[发明专利]一种用于测量方形钻孔双向应力的应力计及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山压力监测领域，具体是一种用于测量方形钻孔双向应力的应力计及其使用方法。

背景技术

在矿山岩体压力监测领域，人们主要关注自重应力对巷道围岩稳定的影响，但是随着矿井开采深度的增加，特别是在断层、背斜等地质构造附近，人们发现水平应力及其变化对巷道围岩破坏起重要作用，巷道底鼓的原因也与高水平应力有很大的关系。对于水平应力对巷道围岩稳定性的影响，国内外学者进行了相应的研究，指出巷道顶、底板破坏的主要因素是水平应力而不是垂直应力。因此对水平应力及其变化的监测显得尤为重要，但是现有的一般钻孔应力计只能测量竖直应力，对水平应力的测量涉及很少。在现有钻孔应力监测装置中，主要存在以下问题：

1、现有监测设备要求敏感方向一定垂直于水平面，但现有监测设备送入圆形钻孔难以控制设备姿态，由于钻孔是圆形的，监测设备可以在圆形钻孔内任意转动，无法保证方向一定垂直于水平面，如果监测设备的安装姿态和预设姿态不同，就无法准确的监测来压方向和压力大小。如“主动承压式可定位钻孔应力计及其探测方法”（专利号：201210393397.6）在安装时通过角度监测装置控制安装姿态，但是安装结束以后，在给活塞加压过程中，或者受到外部扰动后，监测装置的状态仍难以控制，无法完全保证监测装置一直处于正确状态。

2、只能进行单点压力监测和单向压力监测，现有技术中只能将监测设备放入到钻孔的某个固定位置，而且在一个钻孔内只能放置一套监测设备，这就导致只能监测一个点的压力情况，无法在同一个钻孔内进行多点监测。如：“一孔多点测量的钻孔应力计”（申请号：200710120070.0）虽然可以实现多点监测，但是每个监测点的油压都是一样的，如果孔内各监测点的压差较大，就要求各监测点的油压也有相应差异，该技术方案无法适应同一个钻孔内不同监测点压力相互差异较大的情况，同时，该技术方案只能是现在某个监测点的单向压力监测，无法实现双向压力监测。

3、现有的钻孔应力计，一般不采取措施保证孔壁和应力计紧密接触，这样就会降低应力监测的准确程度，在有特别需要时才采取注浆方法将应力计和孔壁胶结在一起保持紧密接触，但是注浆过程比较繁琐，工作效率比较低。

发明内容

本发明提供一种用于测量方形钻孔双向应力的应力计及其使用方法，每一个基本监测单元由应力探头，液压油路，压力显示装置和手动油泵组成。所述应力探头为长方体状，在骨架内设有管路腔、凝固剂缸腔、底压力枕腔、侧压力枕腔，在底压力枕腔和侧压力枕腔内分别设有底压力枕和侧压力枕，在底压力枕腔和侧压力枕腔的外侧分别设有底压力枕盖板和侧压力枕盖板，当多个基本监测单元组合使用时，管路腔用于通过本监测单元前方基本监测单元的液压油路，在骨架上还设有凝固剂出口，上述装置均被包裹体包裹，包裹体为弹性材料。在应力探头的尾部还设有安装插头，安装插头用于和安装杆连接，将本应力探头安装到所需位置。液压油路将底压力枕、侧压力枕和压力显示装置连接，所述液压油路分为底压力枕油路和侧压力枕油路，所述压力显示装置为电子数显液压显示器。所述手动油泵与电子数显液压显示器相连，通过手动油泵加压，液压油进入电子数显液压显示器、液压油路、底压力枕、侧压力枕。

作为改进，所述凝固剂缸腔内设有凝固剂缸，凝固剂缸被活塞分为两部分，分别用来盛装凝固剂和液压油，其中，盛装凝固剂侧通过凝固剂管路与凝固剂出口相连，盛装液压油侧通过凝固剂缸油路与底压力枕油路相连，通过手动油泵向底压力枕内注油时，在底压力枕达到所需压力前，液压油会进入凝固剂缸并推动活塞移动，活塞挤压凝固剂，使凝固剂通过凝固剂管路和凝固剂出口溢出。凝固剂溢出后，会自动填充应力探头与钻孔之间的空隙，凝固剂凝固后能够保证应力探头与钻孔之间紧密接触，保证应力测量的准确性。

一种用于测量方形钻孔双向应力的应力计的使用方法，其步骤如下：

第一步，连接应力探头和电子数显压力显示器，根据应力探头的安装深度，选择长度适合的底压力枕油路和侧压力枕油路，并将底压力枕通过底压力枕油路与电子数显压力显示器连接，将侧压力枕通过侧压力枕油路与电子数显压力显示器连接。

第二步，将应力探头装置放在孔口，然后将安装杆卡口母头与安装插头连接，水平用力向孔内推安装杆，推进过程中安装杆的连接螺母及螺钉务必拧紧，以保持安装杆不会脱落，应力探头安装到预定位置后，停止推送。