[其他]钻孔油枕应力计

说明书

钻孔油枕应力计是一种矿用荷载量测仪器，主要用于对岩体、煤体的应力变化进行观测。可用来测量井筒围岩应力、煤柱应力、工作面超前压力、采场顶底板应力和巷道四周应力。

现有的钻孔油枕应力计主要由油枕、油泵、操纵阀、管路、压力表组成。油枕通过管路与压力表、联通阀、油泵相连。

油枕由枕壳和包体组成。枕壳是由两片金属对焊而成，包体为一圆柱体包在枕壳外面。

操纵阀中有一个阀锥，其作用是接通或切断油泵与油枕的油路并对油枕系统起密封作用。

使用时，在需要安仪器处，按设计深度打钻孔将油枕放入孔内。启动泵，打开操纵阀上的阀锥。待油枕达到初始压力后，拧动阀锥，切断泵与系统的通道，并使油枕系统密封。枕壳在油压的作用下向外膨胀，使包体压紧钻孔。钻孔应力将通过油枕转变为油枕内的液体压力。该压力由压力表读出后经换算得出钻孔应力。

目前该类仪器在法国、美国、西德等国家均有使用，我所从1971年开始研制，近几年已在煤矿使用。其中法国煤炭研究院和美国矿业局研制的预包式油枕应力计与本实用新型比较接近。法国的油枕枕壳为铜板，包体为环氧树脂。美国的油枕枕壳为不锈钢板，包体为水泥。

现有的应力计存在以下问题，有待进一步解决：

用压力表指示的测值分辨度不高，只能在钻孔出口处观测，不能远距离观测，使用不够安全。由于铜或不锈钢制成的枕壳抗蠕变能力差，另外用环氧树脂和水泥制成的包体膨胀后可能产生多处破裂，因此油枕的膨胀量不能太大，相应地对钻孔尺寸要求严格，如法国和美国的油枕直径均为40毫米要求钻孔直径为42毫米，钻孔的变化量只有2毫米，难以保证。同时枕壳在常时间应力状态下的蠕变及包体破裂都会造成一定的测量误差。用阀锥密封需人工操作，同时有渗漏现象也会造成测量误差。

本实用新型的主要任务是研制一种能远距离观测、具有高分辨度的钻孔油枕应力计。

其次，本实用新型还将进一步提高应力计的测量精度；使其操作方便。

如附图所示，本实用新型主要由油枕〔1〕、钢弦式压力－频率转换器〔2〕、操纵阀〔3〕、管路〔4〕、油泵〔5〕、钢弦频率计〔6〕组成。钢弦式压力－频率转换器〔2〕的一端通过管路〔4〕与油枕〔1〕、操纵阀〔3〕、油泵〔5〕相连，另一端经电缆与钢弦频率计〔6〕相连。

如附图A－A剖面所示，油枕是由枕壳〔7〕和包体〔8〕组成的。枕壳材料采用优质冷轧钢板制成，包体〔8〕为二块近于半圆柱体的金属或高强度的塑料块。其底面用胶粘接在枕壳上。外表面为圆弧表面。

操纵阀采用球形单向阀，可实现自动开启关闭油路，密封可靠。

使用时将油枕放入钻孔中，启动油泵，单向阀自动开启，待油枕达到初始压力后停止打压供油，单向阀自动关闭并使油枕系统密封。此时枕壳膨胀使包体外表面与钻孔壁压紧。钻孔应力通过油枕转换成液体压力，经钢弦式压力－频率转换器将液体压力转换为频率信号，该频率信号由钢弦频率计接收并显示。根据所显示的频率值即可换算出钻孔应力。

本实用新型的优点在于：

1.采用钢弦式压力－频率转换器及钢弦频率计代替压力表，提高了测值的分辨度和精确度，分辨度可提高8～10倍；抗干扰能力强能够远距离观测，可远离钻孔100～300米，使用安全可靠。

2.由于枕壳采用优质冷轧钢板，抗蠕变能力强，包体采用金属或高强度的塑料在加压过程中不产生破裂，因此油枕的膨胀量可加大，相应地钻孔的适用范围也扩大了。如油枕断面最大尺寸42毫米时钻孔适用范围可为φ43～φ52毫米，采用煤矿井下通用的煤电钻打孔即可满足要求，不需特殊钻具，操作方便成本低。同时减小了测量误差。

3.采用球形单向阀操作简便，密封性能可靠。

附图为一实施例。该例中枕壳为优质冷轧钢板，包体采用30号钢。油泵为通用的手动泵，钢弦压力－频率转换器为本所设计。钢弦频率计采用本所设计的ZPY－Ⅱ、ZPY－1或WXL－2型钢弦频率计。经实验室在100米处测试效果良好。