CN212406709U - 一种在岩体钻孔内安装应力传感器的装置 - Google Patents

Abstract

一种在岩体钻孔内安装应力传感器的装置，包括由内外层设置的柔性膨胀壳和刚性底座组成的壳体、包裹防腐热缩套置于壳体中心的应力传感器、沿壳体轴向分布在膨胀壳内外层之间的一组进液管和填充在膨胀壳内外层之间的膨胀剂。用该装置在钻孔内安装传感器的方法是，依据钻孔大小确定壳体尺寸；将套有热缩套的传感器置入膨胀壳内层中；填充膨胀剂，预埋进液管；将壳体底座与膨胀壳相接；利用压力设备将水通过进液管对膨胀剂注水；将注水后的装置放入钻孔中，膨胀剂膨胀后固化，使传感器与岩壁紧贴，确保传感器与岩壁间无缝隙，提高应力监测精准度；完成监测后用压力设备将腐蚀剂通过进液管注入膨胀剂，使固化的膨胀剂溶解变松散，由人工将传感器从钻孔中拽出，供重复使用。

Description

一种在岩体钻孔内安装应力传感器的装置

技术领域

本实用新型涉及工程应力监测领域，特别是一种用于在岩体钻孔内安装应力传感器的装置。

背景技术

目前，深部资源开采已成为未来发展的必然趋势，国内外矿山都将进入深部开采阶段，而受“三高一扰”(高地应力、高低温、高岩溶水压，开采扰动)复杂开采环境影响，井下动力灾害频发；岩体响应是岩体受外部扰动、外部应力共同作用而产生的直接反应。通过监测手段对岩体的应力、位移、振动等岩体响应进行准确监测，来评估岩体损伤程度、稳定性状态，对于控制、预防、分析深部工程井下灾害具有重要意义。

现有岩体内部监测手段绝大多数是钻孔安装法，即通过在预定位置进行钻孔而后放入应力监测设备。在长期实践过程中发现这种方法存在着钻孔与应力传感器之间缝隙大、测量误差大，不能准确实时的采集岩体内部应力变化的问题。为解决上述问题，常采用的方法一种是注浆，通过对孔内灌注水泥等其他浆体，对传感器进行封装；该种方法的优点是传感器通过浆体硬化后，传感器与岩体刚性或近刚性连接，实现岩体响应的同步感知，传递到传感器内部的感知芯片，转化为可识别的电信号或频率信号，进行传递。缺点是注浆工艺复杂，成本高，注浆后，刚性浆体内的传感器难以回收。另一种方法是通过机械装置将应力传感器与岩壁紧紧的贴合在一起，该种方法优点是操作简单，缺点是稳定性不强，在受到开采扰动及周围岩体变化时极容易失效；

如CN 101446204 B号专利提出一种矿压监测系统的传感器安装装置，该装置壳体内置有环形燕尾槽，弹片装入壳体的环形燕尾槽内，传感器插入弹片及壳体内，传感器与壳体活动连接，传感器与壳体之间的缝隙加入润滑剂，在壳体顶部安置1个纸制或其他软材料的粘合剂盒，粘合剂盒内部放入中速凝固树脂类的粘合剂；该装置通过粘合剂将传感器与岩体耦合，实际使用中发现，在破碎岩体中粘合剂的粘结效果不好，使装置在破碎岩体中易滑脱，导致测量结果波动大，不够准确。CN 101368843 A号专利提出一种岩层振动测试装置及方法，该装置包括传感器、软管、导线、爪形卡箱、连接卡筛、保护金属套管。软管通过外套的爪形卡推和水泥浆固定于岩石钻孔中，软管套保护传感器、金属套管保护导线，该装置对传感器和导线起到了保护作用，但仍没解决传感器与钻孔紧密结合的问题，且传感器无法回收。CN 102053257 A号专利提出一种传感器的固定、安装装置，其中传感器的固定装置包括承载件和卡托。该装置通过粘结剂与一固定物体粘合来固定传感器，通过支撑件支撑传感器。该装置主要是提高传感器的服务时间，在受到开采扰动及岩体压力时，其支撑装置不稳固，影响测量的精准度；且装置中的传感器在岩体深部，难以回收。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在岩体钻孔内安装应力传感器的装置，以解决现有技术存在的传感器与岩石钻孔之间因存在缝隙导致应力测试不够精准、应力传感器易从钻孔中脱落和应力传感不能回收再利用的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的在岩体钻孔内安装应力传感器的装置，由壳体、应力传感器、防腐热缩套、进液管和膨胀剂组成；

所述壳体由柔性材料制作、内外双层设置的圆筒形膨胀壳和由硬质材料制作的底座组成，壳体的外径略小于岩石钻孔的孔径，长度小于岩石钻孔的深度；膨胀壳通过底座上的接口与底座相接；

所述应力传感器由所述防腐热缩套包裹，其外径略小于膨胀壳内层的直径，置于壳体的轴向中心，应力传感器下端的传感器引线管通过引线管孔道从底座中伸出。

所述进液管由一组由硬质材料制成、沿壳体轴向均匀间隔分布在膨胀壳内层和外层之间的圆管组成，管壁上有均匀间隔分布的出液孔；进液管下端的进液口通过底座中设置的环形进液通道和进液通道入口与输液管相接；

所述膨胀剂填充在所述膨胀壳的内外层之间，将所述进液管埋置在膨胀剂中。

所述膨胀剂由重量配比CaO70％、白砂10％、减水剂5％、粘结剂5％、无水乙醇10％、塑型材料10％为原料，将减水剂、粘结剂溶于无水乙醇中形成溶液，将溶液倒入CaO中，搅拌均匀制成。

用上述在岩体钻孔内安装应力传感器的装置在岩体钻孔内安装应力传感器的方法，包括以下步骤：

a)矿山确定应力监测区域并打好钻孔，依据钻孔大小确定壳体的尺寸；

b)将防腐热缩套套在应力传感器上，用热风机吹缩至紧贴应力传感器的外壁；

c)将套有防腐热缩套的应力传感器置入膨胀壳的内层中，应力传感器置的上端置入膨胀壳顶部的应力传感器安装孔(76)中；把进液管置入膨胀壳的内层和外层之间(使进液管的上端插入开设在膨胀壳顶部的进液管上插孔中)；然后向膨胀壳的内层和外层之间填充膨胀剂，将进液管预埋在膨胀剂中；

d)将壳体的底座与壳体的膨胀壳相接：进液管与底座上的进液管下插孔相接，应力传感器引线管通过壳体底座上的引线孔道从底座中伸出，完成装置的组装；

e)在底座上的进液通道入口接输液管，利用压力设备将水通过输液管、进液通道入口和环形进液通道分别进入各个进液管，通过进液管管壁上的进液孔对膨胀剂充分注水；

f)将充分注水后的装置放入岩石钻孔中，使装置的顶部触及岩石钻孔的底部，30min后膨胀剂膨胀，其膨胀力使壳体的膨胀壳内外两层径向膨胀，膨胀壳的内层与包裹防腐热缩套的应力传感器紧贴，膨胀壳的外层与岩石钻孔周围的岩壁紧贴，应力传感器通过膨胀后固化的膨胀剂与岩石钻孔周围的岩壁紧固在一起，确保应力传感器与岩壁之间无缝隙，提高应力监测的精准度；

g)回收应力传感器：应力监测完成后，如需回收应力传感器，用压力设备将腐蚀剂通过输液管和底座上的进液通道向进液管送腐蚀剂，使腐蚀剂通过进液管上的进液孔充分进入膨胀剂中，使固化的膨胀剂溶解，等膨胀剂与腐蚀剂完全反应由固态变为松散状态后，通过人工拽动应力传感器的引线管，将应力传感器连同壳体的底座一起脱离松散的膨胀剂，从岩石钻孔中取出，供下次使用。

所述步骤g)中的腐蚀剂由浓硝酸和浓盐酸按体积比1:5混合构成。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过膨胀剂膨胀后固化，可使应力传感器与岩石钻孔周围的岩壁紧密结合，确保应力传感器与岩壁间无缝隙，提高应力监测的精准度；且传感器不易从钻孔中脱落；有效解决了传统应力传感器与岩石钻孔之间因存在缝隙导致的应力测试不够精准和传感器易从钻孔中脱落的技术问题。

2、本实用新型可使价格较贵的应力传感器得到回收再利用，大大节约监测成本。

3、本实用新型装置用防腐热缩套包裹应力传感器，可防止应力传感器被防腐。

4、本实用新型装置结构简单，操作使用简便，耗材少，易于制作，可广泛用于各种工程中的岩石内部应力监测。

附图说明

附图为本实用新型装置实施例的示意图，其中：

图1为该实施例的结构及安装使用的轴向剖视图；

图2为图1中膨胀壳的轴向剖视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图1中底座的径向剖视图；

图5为沿图4中A——A剖视图；

图6为图1中进液管的三维示意图；

图7为图1中热缩套热缩前与应力传感器的组装示意图；

图8为图1中热缩套热缩后与应力传感器的组装示意图。

其中：1-膨胀壳、11-进液管上插孔、12传感器安装孔、2-进液管、21-(进液管的)进液口、22-(进液管壁上的)出液孔、3-膨胀剂、4-热缩套、5-应力传感器、6-岩壁、7-底座、71-膨胀壳内层接口、72-(底座上的)进液通道、73-进液通道入口、74-进液管下插孔、75-膨胀壳外层接口、76-(底座上的)引线管孔道、8-输液管、9-传感器引线管、10-岩石钻孔。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

结合图1，本实施例在岩体钻孔内安装应力传感器的装置，由壳体、应力传感器5、防腐热缩套4、进液管2和膨胀剂3组成。

结合图2至图5，所述壳体由柔性材料制作、内外双层设置的圆筒形膨胀壳1和由硬质材料制作的底座7组成，壳体的外径略小于岩石钻孔10的孔径，长度小于岩石钻孔的深度，膨胀壳的顶部分别开设有位于中心处的传感器安装孔12和位于膨胀壳内外层之间的四个进液管上插孔11(进液管上插孔的数量和分布与下述进液管相对应)；膨胀壳通过底座上的膨胀壳外层接口75和膨胀壳内层接口71与底座相接；底座上设有四个与进液管上插孔上下对应的进液管下插孔74。

结合图1、图7和图8所述应力传感器5由所述防腐热缩套包裹，其外径略小于膨胀壳内层的直径，通过开设在膨胀壳顶部的传感器安装孔12和开设在底座中心的引线管孔道76置于壳体的轴向中心，应力传感器下端的传感器引线管9通过引线管孔道从底座中伸出。

结合图1和图6，所述进液管2由四个组由硬质材料制成、沿壳体轴向均匀间隔分布在膨胀壳内层和外层之间的四个圆管组成，管壁上有均匀间隔分布的出液孔22，进液管的上端置入开设在膨胀壳顶部的进液管上插孔11中，进液管的下端置入底座上的进液管下插孔74中，进液管下端的进液口21与设置在底座上的环形进液通道72相接通，进液通道通过进液通道入口73与输液管8相接。

结合图1，所述膨胀剂由重量配比CaO70％、白砂10％、减水剂5％、粘结剂5％、无水乙醇10％、塑型材料10％为原料，将减水剂、粘结剂溶于无水乙醇中形成溶液，将溶液倒入CaO中，搅拌均匀制成，填充在所述膨胀壳的内外层之间，将所述进液管埋置在膨胀剂中。

Claims (1)

1.一种在岩体钻孔内安装应力传感器的装置，其特征在于：由壳体、应力传感器(5)、防腐热缩套(4)、进液管(2)和膨胀剂(3)组成；

所述壳体由柔性材料制作、内外双层设置的圆筒形膨胀壳(1)和由硬质材料制作的底座(7)组成，壳体的外径略小于岩石钻孔(10)的孔径，长度小于岩石钻孔的深度；膨胀壳通过底座上的接口与底座相接；

所述应力传感器(5)由所述防腐热缩套包裹，其外径略小于膨胀壳内层的直径，置于壳体的轴向中心，应力传感器下端的传感器引线管(9)通过引线管孔道从底座中伸出；

所述进液管(2)由一组由硬质材料制成、沿壳体轴向均匀间隔分布在膨胀壳内层和外层之间的圆管组成，管壁上有均匀间隔分布的出液孔(22)；进液管下端的进液口(21)通过底座中设置的环形进液通道(72)和进液通道入口(73)与输液管(8)相接；

所述膨胀剂(3)填充在所述膨胀壳的内外层之间，将所述进液管埋置在膨胀剂中。

Images