[发明专利]一种矿山充填体三维应力-变形测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种矿山充填体三维应力‑变形测量装置及方法，其目的在于克服上述现有设备的无法形成连续监测、监测数据精确性低、智能化程度低等缺点。在充填体中放置该装置，通过装置上安装的充填体变形监测杆，测量杆体随充填体变化时的斜度变化，进而计算各段监测仪的变形量，通过代数叠加，进而获得充填体的变形位移大小，并根据三个方向上安装的充填体压力监测盒监测充填体在各方向上的应力情况。

技术领域

本发明公开了一种矿山充填体三维应力-变形测量装置及使用方法。

背景技术

随着国民经济的发展，矿业资源的需求量越来越大，资源供需的矛盾日渐突出。为此，矿业资源除了向深部进军外，更多的是寻找浅部复杂难采的“三下”资源与海洋接替资源。为了解决浅部复杂难采资源开发中资源与安全的矛盾、资源利用与地表变形的矛盾，必须对资源开发中的岩层变形进行测量。众所周知，采空区是引起岩层变形和地表移动的主要原因，采空区充填作为地压管理与防止地表变形的主要措施与手段，越来越得到广泛应用，而采空区充填尾砂的自然压缩变形与变形是直接反映上覆岩层控制好坏与地表变形的重要指标，因此准确测量采空区充填体的变形与变形显得特别重要与迫切。查阅国内外相关的资料，虽然有人对采场充填体的变形进行过研究，也尝试性地进行过一些监测设备的研发：例如在专利CN20191102109.7开发出了一种预埋式充填体横向变形测量装置、在专利CN110986395A中提出了一种充填体温度传感器、在专利CN201610143118.7中公开了水下地基分层变形测量设备及其设置方法、在专利CN207538014中公开了一种基坑变形监测装置等，但上述研发成果普遍还存在以下问题：

(1)钻孔类监测仪器成孔困难，在充填体低强度、高含水的环境条件下，难以成孔形成有效的监测空间；

(2)大部分监测仪器为刚性元件，无法敏感地感知充填体的变形情况，监测数据不够准确；

(3)单点监测仪器无法满足大区域采场连续监测的要求；

(4)监测数据过度依赖人工采集，作业难度较大且工作人员安全难以保证。有鉴于此，有必要开发一种能够在低强度、高含量环境下连续工作、精确高、无需钻孔测量、自动监测的充填体变形与应力测量仪器。

发明内容

本发明提供了一种矿山充填体三维应力-变形测量装置及使用方法，其目的在于克服上述现有设备的无法形成连续监测、监测数据精确性低、智能化程度低等缺点。在充填体中放置该装置，通过装置上安装的充填体变形监测杆，测量杆体随充填体变化时的斜度变化，进而计算各段监测仪的变形量，通过代数叠加，进而获得充填体的变形位移大小，并根据三个方向上安装的充填体压力监测盒监测充填体在各方向上的应力情况。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种矿山充填体三维应力-变形测量装置，包括刚性支架、刚性连接杆、多通道数据采集模块、充填体变形监测杆、充填体压力监测盒；

在所述的刚性支架的X、Y、Z三个方向上各设置一个充填体变形监测杆，充填体变形监测杆与刚性支架共同构成矩形框架，在矩形框架的三个相互垂直的面上各设有一个充填体压力监测盒，充填体压力监测盒通过与刚性支架相连的刚性连接杆固定；所述的充填体压力监测盒和充填体变形监测杆与多通道数据采集模块相连。

作为进一步的技术方案，所述的充填体变形监测杆由多个柔性接头和多个刚性杆组成，柔性接头将相邻的刚性杆相连，使刚性杆在充填体中自由变形摆动，在每个刚性杆上设有一个凹形平台，在凹形平台上设置三维测斜传感器。

位于首端的刚性杆的首端固定在刚性支架上；位于末端的刚性杆的末端固定在刚性支架上。

第二方面，基于所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置进行应力-变形测量的方法，包括以下步骤：

步骤1:采场充填前视需要将变形测量装置埋入采场中，尽量保证所有三维测斜传感器保持在同一水平；