CN211370378U - 一种大直径钻孔用钻孔应力计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大直径钻孔用钻孔应力计，涉及煤矿深部开采现场监测设备领域，包含有油囊、包裹体、应力传感器和油泵，所述油泵通过出油胶管与三通阀连通，所述三通阀的另两端分别连接应力传感器和进油钢管，所述进油钢管与油囊连通，所述包裹体设置于油囊的外部，所述油囊的面积设置为普通钻孔应力计油囊的3倍，所述包裹体设置为呈圆弧状的上下两片，通过捆扎部件包覆于油囊的外部并固定，所述油囊的封油口处设置有钢球，并通过螺栓紧固、密封，所述三通阀与进油钢管、钻孔应力计、出油胶管之间通过KJ快接接头连接。本实用新型为通过泄压孔或大直径钻孔应力的变化来确定冲击地压的发生提供预警、监测，是高采深矿井安全生产的可靠保证。

Description

一种大直径钻孔用钻孔应力计

技术领域

本实用新型涉及煤矿深部开采现场监测设备领域，具体的说是一种大直径钻孔用钻孔应力计。

背景技术

我国是“富煤、贫油、少气”的国家，这一特点决定了煤炭将在一次性能源生产和消费中占据主导地位且长期不会改变。随着浅部煤炭资源的开采殆尽，深部开采（深度大于600m的地下开采）势在必行。然而，随着开采深度的增加，井下应力环境发生了很大变化，矿压显现加剧。

近年来，我国东部大部分矿区的煤炭开采也转入深部开采，一些原来少见的冲击地压和矿井突水等灾害事故频频发生，这些现象在东部的大型现代化矿井中尤为突出。比如像兖州、新汶、淮南、淮北等矿区，在采深不超过500m时从未没发生过冲击地压事故，但采深超过500m后就出现了，并且随着采深的增加，这种灾害越来越严重。冲击地压也成为我国煤矿面临的最为严重的动力灾害之一。

冲击地压是矿山井巷和采场周围煤岩体，由于变形能的释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，本质上是大量弹性能突然释放导致的。因此作为保障安全开采的重要手段，巷道围岩应力和变形监测研究具有重要的实际应用价值。

煤层大直径钻孔是防治冲击地压灾害的主要手段之一，它通过在煤层施工直径不小于φ95mm的钻孔，实现破坏和软化煤体的作用,从而降低或转移煤体内的集中高应力。利用大直径卸压钻孔进行钻孔应力的监测是开展应变、应力型冲击预警的有效手段，对煤矿安全生产具有重要意义。

现有的Φ38mm钻孔应力计，只能用于Φ42～45的小直径钻孔，并且反映煤层应力变化敏感度低，冲击显现前及显现过程中应力变化不明显，无法为冲击地压危险预测提供准确监测数据。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种大直径钻孔用钻孔应力计，为通过泄压孔或大直径钻孔应力的变化来确定冲击地压的发生提供预警、监测，成为高采深矿井安全生产的可靠保证。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种大直径钻孔用钻孔应力计，包含有油囊、包裹体、钻孔应力传感器和油泵，所述油泵通过出油胶管与三通阀连通，所述三通阀的另两端分别连接钻孔应力传感器和进油钢管，所述进油钢管与油囊连通，所述包裹体设置于油囊的外部，所述油囊的面积设置为Φ38mm钻孔应力计油囊的3倍，所述包裹体设置为呈圆弧状的上下两片，通过捆扎部件包覆于油囊的外部并固定，所述油囊的封油口处设置有钢球，并通过螺栓紧固，所述三通阀与进油钢管、钻孔应力传感器及出油胶管之间均通过KJ快接接头连接。

所述包裹体的端部设置推杆连接杆，通过推杆连接杆与推杆连接，所述油囊与包裹体捆扎好后一同通过推杆由外力推动进入大直径钻孔内指定位置。

所述包裹体采用高分子材料制成。

本实用新型对现有钻孔应力计进行了改进，油囊的受力面积扩展为常规油囊的3倍，能够更加灵敏地反应煤层应力的变化；包裹体采用上下两片圆弧形高分子材料经机加工制成，加工方便，易于大规模生产，成本适中，可以应对不同煤矿、煤层、深度和孔径的现场需求；通过油泵向油囊注油，油囊膨胀以推动包裹体与大直径钻孔或泄压孔的孔壁充分接触，能够实时反映钻孔的形变和应力变化，为通过应力变化来确定冲击地压的发生提供了实时的预警监测数据；油囊的封油口采用钢球密封并通过螺栓紧固，油囊中的气体可以快速排放并密封，使得煤层应力测量更加方便、准确和可靠；油路连接采用KJ系列接头连接，实现快速连接和拆卸，操作方便，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的应用示意图；

图3为本实用新型的应用原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，一种大直径钻孔用钻孔应力计，包含有油囊1、包裹体2、钻孔应力传感器13和油泵15，所述油泵15通过出油胶管14与三通阀12连通，所述三通阀12的另两端分别连接钻孔应力传感器13和进油钢管9，所述进油钢管9与油囊1连通，所述包裹体2设置于油囊1的外部，所述油囊1的面积设置为Φ38mm钻孔应力计油囊的3倍，所述包裹体2设置为呈圆弧状的上下两片，通过捆扎部件8包覆于油囊1的外部并固定，所述油囊1的封油口3处设置有钢球4，并通过螺栓5紧固，所述三通阀12与进油钢管9、钻孔应力传感器13及出油胶管14之间均通过KJ快接接头10连接。

作为优选的方式，本实施例中，所述包裹体2的端部设置推杆连接杆7，通过推杆连接杆7与推杆连接，所述油囊1与包裹体2捆扎好后一同通过推杆由外力推动进入大直径钻孔内指定位置。

作为优选的方式，本实施例中，所述包裹体2采用高分子材料制成。

作为本实用新型的一个实施例，如图2和图3所示，利用钻孔应力计监测大直径钻孔的应力变化。先用直径为Φ110mm钻头在所需监测巷道16的煤壁17上钻孔19或借用Φ110mm（或更大的孔径）大直径泄压钻孔19，孔深8～25米（可按设计要求选定）。

安装前，先按图1所示连接好各个部件。所述油囊1由两片金属油囊片对焊而成，与KJ快接接头10通过应力计油囊进油钢管9（外径φ4、内径φ2）焊接在一起，用U形销11将KJ快接接头10连接在三通阀12上；将出油胶管14一端与单向手动油泵15出油口相连，另一端连接在三通阀12上正对三通阀12上的锁紧锥阀12-1；所述三通阀12的另一端与钻孔应力传感器13连接。所述油囊1的弹性模量小于包裹体2，包裹体2的弹性模量大于煤层18，油囊进油钢管9承压能力适中，可用于煤层18应力的监测。

拧开三通阀12上的锁紧锥阀12-1，使油泵15与油囊1连通，拧开油泵15出油锁紧手轮15-1，抬起、按下油泵15的手柄15-2，给油囊1注油，当将油囊1中的空气排净后，拧紧螺栓3用钢球4将封油口5封死。推杆连接杆7用螺母6固定在包裹体2上的螺纹连接孔上。将油囊1和包裹体2（上下两片）用捆扎部件8（前、中、后各一根）绑扎好。

安装时，用推杆插入推杆连接杆7将绑扎好的油囊1和包裹体2，送入大直径钻孔或泄压孔内需监测的深度处。本实施例中，所述油囊1长350mm、宽100mm、厚11mm，启动油泵15注入液压油使其膨胀，通过包裹体2以充分和煤壁接触。当压力达到约3～5MPa（油囊设计初压）时，拧紧三通阀12上的锁紧锥阀12-1以断开油泵15的进油，松开出油锁紧手轮15-1，这时油囊承压系统封闭。

所述大直径钻孔或泄压钻孔19发生形变后，煤层18挤压包裹体2，所述包裹体2将煤层18压力传递给油囊1使其发生形变，所述油囊1再经油囊内部液压油将变化的压力传递给钻孔应力传感器13，所述钻孔应力传感器13将压力变化量转换成电流信号，经过变送器电路A/D转换后，在数码管上可实时显示出来。钻孔应力监测数据也可通过无线网络传输技术，实时传输至地面监控室。通过地面监控平台，能够实时显示钻孔应力，并能够查询监测数据及数据变化曲线。

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

Claims (3)

1.一种大直径钻孔用钻孔应力计，包含有油囊（1）、包裹体（2）、钻孔应力传感器（13）和油泵（15），所述油泵（15）通过出油胶管（14）与三通阀（12）连通，所述三通阀（12）的另两端分别连接钻孔应力传感器（13）和进油钢管（9），所述进油钢管（9）与油囊（1）连通，所述包裹体（2）设置于油囊（1）的外部，其特征在于，所述油囊（1）的面积设置为Φ38mm钻孔应力计油囊的3倍，所述包裹体（2）设置为呈圆弧状的上下两片，通过捆扎部件（8）包覆于油囊（1）的外部并固定，所述油囊（1）的封油口（3）处设置有钢球（4），并通过螺栓（5）紧固，所述三通阀（12）与进油钢管（9）、钻孔应力传感器（13）及出油胶管（14）之间均通过KJ快接接头（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔用钻孔应力计，其特征在于，所述包裹体（2）的端部设置推杆连接杆（7），通过推杆连接杆（7）与推杆连接，所述油囊（1）与包裹体（2）捆扎好后一同通过推杆由外力推动进入大直径钻孔内指定位置。

3.根据权利要求1所述的一种大直径钻孔用钻孔应力计，其特征在于，所述包裹体（2）采用高分子材料制成。

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