装置的出液端与所述测量室相连；六组应变花，六组所述应变花沿所述锥头的周向均匀设置在所述锥头的外表面，且所述应变花位于所述测量室内，所述应变花包括：第一应变片和第二应变片；数据采集模块，所述数据采集模块的信号输入端与所述应变花的信号输出端相连。

可选的，所述第一应变片与所述第二应变片平行设置，且所述第一应变片的长度方向与所述锥头的母线平行，所述第二应变片的长度方向与所述锥头的母线垂直；所述锥头的底面与所述锥头的母线之间的夹角是60度；所述锥头的直径不大于50毫米。

可选的，所述应变计还包括：电子罗盘，所述电子罗盘设置在所述注胶装置内，所述电子罗盘的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

可选的，所述应变计还包括：温度传感器，所述温度传感器设置在所述锥头的外表面，且所述温度传感器位于所述测量室内，所述温度传感器的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

可选的，所述数据采集模块包括：数据采集仪，所述数据采集仪设置在所述注胶装置内，所述数据采集仪的信号输入端与所述应变花的信号输出端相连；第一无线传输单元，所述第一无线传输单元设置在所述注胶装置内，所述第一无线传输单元的信号输入端与所述数据采集仪的信号输出端相连，所述第一无线传输单元的信号输出端与所述数据采集仪的信号输入端相连，所述第一无线传输单元无线连接有第二无线传输单元，所述数据采集仪通过所述第一无线传输单元和所述第二无线传输单元与外部监控单元无线相连；供电单元，所述供电单元设置在所述注胶装置内，所述供电单元的电能输出端与所述数据采集仪的电能输入端和所述第一无线传输单元的电能输入端相连。

可选的，所述注胶装置包括：储胶室，所述储胶室设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述储胶室的出液端与所述测量室相连；活塞，所述活塞滑动设置在所述储胶室内，所述活塞的外壁与所述储胶室的内壁贴合；推杆，所述推杆的一端与所述储胶室滑动相连并与所述活塞远离所述锥头的一端相连。

可选的，所述注胶装置还包括：压力传感器，所述压力传感器设置在所述储胶室内，且所述压力传感器位于所述活塞与所述储胶室内靠近所述锥头的一端之间，所述压力传感器的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

可选的，所述应变计还包括：第一通道，所述第一通道设置在所述锥头内，所述第一通道的进液端与所述储胶室的出液端相连；多个第二通道，所述第二通道的进液端与所述第一通道的出液端相连，所述第二通道的出液端与所述测量室相连，多个所述第二通道的出液端沿所述锥头的周向均匀设置在所述锥头的外表面。

可选的，所述注胶装置还包括：弹性件，所述弹性件设置在所述储胶室上，所述弹性件与所述钻孔的孔壁抵接。

可选的，所述注胶装置还包括：连动块，所述连动块设置在所述活塞远离所述锥头的一端；定位槽，所述定位槽设置在所述连动块远离所述储胶室的一端；卡槽，所述卡槽设置在所述定位槽的槽壁上；卡珠，所述卡珠设置在所述推杆靠近所述活塞的一端，所述卡珠与所述卡槽卡接；第一磁性件，所述第一磁性件设置在所述定位槽的槽底；第二磁性件，所述第二磁性件设置在所述推杆靠近所述活塞的一端，所述第二磁性件与所述第一磁性件磁性相吸。

本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过采用六组应变花，使应变计具有十二个分量，即应变计能够检测十二个方向的应变数据，由此保证了应变计的测量精度，使煤矿的生产更为安全；较少的应变花数量不仅能够有效减小应变计的直径，使应变计能够满足小孔径钻孔的地应力测量，避免发生塌孔或闭孔问题，有效提高了取芯效率、应力测量成功率和测量精度，而且能够有效缩短取芯长度，使应变计对岩石的完整性要求较低，由此使得应变计的通用性更强，适用范围更广。

本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计的剖面示意图；

图2是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计使用时钻孔孔底的剖面示意图（钻大孔后）；

图3是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计使用时钻孔孔底的剖面示意图（钻底孔后）；

图4是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计使用时钻孔孔底的剖面示意图（安装应变计时）；

图5是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计使用时钻孔孔底的剖面示意图（安装应变计后）；

图6是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计使用时钻孔孔底的剖面示意图（套芯并采集测量数据时）；

图7是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计中锥头处的结构示意图；

图8是本公开一实施例提出的十二分量小孔径孔底应变计的电路示意图。

如图所示：1、锥头，2、钻孔，3、隔板，4、温度传感器，5、电子罗盘；

6、应变花，601、第一应变片，602、第二应变片；

7、注胶装置，701、储胶室，702、活塞，703、推杆，704、压力传感器，705、第一通道，706、第二通道，707、弹性件，708、连动块，709、定位槽，710、卡槽，711、卡珠，712、第一磁性件，713、第二磁性件；

8、数据采集模块，801、数据采集仪，802、第一无线传输单元，803、第二无线传输单元，804、监控单元，805、供电单元。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1、图4、图5、图6和图7所示，本公开实施例提出一种十二分量小孔径孔底应变计，包括锥头1、隔板3、注胶装置7、六组应变花6和数据采集模块8，锥头1设置在钻孔2的孔底，隔板3设置在锥头1远离孔底的一端，隔板3与孔底之间形成测量室，注胶装置7设置在锥头1远离孔底的一端，注胶装置7的出液端与测量室相连，六组应变花6沿锥头1的周向均匀设置在锥头1的外表面，且应变花6位于测量室内，应变花6包括第一应变片601和第二应变片602，数据采集模块8的信号输入端与应变花6的信号输出端相连。

可以理解的是，通过隔板3的设置，使隔板3与孔底之间形成密封的测量室，从而便于胶液的注入和凝固，且通过注胶装置7的设置，能够实现测量室内胶液的注入，从而在胶液凝固后，使六组应变花6与钻孔2的孔底牢固相连，进而实现钻孔2孔底处的应变测量，由此，在进行套芯时，数据采集模块8接收到六组应变花6检测的应变数据，从而便于根据六组应变数据计算岩石的三向地应力，保证煤矿的安全生产。

其中，通过采用六组应变花6，使应变计具有十二个分量，即应变计能够检测十二个方向的应变数据，由此保证了应变计的测量精度，使煤矿的生产更为安全。

较少的应变花6数量不仅能够有效减小应变计的直径，使应变计能够满足小孔径钻孔2的地应力测量，避免发生塌孔或闭孔问题，有效提高了取芯效率、应力测量成功率和测量精度，而且能够有效缩短取芯长度，使应变计对岩石的完整性要求较低，由此使得应变计的通用性更强，适用范围更广。

需要说明的是，由于六组应变花6沿锥头1的周向均匀设置在锥头1的外表面，因此锥头1上相邻应变花6之间相差60度，其中，应变花6在锥头1外表面的设置方式可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，锥头1的外表面沿锥头1的周向均匀设置有六个凹槽，六组应变花6分别通过胶水粘贴在六个凹槽内。

第一应变片601和第二应变片602均可以由金属丝或金属箔制成，由金属丝制成的第一应变片601和第二应变片602可以称为丝式应变花，由金属箔制成的第一应变片601和第二应变片602可以称为箔式应变花。

锥头1的具体材料可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，锥头1可以采用碳素钢材料，但考虑到应变计整体的成本，锥头1也可以采用不锈钢、铝、橡胶等具有一定的抗压强度且能够满足应变计轻质化的材料。

锥头1的形状是与钻孔2的孔底形状相适配，因此锥头1的形状是圆锥型。

隔板3用于形成密封的测量室，隔板3的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，隔板3可以是密封圈，隔板3密封套设在锥头1远离孔底的一端。

胶液用于使锥头1与钻孔2的孔底岩石之间均匀且紧密接触，胶液的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，胶液可以是环氧树脂。

如图7所示，在一些实施例中，第一应变片601与第二应变片602平行设置，且第一应变片601的长度方向与锥头1的母线平行，第二应变片602的长度方向与锥头1的母线垂直，锥头1的底面与锥头1的母线之间的夹角是60度，锥头1的直径不大于50毫米。

可以理解的是，通过设置第一应变片601与第二应变片602之间的相对位置关系以及第一应变片601和第二应变片602在锥头1上的布置方式，使得应变计整体能够根据十二个分量精准的计算出岩石的三向地应力，从而保证煤矿的安全生产。

如图1、图4、图5、图6和图8所示，，在一些实施例中，应变计还包括电子罗盘5，电子罗盘5设置在注胶装置7内，电子罗盘5的信号输出端与数据采集模块8的信号输入端相连。

可以理解的是，通过电子罗盘5的设置，能够检测应变计的位移、角度等，数据采集模块8接收到电子罗盘5检测的位置数据后，从而便于对应变计的监控和导向，使应变计的地应力测量精度更高，保证煤矿的安全生产。

需要说明的是，电子罗盘5的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

如图1、图4、图5、图6和图8所示，在一些实施例中，应变计还包括温度传感器4，温度传感器4设置在锥头1的外表面，且温度传感器4位于测量室内，温度传感器4的信号输出端与数据采集模块8的信号输入端相连。

可以理解的是，测量室内的胶液凝固后使六组应变花6和温度传感器4均与钻孔2的孔底牢固相连，从而在进行套芯时，数据采集模块8接收到六组应变花6检测的应变数据和温度传感器4检测的温度数据后，便于根据温度数据对应变数据进行温度补偿，进而减小三向地应力测量的误差，提高地应力测量的精度，保证煤矿的安全生产。

需要说明的是，温度传感器4是用于检测钻孔2孔底的温度，不同温度下的应变花6，其检测的应变值也不同，且温度与应变值之间的具有一定的映射关系，因此根据该映射关系对检测的应变值进行补偿，以减小应变计的测量误差。

如图1、图4、图5、图6和图8所示，在一些实施例中，数据采集模块8包括数据采集仪801、第一无线传输单元802和供电单元805，数据采集仪801设置在注胶装置7内，数据采集仪801的信号输入端与应变花6的信号输出端相连，第一无线传输单元802设置在注胶装置7内，第一无线传输单元802的信号输入端与数据采集仪801的信号输出端相连，第一无线传输单元802的信号输出端与数据采集仪801的信号输入端相连，第一无线传输单元802无线连接有第二无线传输单元803，数据采集仪801通过第一无线传输单元802和第二无线传输单元803与外部监控单元804无线相连，供电单元805设置在注胶装置7内，供电单元805的电能输出端与数据采集仪801的电能输入端和第一无线传输单元802的电能输入端相连。

可以理解的是，数据采集仪801用于接收并储存六组应变花6输出的应变数据，同时，通过第一无线传输单元802和第二无线传输单元803的配合，能够实现数据采集仪801与外部监控单元804之间的通信，不仅便于数据采集仪801将测量的数据传输到监控单元804中，以计算岩石的三向地应力，而且便于外部的监控单元804控制数据采集仪801的采集时间间隔，使应变计的地应力测量精度更高，使用更为便捷。

其中，通过无线方式的通信，避免因使用导线进行通信导致的导线断裂、控制距离受限等问题，使应变计的测量更为可靠，使用更为便捷。

通过供电单元805的供电，保证了数据采集仪801持续且稳定的运行，使应变计的使用更为便捷。

需要说明的是，数据采集仪801的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，数据采集仪801可以包括电子定时器、钟控电子开关、微处理器芯片和Flash存储器，以实现采集时间间隔的设置、开关定时、数据处理和数据储存。

第一无线传输单元802和第二无线传输单元803的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第一无线传输单元802和第二无线传输单元803均包括蓝牙（Bluetooth）发送组件和蓝牙接收组件，第一无线传输单元802与第二无线传输单元803进行蓝牙配对后，数据采集仪801与监控单元804之间通过蓝牙技术进行通信；第一无线传输单元802和第二无线传输单元803均包括Wi-Fi组件，第一无线传输单元802与第二无线传输单元803建立网络连接后，数据采集仪801与监控单元804之间通过Wi-Fi技术进行通信。

供电单元805的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，供电单元805可以包括电池、电容、电阻等，电池通过电容、电阻等器件匹配数据采集仪801、第一无线传输单元802等部件的用电。其中，电池可以是锂电池。

数据采集仪801除接收六组应变花6输出的应变数据外，还接收电子罗盘5输出的位置数据和温度传感器4输出的温度数据。

监控单元804用于根据六组应变数据计算钻孔2孔底处的三向地应力，监控单元804可以设置在钻孔2外的任意位置处，监控单元804的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，监控单元804可以是计算机。

注胶装置7的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，注胶装置7可以包括储胶囊和挤压杆，储胶囊设置在锥头1远离孔底的一端，储胶囊的出液端与测量室相连，挤压杆活动设置在储胶囊远离锥头1的一端。由此，通过挤压杆的推动挤压，使储胶囊的体积减小，进而实现向测量室内的注胶。

如图1、图4、图5和图6所示，在一些实施例中，注胶装置7包括储胶室701、活塞702和推杆703，储胶室701设置在锥头1远离孔底的一端，储胶室701的出液端与测量室相连，活塞702滑动设置在储胶室701内，活塞702的外壁与储胶室701的内壁贴合，推杆703的一端与储胶室701滑动相连并与活塞702远离锥头1的一端相连。

可以理解的是，在推杆703的推动下使活塞702在储胶室701内移动，从而挤压储胶室701内的胶液体积，进而使储胶室701内的胶液进入到测量室内，实现应变花6与钻孔2孔底的牢固相连。

其中，通过活塞702挤压实现向测量室内的注胶，便于控制测量室内胶液的注入速度、流量等，使应变计的使用更为便捷。

需要说明的是，储胶室701的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，储胶室701可以是类圆柱型的中空结构，储胶室701可以包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通过螺栓连接、卡扣连接等方式相连，由此不仅保证储胶室701内的密封，而且还便于拆装检修，同时在第一部分与第二部分分离后便于向储胶室701内灌装胶液。

其中，储胶室701也可以设置为整体结构，储胶室701上设置有单向阀，通过单向阀向储胶室701内灌装胶液。

储胶室701与锥头1之间的相连方式可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，储胶室701与锥头1之间可以通过螺栓连接、卡扣连接、一体成型等方式相连。

活塞702的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，活塞702可以包括密封部分和动力部分，密封部分与动力部分相连，密封部件的外壁与储胶室701的内壁贴合，且密封部分由弹性材料制成，动力部分与推杆703相连。其中，密封部分可以由橡胶、硅胶等材料制成。

推杆703的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，推杆703是杆状结构，推杆703由钻孔2外伸入到钻孔2内，推杆703在伸入到钻孔2内并与活塞702相连后，推杆703可以通过人工操作进行驱动，也可以通过驱动装置进行驱动。

驱动装置通过螺栓等固定件设置在巷道的侧壁上，驱动装置的输出轴与推杆703相连，驱动装置的信号输入端与监控单元804的信号输出端相连，通过监控单元804的控制实现测量室胶液的注入。其中，驱动装置的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，驱动装置可以液压缸；驱动装置可以伸缩电机。

在实际使用中，为减小应变计的体积，可以将数据采集仪801、第一无线传输单元802、电子罗盘5和供电单元805集成在一块电路板上，且在储胶室701的室壁内设置凹槽，电路板设置在该凹槽内。

如图1、图4、图5、图6和图8所示，在一些实施例中，注胶装置7还包括压力传感器704，压力传感器704设置在储胶室701内，且压力传感器704位于活塞702与储胶室701内靠近锥头1的一端之间，压力传感器704的信号输出端与数据采集模块8的信号输入端相连。

可以理解的是，压力传感器704检测储胶室701内的压力，通过压力传感器704的设置，能够根据储胶室701内的压力控制推杆703的移动，在保证测量室内胶液充满的同时避免胶液的溢出，保证应变计的稳定测量。

需要说明的是，压力传感器704的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制。

压力传感器704在储胶室701内的具体设置方式可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，储胶室701的内壁上设置有凹槽，压力传感器704设置在该凹槽内，以避免活塞702碰撞到压力传感器704。

数据采集仪801除接收应变花6输出的应变数据外，还接收压力传感器704输出的压力数据，数据采集仪801将压力数据发送到监控单元804中，以使监控单元804根据压力数据控制驱动装置动作。

其中，数据采集仪801、第一无线传输单元802、电子罗盘5、供电单元805和压力传感器704均可以设置防水、防爆、防静电等措施，以提高应变计整体的稳定性。

如图1、图4、图5和图6所示，在一些实施例中，应变计还包括第一通道705和多个第二通道706，第一通道705设置在锥头1内，第一通道705的进液端与储胶室701的出液端相连，第二通道706的进液端与第一通道705的出液端相连，第二通道706的出液端与测量室相连，多个第二通道706的出液端沿锥头1的周向均匀设置在锥头1的外表面。

可以理解的是，通过第一通道705和多个第二通道706的设置，使储胶室701内的胶液能够均匀的进入到测量室，进而使胶液在钻孔2孔底与锥头1之间能够完全填充，保证应变花6与钻孔2孔底之间的稳定牢固。

需要说明的是，第一通道705和第二通道706的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第一通道705位于锥头1的轴向上，第二通道706位于锥头1的径向上，第二通道706的数量为六个，第二通道706的出液端靠近应变花6处。

如图1、图4、图5和图6所示，在一些实施例中，注胶装置7还包括弹性件707，弹性件707设置在储胶室701上，弹性件707与钻孔2的孔壁抵接。

可以理解的是，通过弹性件707的设置，使锥头1在到达钻孔2的孔底后能够固定在钻孔2内，从而避免在胶液凝固之前出现锥头1的晃动问题，由此使应变花6与钻孔2孔底之间能够牢固相连，保证应变计的地应力测量精度。

需要说明的是，弹性件707的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，弹性件707可以是多个倾斜的弹片，多个弹片沿储胶室701的周向均匀分布，且弹片沿钻孔2的孔底到孔口的方向倾斜延伸。

如图1、图4、图5和图6所示，在一些实施例中，注胶装置7还包括连动块708、定位槽709、卡槽710、卡珠711、第一磁性件712和第二磁性件713，连动块708设置在活塞702远离锥头1的一端，定位槽709设置在连动块708远离储胶室701的一端，卡槽710设置在定位槽709的槽壁上，卡珠711设置在推杆703靠近活塞702的一端，卡珠711与卡槽710卡接，第一磁性件712设置在定位槽709的槽底，第二磁性件713设置在推杆703靠近活塞702的一端，第二磁性件713与第一磁性件712磁性相吸。

可以理解的是，通过连动块708分别与活塞702和推杆703相连，实现推杆703与活塞702的相连，且由于定位槽709的设置，便于推杆703的快速定位，同时，通过卡珠711与卡槽710的卡接，便于推杆703与连动块708之间的拆装，由此在保证推杆703与活塞702稳定相连的同时便于推杆703的拆装。

通过第一磁性件712和第二磁性件713之间的配合，使推杆703与滑块之间能够快速且准确的相连，从而提高推杆703与活塞702之间的相连效率，保证应变计的高效测量。

需要说明的是，活塞702、连动块708、定位槽709和推杆703之间的相对位置关系可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，活塞702的中心轴、连动块708的中心轴、定位槽709的中心轴和推杆703的中心轴重合。

卡珠711在推杆703上的设置方式可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，推杆703的外圆周面上设置有球槽，卡珠711设置在球槽内。其中，卡珠711可以由弹性材料制成，也可以在球槽内设置弹簧、弹片等，以实现卡珠711与卡槽710卡接的同时便于拆卸。

第一磁性件712和第二磁性件713的具体类型可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，第一磁性件712可以是铁块，第二磁性件713可以是磁铁，由此，不仅实现第一磁性件712和第二磁性件713的相吸配合，而且避免第一磁性件712对数据采集仪801等器件造成干扰。

应变计还可以包括数据接口，数据接口可以设置在连动块708上，也可以设置在储胶室701上，以便于应变计可以通过数据线与外部监控单元804相连，使应变计的使用更为灵活、便捷。其中，数据接口设置在连动块708上时，应保证数据接口与数据采集仪801之间的线缆能够适应连动块708的移动。

应变计整体的尺寸可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，除推杆703外，应变计整体的长度可以是100mm。

应变计的使用方法可以根据实际需要进行设置，对此不作限制，示例的，应变计的使用方法如下：

如图2所示，在测点处进行钻大孔，此时，大孔深度可以是巷道直径的2-3倍，大孔可以向上倾斜3度-10度；

排空大孔内的水分、岩粉和泥浆后，如图3所示，沿大孔的轴向通过圆锥型钻头在大孔内钻底孔，其中，底孔的深度可以是50mm，大孔和底孔构成了钻孔2；

对钻孔2内进行打磨，通过丙酮和清水对钻孔2进行清洗，最后通过棉纱将钻孔2内擦拭干净；

将胶液搅拌均匀后灌装到储胶室701内；

如图4所示，将推杆703与滑块相连，并通过推杆703将应变计沿钻孔2的轴向移动到钻孔2的孔底，以使锥头1与钻孔2的孔底贴合，并使隔板3与钻孔2的孔底之间形成测量室；

通过推杆703推动活塞702移动，直到压力传感器704检测的压力超过设定的压力阈值；

待胶液凝固后，如图5所示，将推杆703移出钻孔2，以完成应变计的安装，其中，胶液的凝固时间可以是12小时；

对钻孔2内冲水，待应变计输出的数据稳定后，如图6所示，将钻孔2的孔底岩石进行套芯，并同时开启数据采集仪801，以采集钻孔2孔底的应变数据、温度数据和位置数据；

待应变计输出的数据不随套芯的推进变化时，则停止套芯并取出包裹应变计的岩芯；

在监控单元804中根据采集的位置数据对应变计进行二维标定，同时根据应变数据和温度数据计算钻孔2孔底的地应力，以获得三向主应力的大小和方向。

其中，原岩应力的计算原理如下：

如图7所示，第一应变片601检测的应变设置为ε_L，第二应变片602检测的应变设置为ε_T，应变花6方向与钻孔2轴向在坐标系中的旋转角度设置为

，满足下列公式：

；

其中，E是原岩杨氏模量，A₁₁、A₁₂……D₂均是应变系数，{σ}是原岩六个方向上的应力张量矩阵。

原岩应力张量表达式为：

[A]{σ}=E{β}；

其中，[A]是一个

的弹性柔量矩阵，{β}是六组应变花6测得的应变。

因此，原岩应力分量的大小可以通过最小二乘法确定，满足下式：

[B]{σ}=E{β^*}；

其中，[B]=[A]^T[A]，且{β^*}=[A]^T{β}；

由此，可计算原岩应力为{σ^*}=E[C]{β^*}，其中，[C]是矩阵[B]的逆矩阵。

需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，包括：

锥头，所述锥头设置在钻孔的孔底；

隔板，所述隔板设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述隔板与所述孔底之间形成测量室；

注胶装置，所述注胶装置设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述注胶装置的出液端与所述测量室相连；

六组应变花，六组所述应变花沿所述锥头的周向均匀设置在所述锥头的外表面，且所述应变花位于所述测量室内，所述应变花包括：第一应变片和第二应变片；

数据采集模块，所述数据采集模块的信号输入端与所述应变花的信号输出端相连。

2.根据权利要求1所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，

所述第一应变片与所述第二应变片平行设置，且所述第一应变片的长度方向与所述锥头的母线平行，所述第二应变片的长度方向与所述锥头的母线垂直；

所述锥头的底面与所述锥头的母线之间的夹角是60度；

所述锥头的直径不大于50毫米。

3.根据权利要求1所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述应变计还包括：

电子罗盘，所述电子罗盘设置在所述注胶装置内，所述电子罗盘的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

4.根据权利要求1所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述应变计还包括：

温度传感器，所述温度传感器设置在所述锥头的外表面，且所述温度传感器位于所述测量室内，所述温度传感器的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

5.根据权利要求1所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述数据采集模块包括：

数据采集仪，所述数据采集仪设置在所述注胶装置内，所述数据采集仪的信号输入端与所述应变花的信号输出端相连；

第一无线传输单元，所述第一无线传输单元设置在所述注胶装置内，所述第一无线传输单元的信号输入端与所述数据采集仪的信号输出端相连，所述第一无线传输单元的信号输出端与所述数据采集仪的信号输入端相连，所述第一无线传输单元无线连接有第二无线传输单元，所述数据采集仪通过所述第一无线传输单元和所述第二无线传输单元与外部监控单元无线相连；

供电单元，所述供电单元设置在所述注胶装置内，所述供电单元的电能输出端与所述数据采集仪的电能输入端和所述第一无线传输单元的电能输入端相连。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述注胶装置包括：

储胶室，所述储胶室设置在所述锥头远离所述孔底的一端，所述储胶室的出液端与所述测量室相连；

活塞，所述活塞滑动设置在所述储胶室内，所述活塞的外壁与所述储胶室的内壁贴合；

推杆，所述推杆的一端与所述储胶室滑动相连并与所述活塞远离所述锥头的一端相连。

7.根据权利要求6所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述注胶装置还包括：

压力传感器，所述压力传感器设置在所述储胶室内，且所述压力传感器位于所述活塞与所述储胶室内靠近所述锥头的一端之间，所述压力传感器的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端相连。

8.根据权利要求6所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述应变计还包括：

第一通道，所述第一通道设置在所述锥头内，所述第一通道的进液端与所述储胶室的出液端相连；

多个第二通道，所述第二通道的进液端与所述第一通道的出液端相连，所述第二通道的出液端与所述测量室相连，多个所述第二通道的出液端沿所述锥头的周向均匀设置在所述锥头的外表面。

9.根据权利要求6所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述注胶装置还包括：

弹性件，所述弹性件设置在所述储胶室上，所述弹性件与所述钻孔的孔壁抵接。

10.根据权利要求6所述的十二分量小孔径孔底应变计，其特征在于，所述注胶装置还包括：

连动块，所述连动块设置在所述活塞远离所述锥头的一端；

定位槽，所述定位槽设置在所述连动块远离所述储胶室的一端；

卡槽，所述卡槽设置在所述定位槽的槽壁上；

卡珠，所述卡珠设置在所述推杆靠近所述活塞的一端，所述卡珠与所述卡槽卡接；

第一磁性件，所述第一磁性件设置在所述定位槽的槽底；

第二磁性件，所述第二磁性件设置在所述推杆靠近所述活塞的一端，所述第二磁性件与所述第一磁性件磁性相吸。

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