主动承压式可定位钻孔应力计及其探测方法

1.一种主动承压式可定位钻孔应力计，其特征在于，它包括一个柱状壳体，柱状壳体内充满膏状油脂，柱状壳体的一端设有活塞，另一端设有弹性感应体，弹性感应体上设有应变片，柱状壳体的一侧设有刚性承载件，刚性承载件伸入柱状壳体中，刚性承载件与柱状壳体接触部位应密封接触；在柱状壳体上固定有角度传感器。
2.如权利要求1所述的主动承压式可定位钻孔应力计，其特征在于，它还包括一个带有锥头的外壳。
3.一种利用权利要求1或2所述的主动承压式可定位钻孔应力计对岩体内的应力变化进行探测的方法，其特征在于，
第一步，首先将主动承压式可定位钻孔应力计捆绑在竿子上，用竿子推入钻孔中，到达设定深度，将角度传感器的信号线与角度测量仪连接，转动竿子并通过角度测量仪观测转动角度，使刚性承载件的受压轴线与预知设计的受压方向一致，加以固定；
第二步，将应变片的信号线与压力监测仪连接；然后给加压活塞施压，使膏状油脂压缩，推动刚性承载件伸出，从而使刚性承载件贴紧钻孔壁，且给定一个初始压力值后停止施压，安装完毕；
第三步，随着时间的推移，岩层发生变形，刚性承载件被压入柱状壳体内，使膏状油脂压缩，从而对弹性感应体施压，弹性感应体受压变形，应变片发出变形信号，压力监测仪连续记录并输出变形数据，从而获得岩体内预知方向的应力变化规律。

主动承压式可定位钻孔应力计及其探测方法 \n技术领域\n[0001] 本发明属于煤矿监测仪表。\n背景技术\n[0002] 我国大多数矿山的煤层与岩层都具有不同程度的冲击倾向性，在一定的临界深度下煤岩冲击极为严重。尽管国内外学者在冲击地压发生机理、监测手段及控制技术等研究方面取得了重要进展，但还远没有从根本上解决其有效预测和防治问题。在冲击地压预测方面，由于对开采后上覆岩层运动变化规律及采场围岩应力场的时空分布规律不清，开拓与回采的决策理论不完善，目前在冲击地压煤层的采掘设计基本上依靠统计经验来决策。\n由于没有把握复杂高应力和大埋深条件下的冲击煤岩层破坏过程的内在本质规律，因而对冲击地压发生的时间、地点及强度等没有达到定量预计的程度。\n[0003] 以应力相对变化规律为核心的监测与分析是冲击危险预测的本质。在动态应力范围、高应力区应力相对变化的定量观测方面，还没有形成系统、可靠的观测方法，特别是深井条件下，岩层的软化作用明显，其应力变化规律发生了根本变化，因此很需要检测仪器对冲击煤岩层破坏过程进行监测。\n[0004] 目前普遍使用一种钻孔应力计观测岩体的应力状态。这种钻孔应力计的构造是，在一个封闭的柔性体中灌入液压油，柔性体置入钻孔中，柔性体上设有液压传感器，液压传感器连接到孔外的压力监测仪上；钻孔应力变化时从压力监测仪上记录输出应力数据，得出相对变化规律。由于这种钻孔应力计采用柔性加载体，来压时反应慢，无法立即观测到岩体的应力状态，而且时间久了容易出现漏液、压力开始下降，数据不准；再就是测量得到的数据是柔性体受压面 垂直方向的应力，由于置入钻孔时无法确定受压面的方向，所以得到的数据反应不出真实的岩体应力状态，对冲击地压的防治只能作参考；例如，要想测垂直方向的压力时，一旦应力计受压面处于水平方向，岩体的应力状态就测不出来，错过对冲击地压的防治机会，造成矿井事故。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是针对现有钻孔应力计的不足，设计一种主动承压式可定位钻孔应力计。\n[0006] 技术方案是，一种主动承压式可定位钻孔应力计，它包括一个柱状壳体，柱状壳体内充满膏状油脂，柱状壳体的一端设有活塞，另一端设有弹性感应体，弹性感应体上设有应变片，柱状壳体的一侧设有刚性承载件，刚性承载件伸入柱状壳体中，刚性承载件与柱状壳体接触部位应密封接触；在柱状壳体上固定一个角度传感器。\n[0007] 为了使上述钻孔应力计在使用中得到保护并且能顺利推入钻孔深部，它还包括一个带有锥头的外壳。\n[0008] 本发明的使用方法是：\n[0009] 第一步，首先将本发明的主动承压式可定位钻孔应力计捆绑在竿子上，用竿子推入钻孔中，到达设定深度，将角度传感器的信号线与角度测量仪连接，转动竿子并通过角度测量仪观测转动角度，使刚性承载件的受压轴线与预知设计的受压方向一致，加以固定；\n[0010] 第二步，将应变片的信号线与压力监测仪连接；然后给加压活塞施压，使膏状油脂压缩，推动刚性承载件伸出，从而使刚性承载件贴紧钻孔壁，且给定一个初始压力值后停止施压，安装完毕；\n[0011] 第三步，随着时间的推移，岩层发生变形，刚性承载件被压入柱状壳体内， 使膏状油脂压缩，从而对弹性感应体施压，弹性感应体受压变形，应变片发出变形信号，压力监测仪连续记录并输出变形数据，从而获得岩体内预知方向的应力变化规律。\n[0012] 本发明的积极效果是：\n[0013] 1、由于该仪器具有主动承压功能，能及时判定动应力的变化规律，全程动态定量监测危险区域的应力变化情况，为冲击危险预测预防提供可靠的数据。\n[0014] 2、根据应力计安装方位，可对预知方向的应力变化进行连续观测，便于对冲击地压有针对性的预防。\n附图说明\n[0015] 下面结合附图说明本发明的实施。\n[0016] 图1是本发明实施例的结构及使用状态示意图。\n[0017] 图例说明，1-柱状壳体，2-膏状油脂，3-活塞，4-弹性感应体，5-应变片，6-刚性承载件，7-角度传感器，8-信号线，9-压力监测仪，10-角度测量仪，11-钻孔，12-外壳。\n具体实施方式\n[0018] 如图1所示，一种主动承压式可定位钻孔应力计，它包括柱状壳体1，柱状壳体1内充满膏状油脂2，柱状壳体2的一端设有活塞3，另一端设有弹性感应体4，弹性感应体4上设有应变片5，柱状壳体1的一侧设有刚性承载件6，刚性承载件6伸入柱状壳体1中，刚性承载件6与柱状壳体1接触部位应密封接触；它在柱状壳体1上固定有角度传感器7。\n[0019] 为了使上述钻孔应力计在使用中得到保护并且能顺利推入钻孔深部，它还包括一个带有锥头的外壳12。\n[0020] 本发明的使用方法是，\n[0021] 第一步，首先将本发明的主动承压式可定位钻孔应力计捆绑在竿子上，用竿子推入钻孔11中，到达设定深度，将角度传感器7的信号线与角度测量仪10连接，转动竿子并通过角度测量仪10观测转动角度，使刚性承载件6的受压轴线与预知的受压方向一致，加以固定；\n[0022] 第二步，将应变片5的信号线8与压力监测仪9连接；然后给加压活塞3施压，使膏状油脂2压缩，推动刚性承载件6伸出，从而使刚性承载件6贴紧钻孔11壁面，且给定一个初始压力值后停止施压，安装完毕；\n[0023] 第三步，随着时间的推移，岩层发生变形，刚性承载件6被压入柱状壳体1内，使膏状油脂2压缩，从而对弹性感应体4施压，弹性感应体4受压变形，应变片5发出变形信号，压力监测仪9连续记录并输出变形数据，从而获得岩体内预知方向的应力变化规律。