[发明专利]一种采动岩体三维应力监测设备和方法

说明书

本发明公开了一种采动岩体三维应力监测设备，包括设备基体、测量装置、井下传输基站以及地面信号传输基站；所述设备基体为微晶玻璃材质柱体，其内部正方体的六面上均安装有交叉的光纤光栅，光线光栅的夹角为45°。本发明采用上述的一种采动岩体三维应力监测设备和方法，能够准确、有效的了解井下围岩体应力状态，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指导，对工程地质动力灾害进行有效的预测预警，充分满足矿井绿色安全高效生产的需求。

技术领域

本发明涉及煤岩体应力监测和煤矿安全开采技术领域，尤其是涉及一种采动岩体三维应力监测设备和方法。

背景技术

煤炭是我国主体能源之一，随着我国煤炭资源开采强度和深度的逐渐增加，深部煤岩体处于高地应力、高温、高水压、高瓦斯等复杂恶劣的工程地质条件中，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害及复合动力灾害事故频发。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工程地质动力灾害事故的发生有着显著的影响。当然，近几十年来，国内外专家学者针对地应力测量做了大量工作，得到了很多测量方法，常用的方法有应力解除法和水压致裂法。但是，这种方法测试的是开采扰动前的原岩初始地应力，不能反映采动扰动后的地应力场。而在采动条件下，如何实时监测煤岩体受力大小及受力状态，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指导，对工程地质动力灾害的预测预警有着极其重要意义。

目前，国内外专家学者对于边帮应力的监测做了很多工作，最常用的设备和方法就是通过钻孔应力计或者压力盒进行应力状态监测工作，但是钻孔应力计及压力盒监测煤岩体双向受力情况，但是仅仅能反映一个平面上应力状态，对三维空间上的煤岩体来说，无法全面地反映出实际地质情况，针对其受力变形特征的研究忽略的信息较大，仍存在着一定的误差。

为此，迫切需要开发一种采动岩体三维应力监测方法及智能设备，以满足矿井井下围岩应力监测的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种采动岩体三维应力监测设备和方法，能够准确、有效的了解井下围岩体应力状态，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指导，对工程地质动力灾害进行有效的预测预警，充分满足矿井绿色安全高效生产的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种采动岩体三维应力监测设备，包括设备基体、测量装置、井下传输基站以及地面信号传输基站；

所述设备基体为微晶玻璃材质柱体，其内部正方体的六面上均安装有交叉的光纤光栅，光线光栅的夹角为45°。

一种采动岩体三维应力监测方法，步骤如下：

S1、根据矿方工作面开采设计及实际开采情况，进行采动岩体三维应力监测地点、深度、层位设计；

S2、根据现场工况，安装并固定好钻机，选用无岩芯钻机钻头，根据步骤S1设计对目标层位进行打孔钻进工作；

S3、当钻机钻进至安装深度时，将钻机推出，安装采动岩体三维应力监测设备；

S4、使用铝合金制小杆，将采动岩体三维应力监测智能设备推至孔底，此时，检查设备运行情况；

S5、待设备一切正常后，使用环氧树脂镶嵌技术将设备与孔底岩体粘结；

S6、待环氧树脂固结后，固定钻孔孔口的井下传输基站，并将孔口用水泥进行封孔；

S7、读取和记录数据处理及传输装置中陀螺仪定位光纤光栅应变传感器装置位置和形态的结果，并将该数据记录；

S8、陀螺仪将定位结果传输给井下传输基站，井下传输基站将数据传输给地面信号传输基站，地面信号传输基站中的信号数据处理装置接收到方位数据后，进行数据处理，并构建井下围岩体应力监测坐标系；

S8、待设备初始调试完成后，进行采动岩体三维应力实时监测工作；