[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

说明书

本发明公开了一种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，它由数个胶囊压力感应器、三通电磁阀、连接管、多通道位移监测仪、多通道压力监测仪、钢丝绳、安装导轨等组成；根据监测方案在钻孔中布置数个胶囊压力感应器，通过注液装置使每个胶囊压力感应器中液压达到预先设定值，胶囊压力感应器与煤岩体良好耦合，变形监测点附置于胶囊压力感应器外壳，实现了变形监测点的可靠固定，且保证了煤岩体应力监测与变形监测的一致性；待监测结束，打开所有电磁控制阀，胶囊内液体回流，将安装导轨由探孔中移出，完成回收。本发明克服了现有钻孔应力监测设备针对采动应力、煤岩体变形监测适应性、一致性差以及监测成本高、设备不可回收等问题。

技术领域

本发明属于矿山采动应力、煤岩体变形监测领域，具体涉及一种可回收的单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置。

背景技术

随着我国煤矿开采深度的增加，采场周边围岩由采动应力引起的煤岩失稳现象日益严重，采动空间围岩应力也愈发复杂。工作面采动破坏了原岩应力的平衡状态，周边围岩变形移动、应力重新分布。采场和回采巷道围岩的稳定性主要取决于围岩强度、应力状况及支护与围岩变形的相互作用关系，其中围岩应力状况是决定其围岩稳定性的主要因素，围岩变形是围岩稳定性的重要指标。因此，采场及巷道围岩应力与变形监测是解决受采动影响的巷道矿压控制、预留煤柱宽度设计和巷道维护等重大技术问题的决策依据。同时，采动围岩变形、应力分布实时监测研究，有助于揭示采动空间围岩变形与应力分布及演化规律，为准确预防煤岩动力灾害提供技术支持。

随着采动的影响，煤岩体内出现卸压区域、应力集中区域，同一轴线不同位置、方向的应力大小各不相同，市场中现有的钻孔应力监测设备如36-2钻孔变形计、UNSW空心包体应变计及YZ系列液压枕等装置侧重于单点应力监测，这些设备的缺点是：1、多钻孔监测应力分布方案不可避免地会对煤岩体造成较大的扰动；2、无法对煤岩体单条轴线多点围岩定向应力分布、围岩变形进行同步监测；3、不同钻孔不同深度放置传感器监测煤岩体内应力、变形的方法，难以确保不同钻孔保持安装方位、钻孔角度一致；发明专利“多点煤岩体应力实时监测装置及方法”(专利号：CN 104132761 B)通过高压油管将胶囊串联并送入钻孔，该方式监测单元相对位置固定不仅不能实现定向应力、位移一体监测，而且会因岩体变形过大损坏装置或监测单元脱离设计监测位置影响数据准确性。因此，迫切需要一种单孔多点围岩定向应力、变形一体化实时监测装置，从而更加适合工程应用。

发明内容

为了克服现有钻孔应力监测设备针对采动应力、煤岩体变形监测适应性、一致性差以及监测成本高、设备不可回收等问题，本发明提供一种可回收的单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置。

本发明同时提供利用这种监测装置对岩体定向应力分布与变形进行监测的方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种单孔煤岩体定向应力分布与变形一体监测装置，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。