[发明专利]单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置，其特征在于，它包括多个串联的胶囊压力传感器、一个多通道压力监测仪、一个多通道位移监测仪和一套注液装置；所述的胶囊压力传感器结构是：包括一个外壳，外壳的上下面为胶囊状的弹性面，从而形成一个胶囊状的壳体；在外壳的左右两端四角处设有导轨槽，通过导轨槽将胶囊传感器卡在钻孔轨道上；在外壳内设置有两位三通电磁阀，两位三通电磁阀由控制电路控制，控制电路由液体压力传感器、电压放大器和控制开关电连接组成；每个胶囊压力传感器的控制电路通过电缆分别连接在多通道压力监测仪一个通道上；所述的两位三通电磁阀上设有上下通液口和侧通液口，上下通液口分别作为出液口和进液口，侧通液口与外壳内腔相通，各个胶囊压力传感器的进液口和出液口通过液压软管依次串联成通路后，再与设在钻孔外的注液装置连接；在外壳的一个侧面上固定有钢丝绳固定栓，每个胶囊压力传感器的钢丝绳分别连接在多通道位移监测仪的一个通道上；所述的多通道压力监测仪通过监控分站将数据传送至远程监控中心；所述的多通道位移监测仪由多个拉线式位移传感器组成，并通过监控分站将数据传送至远程监控中心；所述的注液装置在工作过程中需保持液压稳定。

2.如权利要求1所述的单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置，其特征在于，所述的液压软管和电缆的长度大于安装长度。

3.如权利要求1所述的单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置，其特征在于，在胶囊压力传感器（4）的前后端面设有一个液压软管接口（10）和多个电缆接口（15），通过液压软管接口（10）将各个胶囊压力传感器（4）的液压软管（5）连接；通过电缆接口（15）使得每一个控制电路的电缆（6）穿过其后部的所有胶囊压力传感器（4）内腔连接在多通道压力监测仪（2）的一个通道上。

4.一种利用权利要求1-3任意一项所述的监测装置同时监测煤岩体定向应力分布与变形的方法，其特征在于，

第一步：根据监测方案，确定监测区域、钻孔位置、钻孔深度、监测位置、监测应力方向以及监测点数，打钻至预定深度，然后在钻孔内安装导轨；

第二步：将各个胶囊压力传感器依次串联，串联时，要求液压软管的长度大于预设的监测点间距；按照打钻方向为前方，将各个胶囊压力传感器从前到后依次编号；

第三步：将串联的胶囊压力传感器沿导轨推入钻孔至最深处，通过每个胶囊压力传感器外露钢丝绳长度判定其在钻孔中的位置，通过抽拉钢丝绳调节胶囊压力传感器位置，使得每一个监测点都安放有胶囊压力传感器；然后将每个胶囊压力传感器的钢丝绳与孔外的多通道位移监测仪连接，每个胶囊压力传感器的控制电路与孔外的多通道压力监测仪连接；液压软管与孔外的注液装置连接；

第四步：打开所有两位三通电磁阀侧通液口，通过注液装置向液压软管内注液，液体通过开启的两位三通电磁阀侧通液口流向各个胶囊压力传感器内腔，当所有胶囊压力传感器内腔灌满液体且液压达到稳定时，关闭所有两位三通电磁阀侧通液口，此时的液压为设定压力值；

第五步：当围岩发生变形时，对胶囊压力传感器胶囊状弹性面进行挤压，胶囊压力传感器内的液体压力传感器感应煤岩体应力，由多通道压力监测仪实时采集各液体压力传感器感应到的压力；当某一个编号的胶囊压力传感器内腔液体压力达到胶囊压力传感器外壳能承受的压力上限值时，打开该胶囊压力传感器中两位三通电磁阀的侧通液口，此时的上限值为本次的监测值，监测值减去设定压力值极为此次监测到的煤岩体应力变化值；待液体回流到注浆装置液压恢复至设定压力值时，再次关闭该胶囊压力传感器的侧通液口，继续监测煤岩体应力，以此类推，直到监测煤岩体应力不再变化为止；将多次监测到的煤岩体应力变化值求和，即为该胶囊压力传感器对应的监测点煤岩体应力总的变化值；

第六步：待所有监测点监测结束，打开所有两位三通电磁阀侧通液口，胶囊压力传感器内腔液体回收至注液装置，胶囊压力传感器随钢丝绳移出钻孔，完成回收。