[发明专利]一种多方向且能组合的球形应力应变监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多方向且能组合的球形应力应变监测装置，具体涉及对矿山采空区填充质量或地下工程进行应力应变监测分析的装置，属于地质灾害监测、采空区充填质量监测领域。

背景技术

早期我国受采矿技术水平的制约，许多采矿方法采用空场结构或房柱结构，这种采矿方式造成很多危险的采空区遗留。采空区对上部及周边的建筑物或道路形成一定的危险性，且某些采空区对井下工作面也构成一定的威胁，对今后的生产带来安全隐患。近几年我国发生过多次地面塌陷、采空区冒落事件，国家加强对采空区治理，其中一种方法就是对采空区进行充填，以此来治理采空区塌陷引起的灾害。但是采空区充填的质量如何，充填后是否仍然存在安全隐患，现在并没有相关技术手段进行检测和验证。

在复杂的节理裂隙、应力、地下水、岩体形态和力学参数等地质条件下，地下工程开挖改变原岩应力场和天然岩土/岩体的结构，工程的安全在很大程度上取决于围岩本身的力学特性及自稳能力。现有的监测手段无法达到多方向应力-应变监测，更难以实时监测和并入信息化监测系统中。

本发明提供的多方向和可组合的球形应力应变监测装置，经文献检索，未见与本发明相同的公开文献报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种多方向和可组合的球形应力应变监测装置，具体是对矿山采空区填充质量或地下工程进行应力应变监测分析的装置。

本发明针对采空区充填质量和地下工程多方向应力-应变进行监测，根据监测结果结合采空区三维形态最终推演采空区充填质量和地下工程应力应变的改变情况。

本发明的多方向且能组合的球形应力应变监测装置包括：分别与球体(4)的上下端部连接的连接软管(1)，置于连接软管(1)中的通讯线(2)，置于球体(4)内表面上的应变片(3)，球体(4),通过连线一端与上端连接软管(1)连接、另一端与主板(6)连接的九轴姿态仪芯片(5)，置于球体外壳(4)内并与下端连接软管(1)连接的主板(6)。

本发明采用市购零件或材料按常规方法制备。

本发明的有益效果在于：

该装置结构简单、操作方便。不仅能够准确监测充填后的采空区是否存在大的裂缝或充填体质量的变化情况，也能够用于监测地下周围充填物和地下工程的应力和应变情况。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详述。

本发明的多方向且能组合的球形应力应变监测装置包括：分别与球体4的上下端部连接的连接软管1，置于连接软管1中的通讯线2，置于球体4内表面上的应变片3，球体4、通过连线一端与上端连接软管1连接、另一端与主板6连接的九轴姿态仪芯片5，置于球体外壳4内并与下端连接软管1连接的主板6。

本发明采用市购零件或材料按常规方法制备。

本发明的应力应变监测装置为球体4，其内壁上均匀粘贴24片应变片3，保证监测到来自各个方向的压力和微小形变监测。球体4内置一个九轴姿态仪芯片5，用以获得球安装后的初始姿态，球体4外壳采用ABS材质避免对地磁磁场的干扰和屏蔽,同时保证安装在地下时能够防止设备破坏。球体4内置有数据采集主板6，该主板6对九轴姿态仪5和各应变片3的数据进行采集，通讯线2将数据传输至上位系统中。

九轴姿态仪芯片5采用485通讯技术,通过地磁分量计算获得装置当前的方位，通过计算重力加速度分量获得装置当前的倾角，利用装置当前的转动与装置安放时的偏差获得转角，确定装置当前的姿态。

球体4内壁上均匀粘贴24片应变片3，当球体4受到挤压后产生形变，引起应变片3上电阻芯片的变化，从而得到其应变值。通过九轴姿态仪5确定不同时期的姿态，得知受力方向和应变大小，肯定整个充填物的挤压方向和充填物的质量情况。

本发明的应力应变监测装置需要进行实地安装，首先进行选址，确定孔深，同时确定所需要的装置数量，根据装置数量进行组装。

装置在组装初要在现场进行磁场校正，即手持装置，在空中旋转几圈完成磁场校正。

每个装置之间采用不锈钢软管1进行链接，通讯线2在不锈钢软管1内串接。装置间距根据实际情况确定。

已填充的采空区采用打孔方式将装置放入其中，装置放置后再填充相同介质的填充物，让其与周围填充物充分融合。新填充的采空区，在其填充后2天内且填充物未完全凝固时，进行打孔，将装置垂直下放到孔中，粗略确定初始姿态，用于后期数据分析。

装置下放到指定位置后，将孔进行填埋，留出通讯线缆2。

通讯线2连接到采集主板6上的数采模块的接口上，数采模块与信号转换模块进行连接，然后根据现场情况能够采用信号线、光纤、网线将数据传输至数据分析处理模块设备内，数据分析处理模块与展示模块设备在共同网络内，最终实现这个系统的搭建。