CN214309234U - 一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，包括钻孔应力计，钻孔应力计上设置圆弧形加压板，圆弧形加压板包括上加压板和下加压板，其中上加压板和下加压板之间设置油压枕，所述上加压板上设置凹槽，凹槽内安装三维角度传感器，三维角度传感器的线缆引出至孔外，然后连接到手持角度监测仪上，手持角度监测仪上设置角度传感器电路板及显示屏。本实用新型提供了一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，可以实时显示推送过程中钻孔应力计角度的变化，安装使用方便，调整角度迅速、便捷，可以保证钻孔应力计安装后油压枕处于水平状态以测量垂直方向应力，也可使油压枕处于垂直状态以测量水平方向应力。

Description

一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿冲击地压应力监测领域，特别涉及一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计。

背景技术

我国是“富煤、贫油、少气”的国家，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）开采深度的增加，矿压显现加剧，冲击地压等灾害事故频频发生。并且随着采深的增加，这种灾害越来越严重，冲击地压已经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。

冲击地压问题实质上就是煤岩体的应力问题，因此对于冲击地压的监测，“应力”是最为可靠的物理量。

目前，自主研发生产的KJ649煤矿冲击地压应力监测系统，通过钻孔应力计可以实时监测煤体相对应力的变化，根据其变化趋势及规律，确定冲击地压监测系统的预警阈值，对超过预警阈值的煤体应力监测区域自动报警。当煤矿巷道某处钻孔应力计监测到煤岩钻孔应力升高触发报警响应机制后，遵循各级防冲管理文件的相关规定，现场施工卸压孔进行卸压解危，对确保煤矿安全生产具有重要指导意义。

钻孔应力计一般采用油压枕式，为了能够监测煤体垂直应力的变化趋势要求油压枕必须在煤体钻孔内水平安装。

钻孔应力计一般安装在Φ42～45的钻孔内，孔深8-25米，按要求连接各个部件，将钻孔应力计推送到指定孔深就位。

常规方法是使用每根长1米的推送杆，将推送杆第1节插入钻孔应力计尾部十字形推杆，顺时针旋转90°，保持十字形推杆处于水平位置不动，接着连接第2根至第n根，用M6螺栓、螺母一一连接好并拧紧，将应力计布放至预定孔位。若布设孔深15米深，需要15根。当钻孔应力计到达指定孔深后，启动单向手动泵，以3～5MPa的初始应力给油压枕注油使其膨胀以充分和钻孔耦合，然后反转推送杆并退出，松开M6螺母、拿出M6螺栓，将推送杆一节节退出。这时若有采动，受采动影响钻孔发生形变挤压圆弧形加压板，加压板将煤层应力传递给油压枕使其发生形变，油压枕再经枕内液压油将变化的应力传递给钻孔应力传感器，传感器将应力变化量转换成电流信号，经过A/D转换电路后，在显示屏上实时显示，也可通过无线传输，传送至地面监控室，实时对煤体垂直应力的变化进行监测。

由于推送杆的连接采用M6螺栓、螺母连接，连接孔是φ6-6.5mm；推送杆与钻孔应力计的连接，采用的是十字形螺旋槽与十字形推杆连接。虽然设计要求连接孔必须位于同一平面内，但是由于加工误差的普遍存在，以及钻孔的弯曲、不平顺，最后导致15米深孔内的钻孔应力传感器油压枕很大程度的不在水平面内，而是与水平面成一夹角。这样就不能有效地测量出围岩真实的垂直应力及其变化，不利于煤矿冲击地压应力变化的监测和预警，不利于煤矿安全生产。

发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，包括钻孔应力计，钻孔应力计上设置圆弧形加压板，圆弧形加压板包括上加压板和下加压板，其中上加压板和下加压板之间设置油压枕，所述上加压板上设置凹槽，凹槽内安装三维角度传感器，三维角度传感器的线缆引出至孔外，然后连接到手持角度监测仪上，手持角度监测仪上设置角度传感器电路板及显示屏；所述钻孔应力计上设置十字形推杆，钻孔应力计通过进油钢管连接钻孔应力传感器，钻孔应力传感器连接单向手动泵。

优选的，所述钻孔应力传感器通过三通阀分别连接进油钢管和单向手动泵。

优选的，所述钻孔应力计设置在钻孔内，钻孔应力传感器、单向手动泵、手持角度监测仪在巷道内。

优选的，所述三维角度传感器位置保持水平，与上加压板成一体。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处为：

1、本实用新型提供了一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，可以实时显示推送过程中钻孔应力计角度的变化，安装使用方便，调整角度迅速、便捷，可以保证钻孔应力计安装后油压枕处于水平状态以测量垂直方向应力，也可使油压枕处于垂直状态以测量水平方向应力（构造应力）；

2、本实用新型在安装时可以实时监控钻孔应力计位置，在安装后又能查询存储数据，对施工质量进行追溯，有效地保证了钻孔应力计的安装质量，能够准确地获取煤体垂直或水平应力的变化趋势，对冲击地压应力监测提供了有力保障和支持，是对现有安装方式的重大提高，具有极大的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为KJ649矿用本安型钻孔应力计安装示意图；

图2为油压枕和圆弧形加压板的水平位置截面图；

图3为推送杆连接示意图；

图4为推送杆第1节与钻孔应力计的十字形推杆连接示意图；

图5为钻孔应力计在钻孔内的位置及受力图；其中：左：水平，右：逆时针方向偏转；

图6为本实用新型角度传感器安装及手持角度检测仪连接图；

图7为本实用新型手持角度检测仪结构示意图；

图8为本实用新型钻孔应力计水平偏转监测图；

图9为本实用新型钻孔应力计前后俯仰角度监测图；

图10为本实用新型钻孔应力计推进航线监测图。

图中，1.油压枕；2.圆弧形加压板；2-1.上加压板；3.十字形推杆；4.进油钢管；5.三通阀；6.钻孔应力传感器；7.单向手动泵；8.巷道；9.煤壁；10.煤体；11.钻孔；12.推送杆；12-1.推送杆第1节；12-2.推送杆第2节——第n节；13.M6螺栓；14.M6螺母；15.凹槽；16.角度传感器；17.线缆；18.手持角度监测仪；18-1.角度传感器电路板及显示屏。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图1-5对背景技术做进一步说明。

如图1-2所示，钻孔应力计一般采用油压枕式，为了能够监测煤体垂直应力的变化趋势要求油压枕2必须在煤体钻孔11内水平安装。钻孔应力计一般安装在Φ42～45的钻孔11内，孔深8-25米。按图连接各个部件，将钻孔应力计推送到指定孔深就位。

如图3所示，常规方法是使用每根长1米的推送杆12，将推送杆第1节12-1插入钻孔应力计尾部十字形推杆3内，顺时针旋转90°，保持十字形推杆3处于水平位置不动，接着连接第2根至第n节12-2，用M6螺栓13、M6螺母14一一连接好并拧紧，将钻孔应力计布放至预定钻孔11孔位。若布设钻孔孔深15米深，需要15根。当钻孔应力计到达指定孔深后，启动单向手动泵，以3～5MPa的初始应力给油压枕1注油使其膨胀以充分和钻孔耦合，然后反转推送杆12，松开M6螺母、拿出M6螺栓、一节节退出。这时若有采动，受采动影响钻孔发生形变挤压圆弧形加压板，加压板将煤层应力传递给油压枕使其发生形变，油压枕再经枕内液压油将变化的应力传递给钻孔应力传感器，传感器将应力变化量转换成电流信号，经过A/D转换电路后，在显示屏上实时显示，也可通过无线传输，传送至地面监控室，实时对煤体垂直应力的变化进行监测。

如图4-5所示，由于推送杆的连接采用M6螺栓、螺母连接，连接孔是φ6-6.5mm；推送杆与钻孔应力计的连接，采用的是十字形螺旋槽与十字形推杆连接。虽然设计要求连接孔必须位于同一平面内，但是由于加工误差的普遍存在，以及钻孔的弯曲、不平顺，最后导致15米深孔内的钻孔应力传感器油压枕很大程度的不在水平面内，而是与水平面成一夹角。这样就不能有效地测量出围岩真实的垂直应力及其变化，不利于煤矿冲击地压应力变化的监测和预警，不利于煤矿安全生产。

综上所述，目前钻孔应力计无法保证水平安装。分析原因，一是可能由于施工人员违规操作，未按要求进行安装；二是安装过程缺乏监测手段，施工人员无法判断钻孔应力计安装后是否处于水平状态。

为了克服上述钻孔应力计安装过程中存在的问题，本实用新型提供了一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，可以实时显示推送过程中钻孔应力计角度的变化，安装使用方便，调整角度迅速、便捷，可以保证钻孔应力计安装后油压枕处于水平状态以测量垂直方向应力，也可使油压枕处于垂直状态以测量水平方向应力（构造应力）。

如图6-7所示，一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，包括钻孔应力计，钻孔应力计上设置圆弧形加压板2，圆弧形加压板2包括上加压板2-1和下加压板，其中上加压板2-1和下加压板之间设置油压枕1，所述上加压板2-1上设置凹槽15，凹槽15内安装三维角度传感器16，所述三维角度传感器16位置保持水平，与上加压板成一体，三维角度传感器16的线缆17引出至孔外，然后连接到手持角度监测仪18上，手持角度监测仪18上设置角度传感器电路板及显示屏18-1；所述钻孔应力计上设置十字形推杆3，钻孔应力计通过进油钢管4连接钻孔应力传感器6，钻孔应力传感器6连接单向手动泵7。本实施案例中，钻孔应力传感器6通过三通阀5分别连接进油钢管4和单向手动泵7，钻孔应力计设置在钻孔11内，钻孔应力传感器6、单向手动泵7、手持角度监测仪18在巷道8内。手持角度监测仪18具有存储功能，即可在安装时实时监控钻孔应力计位置，又可在安装后对应力计安装质量进行追溯，对后续压力分析可以提供有益支持。

本实用新型所述的一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在钻孔应力计的上加压板2-1上，采用机械加工的方法加工一凹槽15，将三维角度传感器16置于其内，调整位置使其保持水平并与上加压板2-1固定；

步骤二：将三维角度传感器16的线缆17引出至钻孔11外，连接到手持角度监测仪18上；

步骤三：手持角度监测仪18内置角度传感器电路板及显示屏18-1，实时测量、读出钻孔应力计沿X、Y、Z轴方向的角度变化；

步骤四：如图8所示，定义X轴水平为0°，逆时针为“-”，顺时针为“+”；当显示屏显示“-”的度数时，可以顺时针转动推送杆12，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置；当显示屏显示“+”的度数时，可以逆时针转动推送杆，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置；

步骤五：如图9所示，定义Y轴为前后俯仰偏转，Y轴水平为0°，逆时针为“-”，顺时针为“+”；当显示屏显示“-”的度数时，可以顺时针转动推送杆，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置；当显示屏显示“+”的度数时，可以逆时针转动推送杆，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置；

步骤六：如图10所示，定义Z轴为沿着钻孔轴线左右偏转，Z轴正常为0°，逆时针为“-”，顺时针为“+”；当显示屏显示“-”的度数时，可以顺时针转动推送杆，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置；当显示屏显示“+”的度数时，可以逆时针转动推送杆，使显示屏读数回到0°，保证油压枕处于水平位置。

具体实施时，将角度传感器16的线缆连接到手持角度监测仪上，也可做成无线连接。定义X轴为左右水平偏转；定义Y轴为前后俯仰偏转；定义Z轴为沿着钻孔轴线左右偏转。

本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“尾部”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造或操作，不能理解为对发明的限制。本实用新型中的“连接”应作广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以是通过中间部件间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例的一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，仅仅是为了清楚地说明本实用新型的结构、使用方法和使用领域而做的举例，并非是对本实用新型的实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上还可以做出各种变形或变动。在此无需也不可能对所有的实施方式予以穷举。而这些基于本实用新型的构思所引申出的显而易见的变形或变动，仍处于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，其特征在于：包括钻孔应力计，钻孔应力计上设置圆弧形加压板（2），圆弧形加压板（2）包括上加压板（2-1）和下加压板，其中上加压板（2-1）和下加压板之间设置油压枕（1），所述上加压板（2-1）上设置凹槽（15），凹槽（15）内安装三维角度传感器（16），三维角度传感器（16）的线缆（17）引出至孔外，然后连接到手持角度监测仪（18）上，手持角度监测仪（18）上设置角度传感器电路板及显示屏（18-1）；所述钻孔应力计上设置十字形推杆（3），钻孔应力计通过进油钢管（4）连接钻孔应力传感器（6），钻孔应力传感器（6）连接单向手动泵（7）。

2.根据权利要求1所述的一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，其特征在于：所述钻孔应力传感器（6）通过三通阀（5）分别连接进油钢管（4）和单向手动泵（7）。

3.根据权利要求1所述的一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，其特征在于：所述钻孔应力计设置在钻孔（11）内，钻孔应力传感器（6）、单向手动泵（7）、手持角度监测仪（18）在巷道（8）内。

4.根据权利要求1所述的一种可精确监控三维安装角度的钻孔应力计，其特征在于：所述三维角度传感器（16）位置保持水平，与上加压板成一体。

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