CN201397207Y - 煤岩体地应力连续测试装置 - Google Patents

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王恩元
徐文全
颜丙沂
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Xuzhou Fu'an Technology Co ltd
China University of Mining and Technology CUMT
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China University of Mining and Technology CUMT
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Abstract

一种煤岩体地应力连续测试装置，它由设在煤岩体钻孔内的地应力传感器、与地应力传感器传输线相连的数据采集仪和向地应力传感器施压的高压油泵组成。在钻孔中布置地应力传感器，通过注入油液使压力感应器与煤岩体良好耦合；测试地应力结果在压力表上直接显示；由数据采集仪采集并存储数据，可通过电话线远距离与地面MODEM和计算机通讯，也可在地面通过RS232接口与计算机通讯；传感器也可与煤矿安全监测系统直接连接；在地面计算机软件中查看地应力数据大小及其变化规律。其结构简单，安装及操作方便、快捷，对生产影响较小，适应性好，能够实时监测。

Description

煤岩体地应力连续测试装置
技术领域
本实用新型涉及煤岩体地应力连续测试装置，尤其适用于实时监测煤岩体地应力大小与煤岩体地应力随采动和顶板活动的变化规律。
背景技术
目前，在工程实践中，岩体应力状态测试装置主要有孔底应变法、36-2钻孔变形计、小孔径水压致裂地应力测试装置(申请号：03257022)、深孔大地应力检测装置的伸缩式贴片头(申请号：200420111711.8)和钻孔应力计等，其中：孔底应变法是通过测定钻孔孔底岩体在应力解除前后不同方向的应变变化量，计算得到原岩应力，但其测试过程工序繁多、操作复杂；在有裂缝的岩层及煤体中无法测试；在受采动影响的煤岩体中无法测试；不能连续测试。36-2钻孔变形计是通过测定钻孔横截面内原岩应力解除前后孔径变化值来计算原岩应力，但其测试过程工序繁多、操作复杂；在有裂缝的岩层及煤体中无法测试；不能连续测试。小孔径水压致裂地应力测试装置是用高压水使岩体致裂，通过测试裂缝产生前后水压的变化来测试及计算最小主应力的大小及方向，该方法比较直接，可以直接确定方向，但其在煤体、受采动影响的岩体或节理发育的岩体中，难以应用；不能连续测试。深孔大地电应力检测装置的伸缩式贴片头，是在深孔中用伸缩式片头结构传感器采集地应力值，由于在矿井恶劣的环境下，安装时很容易影响到应变片的应变性能，使测试效果可靠度大大降低，且此装置不能测试地应力的初始值，需要传感器与煤岩体进行良好耦合，在煤体、受采动影响的岩体或节理发育的岩体中，不能应用；不能连续测试。钻孔应力计是利用钢弦振动频率与压力或拉力成正比的原理测量应力的，主要用来测量煤矿预留煤柱应力的变化，或用来测量基坑岩体或土基础，在开挖前后应力的变化情况，但其不能实现传感器初始与煤岩体的完全紧密接触，初始适应能力差，需要当煤岩体变形后与传感器良好接触，才能测试出应力。
本实用新型的目的是针对已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，操作方便，测试速度快，效果好的煤岩体地应力连续测试装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：它由设在煤岩体钻孔内的地应力传感器、与地应力传感器传输线相连的数据采集仪和向地应力传感器施压的高压油泵组成。
所述的地应力传感器包括前置胶囊压力感应器、高压油管、三通、液压传感器、阀门和快换接头，前置胶囊压力感应器和高压油管顺序串联连接后通过三通与液压传感器相接，该三通通过阀门与高压油泵相接，连接处均用快换接头；所述的数据采集仪包括A/D转换电路、CPU处理器、程序存储器、数据存储器、显示器、操作键盘、RS232通讯电路、MODEM通讯电路、标准信号输出电路和电源，液压传感器与A/D转换电路、CPU处理器串联连接，程序存储器、数据存储器、显示器、操作键盘、RS232通讯电路、MODEM通讯电路、标准信号输出电路分别接CPU处理器；所述的液压传感器为电子数显传感器或者带机械压力表的传感器。
有益效果：本实用新型实现了对原岩或破碎煤岩体地应力进行连续、实时测试与显示。与现有技术相比，安装及操作更快捷、简便，压力感应器与煤岩体主动耦合性好，大大减少了测试工作量，对生产影响较小，基本不受人工等外界干扰，不受煤岩体破碎程度影响，在原岩体中和破碎的煤岩体中均可进行连续测试，尤其适用于实时监测破碎煤岩体地应力大小与煤岩体地应力随采动和顶板活动的变化规律；由数据采集仪采集并存储数据，可通过电话线远距离与地面MODEM和计算机通讯，也可在地面通过RS232接口与计算机通讯；传感器也可与煤矿安全监测系统直接连接，将数据实时传输到地面监测主机中，进而传输到各终端计算机；在地面计算机软件中可查看或分析地应力数据大小及其变化规律。
附图说明
图1是本实用新型的煤岩体地应力连续测试传感器结构图。
图2是本实用新型的数据采集仪原理框图。
图3是本实用新型的布置示意图。
图中：1-前置胶囊压力感应器，2-高压油管，3-三通，4-液压传感器(电子数显或带机械压力表)，5-阀门，6-快换接头，7-高压油泵，8-A/D转换电路，9-CPU处理器，10-程序存储器，11-数据存储器，12-显示器，13-操作键盘，14-RS232通讯电路，15-MODEM通讯电路，16-标准信号输出电路，17-电源，18-监测系统分站。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的描述：
本实用新型由设在煤岩体钻孔内的地应力传感器、与地应力传感器传输线相连的数据采集仪和向地应力传感器施压的高压油泵组成。地应力传感器由前置胶囊压力感应器1、高压油管2、三通3、液压传感器4、阀门5和快换接头6组成，其中液压传感器4用电子数显传感器或者带机械压力表的传感器。前置胶囊压力感应器1和高压油管2顺序串联连接后通过三通3与液压传感器4相接，该三通3通过阀门5与高压油泵7相接，连接处均用快换接头6，胶囊压力感应器1直径φ39～100mm，全长L1150～400mm，感应部分L2长70～320mm；高压油路管2长度L3为0～50m，根据现场要求而定；液压传感器4可直接与现有的煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面监测主机中，进而传输到各终端计算机中；阀门5为截止阀。数据采集仪包括A/D转换电路8、CPU处理器9、程序存储器10、数据存储器11、显示器12、操作键盘13、RS232通讯电路14、MODEM通讯电路15、标准信号输出电路16和电源17，液压传感器4与A/D转换电路8、CPU处理器9串联连接，程序存储器10、数据存储器11、显示器12、操作键盘13、RS232通讯电路14、MODEM通讯电路15、标准信号输出电路16、分别接CPU处理器9，图2所示。CPU处理器9的中央处理单元选用MCS-96系列的80C196KB单片机；程序存储器10选用16K字节的27C128；数据存储器11选用容量为512KB的628512芯片；显示器12显示器选用每行16个字符共2行的液晶显示器，显示器12和主板的连接通过插座CH2完成。
工作过程：在需要测定地应力的地点向煤岩体内部打钻孔，钻孔深度L4应达到测试所需位置；将地应力传感器的前置胶囊压力感应器1送入被测钻孔的指定位置，打开阀门5，由高压油泵7向前置胶囊压力感应器1、高压油管2注入液体(水、油或乳化液)，当液压传感器4的显示压力趋于稳定时，停止注液，关闭阀门5，卸下高压油泵7，由数据采集仪开始采集并存储数据；测试过程中数据采集仪也可通过电话线与地面MODEM和计算机连接并通讯；测试完成后，可将数据采集仪通过RS232接口与计算机连接并实时通讯；也可在测试开始前，将液压传感器4或标准信号输出电路16与现有的煤矿安全监测系统分站18连接，测试过程中将数据实时传输到地面监测主机中，进而传输到各终端计算机中；在计算机软件中查看或分析地应力数据及其变化情况。

Claims (4)

1、一种煤岩体地应力连续测试装置，其特征在于：它由设在煤岩体钻孔内的地应力传感器、与地应力传感器传输线相连的数据采集仪和向地应力传感器施压的高压油泵组成。
2、根据权利要求1所述的煤岩体地应力连续测试装置，其特征在于：所述的地应力传感器包括前置胶囊压力感应器(1)、高压油管(2)、三通(3)、液压传感器(4)、阀门(5)和快换接头(6)，前置胶囊压力感应器(1)和高压油管(2)顺序串联连接后通过三通(3)与液压传感器(4)相接，该三通(3)通过阀门(5)与高压油泵(7)相接，连接处均用快换接头(6)。
3、根据权利要求1所述的煤岩体地应力连续测试装置，其特征在于：所述的数据采集仪包括A/D转换电路(8)、CPU处理器(9)、程序存储器(10)、数据存储器(11)、显示器(12)、操作键盘(13)、RS232通讯电路(14)、MODEM通讯电路(15)、标准信号输出电路(16)和电源(17)，液压传感器(4)与A/D转换电路(8)、CPU处理器(9)串联连接，程序存储器(10)、数据存储器(11)、显示器(12)、操作键盘(13)、RS232通讯电路(14)、MODEM通讯电路(15)、标准信号输出电路(16)、分别接CPU处理器(9)。
4、根据权利要求1所述的煤岩体地应力连续测试装置，其特征在于：所述的液压传感器(4)为电子数显传感器或者带机械压力表的传感器。
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