CN2432546Y - 岩体三维压力监测仪 - Google Patents

Abstract

一种岩体三维压力监测仪,其特征是,它包括装有活塞的油缸和压力枕,两者在轴线上连接成一体;油缸底部连接有油管,油管穿过压力枕两端的通孔并加以密封。充满压力油后连接上压力监测装置;压力枕端部有注液阀和油管,通过注液阀注满压力油后连接上压力监测装置。它不仅监测岩体钻孔的侧向变形压力,而且同时监测钻孔轴向变形压力和冲击压力。

Description

岩体三维压力监测仪

本实用新型属于岩体压力监测仪器。

矿井开采深度达到一定程度后，由岩体内部的地质构造应力或煤体瓦斯地质应力产生的以应力波的形式通过岩体介质向采掘空间传递冲击压力(有人将其称为矿区地震)，其冲击压应力(简称冲击地压)的发生频率及破坏能力均显升高趋势。多年来，对于冲击地压的监测方法，主要是采用在采掘空间(一般指掘进巷道两帮壁)向岩体内打一定深度的钻孔，通过放入钻孔内的地音探头(或传感器)进行监测，有时为了达到实时监测的目的将监测信号通过电缆传输到地面接收装置(包括计算机)，八九十年代初个别矿井通过在地面建立矿区地震监测站的方法。计划经济时期，这种原理与方式的监测装备的推广始终是靠行业主管部门扶持。八九十年代后期开始，这种监测原理与方法的推广使用受到严峻的挑战；除监测结果的工程应用准确性与可靠性模糊不明显、受质疑外，其监测装备的投资购置费用及使用维护费用都非常高。近几年，不少现场工程技术人员及有关院校科研等部门，试制了各种简单实用价格低廉的压力枕式钻孔地压监测仪器，如申请人研制生产的ZKY-Ⅰ、Ⅱ型油压式、应变片式钻孔压力监测仪，该监测仪的工作原理是由一个形状近似圆柱体，直径接近或等于钻孔直径(常用直径42、55、65mm)的压力枕通过一根油管(油管为直径4～6mm柔韧性良好的铜管或其它金属管)与压力表或应变式压力传感器相接。由于压力枕只能感受与钻孔侧向的力，即只监测钻孔变形压力监测不到钻孔轴向压力，故监测效果不够理想，起不到监测由采(挖)动引起的岩体内部构造应力的波动冲击力的目的，监测结果对分析岩体内部应力波动的频率及预计方位、实时性等方面的价值不理想。

本实用新型的目的是设计一种简便实用、性能价格比高的岩体三维压应力监测仪器，它不仅能监测引起钻孔变形的压应力，即钻孔侧向上的压应力，而且能监测到来自钻孔底部的压应力，即钻孔轴向方向的压应力或冲击压力。

本实用新型的目的是这样实现的：

1、钻孔底部轴向压应力或冲击压力监测装置的制做：加工制造一个一端开口的圆柱形小油缸体，缸体直径为常用钻孔直径，在油缸的内径靠近开口端的适当位置上，沿圆周方向上加工两个同规格的槽口，两槽间距适当，在槽内放置两个“O”型橡胶密封圈；油缸的另一端封堵后钻一小孔与有通孔的过渡接头焊接，并用适当长度的外径为4～6mm的铜油管(或其它金属管)再与过渡接头相焊接，铜油管的另一端通过接头连接一只应变式压力传感器或压力表，此压力表为双针式留针压力表(近几年市场上出现的)，它能够测记某一时刻压力表感受的最大压力值和当时压力值，油缸内装上密封配合(通过“O”型圈)的圆柱体小活塞。其工作方式是当活塞感受到来自钻孔轴向方向上的压应力后，通过(充满耐压油的)油缸和空心铜管内已充满的耐压油将压力传递给压力测读装置：压力表或其它压力监测装置，如压力传感器等。

2、钻孔变形压应力(即钻孔侧向压应力)监测装置的制做：用金属板材制做一圆柱形空心压力枕壳体，壳体直径一般为42.55、65mm，长度为200～300mm，在压力枕壳体的一端焊接上与空心压力枕壳体相通的注液阀和接头，接头上焊接一根油液管。压力枕壳体及油液管通过注液阀注满乳化液或耐压油，然后在油液管的另一端接上测压装置(压力表或压力传感器)。由压力枕、油液管、压力测读装置等组成的液压系统就把压力枕在钻孔内感受的平行于钻孔截面方向的压力通过油液管内介质传递给压力测读装置。

3、将上述钻孔侧向变形压应力监测装置与钻孔轴向变形压应力监测装置，在保持各自相对性能不变的条件下，以串联形式连接在一起，组成一个完整的钻孔三维压力监测装置。其结构是：钻孔侧向压应力监测装置的油管穿过钻孔轴向变形压应力监测装置的压力枕中两端的通孔，并加以密封，然后用金属条将油缸和压力枕焊接在一条轴线上。该装置既能监测到垂直钻孔轴向方向的压力，又能监测到平行于钻孔轴向方向的压应力。

4、使用说明：①本实用新型较适用于有冲击地压发生危险的和有煤与瓦斯突出危险的矿井或矿区内；②由于提出的压力监测装置在钻孔内感觉来自钻孔孔底轴向方向上的压力，因此在压力监测装置送入孔底后，要使用速凝水泥或普通水泥将监测装置封堵固定在孔底，并达到一定强度，此外，由于引起钻孔变形压力较钻孔轴向压力来的快和大，因此，监测装置会在轴向压力显现之前被挤压固定，不会引起监测装置延轴向移动而影响测量效果或测量方法的实现。

由于采用了上述技术方案，才得以补充和完善了矿井钻孔压力参数监测技术的完整性和可靠性，解决了压力参数监测的方向性模糊及方向单一的问题，提出的钻孔冲击地压监测仪，能够明确的测出四个方向的压力(按力的对应关系原理，顺钻孔方向分上下对应压力和钻孔轴向对应压力)。由于采用了留针式双针压力表，使除能测读到人工读数时的当时压力值外，还可测读到某时刻出现的压力峰值。由人工定时测读记录当时的压力表指示值及压力峰值，就可测算出单位时间内波动压力值及发生的频率，这在对监测结果的利用和利用价值，以及监测结果的补充、完善等都是一个进步。监测仪原理可行、结构简单实用、性能价格比高。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型钻孔轴向压力监测仪剖面图：

图2是本实用新型钻孔侧向压力监测仪原理图；

图3是本实用新型组合在一起使用的串联式钻孔三维压力监测仪剖面图；

图中1-活塞；2-“O”型圈；3-油缸：4-耐压油；5-过渡接头；6-油管(铜管或金属管)；7-压力表/压力传感器；8-压力枕；9-注油阀；10-铁条。

1、在图1中，把“O”型圈(2)、油缸(3)、过渡接头(5)、空心油管(6)按图示从左到右顺序装配起来。然后将油缸(3)、空心油管(6)内注充满耐压油(4)，再将活塞(1)推入油缸内适当位置，并使耐压油(4)从油管(6)的一端溢出并排除油管(4)内的空气后将压力表或压力传感器(7)按入油管(6)上。在此实施例中压力F作用在活塞(1)上，并推动活塞(1)在油缸(3)中运动，压力F产生的压强值P通过液压系统中的传媒介质耐压油作用在压力表或压力传感器(7)上，构成了一个液压测量系统的力的传递与监测过程。

2、在图2中，用金属板材料加工制做圆柱状空心压力枕壳体(8)，在压力枕(8)的一端焊接上与空心压力枕壳体(8)相通的注液阀(9)和过渡接头(5)，过渡接头(5)的一端连接油液管(6)，通过注液阀(9)向压力枕(8)内注入油液介质(如乳化液、耐压油等介质)，注意使注入耐压油通过油管(6)溢出排除油管(6)中的空气后接入压力表或传感器(7)，注意根据需要也可将压力传感器(7)直接接入过渡接头(5)上，压力信号通过电缆传出。压力枕(8)要有一定的刚度要求，必要时加工两片同规格圆弧状壳体将压力枕(8)裹起来，以增强受围岩挤压时的刚度。压力枕(8)、油液管(6)和压力测读装置(7)构成了一个完整的平行于钻孔横截面方向的压应力监测的液压测压系统。

3、在完成图1、图2的实施之后，在图2中从压力枕(8)的两端开一个同心孔，将图1中的油管(6)从图2中压力枕(8)的一端串入从另一端串出，然后通过焊接方式将压力枕(8)与油管(6)焊接密封一体，为了加强油缸(3)和压力枕(8)串联于一体的整体性，用三条厚约1.0mm长约200mm宽约15mm的金属条(10)按图3所示，在延圆周方向均等位置上，将铁条(10)的两端分别焊接在油缸(3)和压力枕(8)的壳体上。

Claims (1)

1、一种岩体三维压力监测仪，其特征是，它包括装有活塞的油缸和压力枕，两者在轴线上连接成一体；油缸底部连接有油管，油管穿过压力枕两端的通孔并加以密封。充满压力油后连接上压力监测装置；压力枕端部有注液阀和油管，通过注液阀注满压力油后连接上压力监测装置。