[发明专利]一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置及方法

权利要求书

1.一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，包括刚性连接杆，刚性连接直套管、孔口推进阀，尾锥，限制阀，以及多个单元监测装置，其特征在于，所述刚性连接杆为空心管体，其前端固连尾锥，紧邻尾锥顺次设置单元监测装置和刚性连接直套管，刚性连接直套管和下一个单元监测装置之间设置限制阀，刚性连接杆的末端螺纹连接孔口推进阀，孔口推进阀与其相邻的刚性连接直套管的端面刚性接触；所述限制阀为环形结构，由螺栓径向穿过阀体固定在刚性连接杆上；所述单元监测装置包括树脂壳体瓣、应变片、反弧底V型钢片槽和带槽口变径刚性套管；所述刚性连接直套管和带槽口变径刚性套管可滑动的套装于刚性连接杆上，带槽口变径刚性套管的较粗端与刚性连接直套管刚性连接，较细端外部周向均布3个树脂壳体瓣，相邻树脂壳体瓣之间用反弧底V型钢片槽连接，槽内设有使槽体保持一定初始角度的橡胶块以及作为粘结剂的胶体胶囊，槽体两端设有弹性封堵，槽体的顶口与钻孔壁平行，槽底与带槽口变径刚性套管外表面法向相切配合，槽体受尾锥或限制阀轴向限位；所述应变片嵌装在树脂壳体瓣内，由缆线连接外部监测设备；所述带槽口变径刚性套管的较细端沿其母线方向开有能够相对于螺栓推进的通槽；所述尾锥设有能够推入带槽口变径刚性套管的锥形腔。

2.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述螺栓为空心螺栓，栓壁及尾锥上设有穿线孔；刚性连接杆为空心结构，缆线穿过空心螺栓或尾锥上的穿线孔进入刚性连接杆内，并由杆体穿出。

3.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述刚性连接杆为分体式结构，由多节空心杆体螺纹连接组成。

4.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述刚性连接直套管采用分体式结构，由多段套管首尾刚性连接而成。

5.根据权利要求4所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述刚性连接直套管的两端部设有边耳，边耳上设有螺丝孔，带槽口变径刚性套管较粗端的端面上设有螺丝孔，相邻套管之间或套管与变径刚性套管通过螺丝连接。

6.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述刚性连接杆上沿其轴线方向至少设置一组用于安装限制阀的限制阀安装孔。

7.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述带槽口变径刚性套管的外壁对应反弧底V型钢片槽的弧形底面设有凸起的导向道。

8.根据权利要求7所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述反弧底V型钢片槽的反弧底是直径为2.3mm的半圆弧；导向道的截面为2mm的半圆状。

9.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述的反弧底V型钢片槽常态下槽体夹角为10°。

10.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述树脂壳体瓣的横截面为圆弧形，连接于反弧底V型钢片槽的槽顶边沿。

11.根据权利要求10所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述树脂壳体瓣的半径与钻孔的半径相同，树脂壳体瓣的所对应的角度小于以壳体瓣的个数为基数将以树脂壳体瓣的半径为半径的圆等分后的角度。

12.根据权利要求1所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置，其特征在于，所述橡胶块为充炭黑母胶，在反弧底V型钢片槽底部与槽口平行布置。

13.根据权利要求1～12任意一项权利要求所述的一种深钻孔全段多点贴壁式三维采动应力监测装置的监测方法，其特征在于，其具体步骤为:

a.造孔，选用与树脂壳体瓣相同直径的金刚石钻头开孔，钻进到预定孔深，并清孔；

b.根据前期已做数值模拟煤岩体受采动影响其应力分布特征，将全孔段分为多个监测点位段，并根据监测点位段的距离要求在刚性连接杆上划分安装单元监测装置的点位段；

c.首先将已经安装尾椎和单元监测装置的第一节刚性连接杆放入钻孔内，将第二节刚性连接杆旋拧连接在第一节刚性连接杆上，同时在刚性连接杆上涂上润滑油，套上刚性连接直套管，并用螺丝将其边耳与带槽口变径刚性套管相连接，刚性连接直套管的个数由变径刚性套管至限制阀预安装部位之间的距离确定；

d.根据步骤b所确定的单元监测装置在刚性连接杆上的位置范围，依次安装位于该点位段内的限制阀、单元监测装置以及刚性连接直套管，并将安装好的部分推入钻孔，每个点位段内至少安装一个单元监测装置；

e.按照步骤d，直至将所有点位段内的单元监测装置安装完毕，在刚性连接杆的末端安装孔口推进阀；

f.至尾锥推进至孔底后，旋转孔口推进阀，通过刚性连接直套管向带槽口变径刚性套管施加轴向推力，促使其前进，迫使各点位的树脂壳体瓣径向移动，紧贴孔壁；根据钻孔孔径尺寸及监测装置参数之间的关系得到孔口推进阀轴向移动距离公式：

式中S是孔口推进阀需要轴向旋进距离，D_k钻孔直径，D_s是树脂壳体瓣弧顶距刚性连接杆中心距离的2倍，α为带槽口变径刚性套管母线与轴线的夹角。