[发明专利]一种应力解除地应力测量的智能设备及其使用方法

说明书

本发明公开了一种应力解除地应力测量的智能设备及其使用方法，该设备包括组合量测设备和手持信号传输设备；组合量测设备包括钻头钻进组合装置、传感器装置以及壳体；钻头钻进组合装置包括从内到外通过卡簧装置依次贴合嵌套在一起的内层孕镶金刚石钻头、夹层倾斜孕镶金刚石钻头以及外层孕镶金刚石钻头，手持信号传输设备能够控制钻头钻进组合装置内的各个钻头变换位置进行施工，本设备能够快速、便捷、有效的进行矿井井下地应力测量的施工，为矿井围岩稳定性分析以及实现地下工程安全开挖生产提供科学依据，充分满足了地应力测试的需求。

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，具体涉及一种应力解除地应力测量的智能设备及其使用方法。

背景技术

随着煤炭资源开采强度和深度的逐渐增加，动力灾害事故频发。冲击矿压是典型的煤矿动力灾害，具有突、猛、急等特点，往往会造成井巷严重破坏和人员重大伤亡。地应力是引起采矿及其他各种地下工程变形和破坏的根本作用力，地应力场的大小和方向对冲击矿压有着显著的影响，准确测量区域现今地应力状态对围岩稳定性分析以及实现地下工程安全开挖生产具有重要作用和意义。

应力解除法是最常见的地应力测量方法，前期大量的工程实践证明应力解除法能较准确地量测出岩体中的天然应力，在《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)中介绍了应力解除法测试的基本步骤，但由于井下施工条件较差，地应力测量工作仍存在很多棘手的问题：

①施工时需要往复进行钻具拆卸和安装工作，工序繁琐，施工时间久，且扰动破坏影响较大，容易造成塌孔，致使测量工作无法继续进行；

②钻孔施工时，由于地层并不是均质的，且赋存条件复杂，容易造成应力解除孔倾斜或应力解除孔孔径扩大，导致测量用孔与应力解除孔不同心，或测量用孔孔斜，导致空芯包体应变计无法安装；

③应变计安装时，使用安装杆并不能准确的将应变计送到小孔内，空腔内的环氧树脂一旦被挤出，由于空芯包体腔体内有残留的环氧树脂，空芯包体应变计将无法继续使用；

④空芯包体传感器接线较长，应力解除施工时，在钻杆内容易被绞段，造成无法继续测量数据；

⑤测量深度在30m以内，无法深孔测量。

为此，迫切需要开发一种应力解除地应力测量的智能设备，以满足矿井井下测量地应力的需求。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种应力解除地应力测量的智能设备及其使用方法，其能够快速、便捷、有效的进行矿井井下地应力测量的施工，为矿井围岩稳定性分析以及实现地下工程安全开挖生产提供科学依据，充分满足了地应力测试的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种应力解除地应力测量的智能设备，包括组合量测设备和手持信号传输设备；所述组合量测设备包括钻头钻进组合装置、传感器装置以及壳体；

所述钻头钻进组合装置包括从内到外通过卡簧装置依次贴合嵌套在一起的内层孕镶金刚石钻头、夹层倾斜孕镶金刚石钻头以及外层孕镶金刚石钻头，所述钻头钻进组合装置的顶部还设有切削具以及水口；

所述钻头钻进组合装置内还设有用于实现内层孕镶金刚石钻头、夹层倾斜孕镶金刚石钻头以及外层孕镶金刚石钻头切换工作的齿轮传动系统；

所述传感器装置包括陀螺仪装置和能够测出测量孔孔壁上应变大小的应变测量装置；所述陀螺仪装置能够反映传感器装置所处位置形态以及应变测量装置内应变花的状态；

所述壳体为圆柱状筒型结构，所述壳体上段用于放置钻头钻进组合装置，所述壳体下段为空芯的可拆卸变头，壳体下段为钻头钻进组合装置上下运移和取芯提供空间，可拆卸变头底部能够安装在钻机钻杆上；