[发明专利]一种钻孔应力定向监测装置及方法

说明书

一种钻孔应力定向监测装置及方法。装置由应力力数据采集仪，导线，应力传感器，方向控制装置构成。方向控制装置由可分离式圆锥钻头，吹风清灰套管，定向推进注浆管，水平仪，开孔量角器共同组成；通过水平仪和开孔量角器确定应力测试方向，通过方向控制装置保持应力力传感器在推进到钻孔内的过程中方向不发生改变，进而准确测量出煤巷内钻孔应力的方向和大小。结构及方法简单，易于现场操作，能实时监测钻孔应力大小的动态变化，从而实现对钻孔应力的实时测试、评价。

技术领域

本发明涉及一种测定岩体钻孔应力的装置，特别是一种准确定位钻孔应力计的定向监测装置及方法。

背景技术

在21世纪的时代，浅部煤炭资源进入开采的末段，国内外对矿产的开采逐渐转向深部开采，千米深矿井开始变得十分常见。随着开采深度的不断增加，开采规模的不断加大，地应力的变化规律越来越复杂，尤其在深部采挖过程中会引起应力重分布,对煤矿安全生产产生巨大影响，因此只有准确实时的监测采动动压变化规律，对采场冲击地压进行有效的初期预测和趋势分析，才能更加合理的选择支护形式，保证采掘安全高效的进行。

目前我国的深部开采基础理论研究尚处于发展阶段，专门针对深部资源的基础理论并未完全建立，对深部开采活动的指导不够完善，深部岩石力学以及采矿科学理论的创新发展迫在眉睫。进入深部开采后，地应力水平不断增加，在承受高地应力的同时，大多数巷道要经受极大的回采空间引起的强烈支承应力作用，使受采动影响的巷道围岩应力数倍、甚至近十倍于原岩应力，使得深部围岩出现大变形，同时深部开采也会产生强烈的卸荷作用，对巷道产生强扰动，加大支护难度，因此深部地应力的有效监测对开展深部开采理论具有重大生产意义。目前，钻孔应力计是监测煤层采场应力变化的有效手段，但是由于煤巷中的钻孔是使用长度较短的钻杆钻出，钻孔路径曲折，煤灰较多，而且深部煤层的钻孔受深部高应力强扰动的影响，钻孔在成孔后易形成塌孔。传统的钻孔应力计在向内推送时，无法控制应力传感器的方向，无法准确测出指定方向的钻孔应力。基于此背景，准确的定位钻孔应力计的方向，可以更好的指导支护的设置方式，保证采掘高效安全的进行。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对煤巷中测量钻孔应力存在的实际问题，提出的一种低成本，操作简单，钻孔应力定向监测装置。

技术方案：本发明的钻孔应力定向监测装置，包括应力数据采集仪，导线，应力传感器，吹风清灰定位套管，定向推进注浆管，水平仪，开孔量角器，鼓风机，压力注浆机；应力传感器通过导线与应力数据采集仪相连，首节定向推进注浆管前端与应力传感器尾部刚性连接，方向定位装置由应力传感器，吹风清灰定位套管，定向推进注浆管，水平仪，开孔量角器共同组成。

所述的应力数据采集仪有4个通道，可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过USB数据储存器实时储存数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

所述的应力传感器为圆柱形，前端设有尖头便于推送入钻孔，直径为40～50mm，长度为200～300mm；

所述的吹风清灰套管包括PVC管和PVC管两端的快速接头；首节PVC管前端开有通风槽，末节尾部与吹风机相连接；

所述的PVC管外径为55mm，内径为50mm，单节长度为2000mm，首节前端装有可分离式圆锥钻头，便于将套管推送入钻孔；所述的PVC管在满足一定强度的基础上具有一定的柔韧度，能够满足钻孔在走向上的较小曲折变化，同时，PVC管两端安装快速接头便于多根PVC管间的连接；

所述的定向推进注浆管包括PVC管和PVC管两端快速接头；首节PVC管前端与钻孔应力计尾部刚性连接，除末节PVC管，其余PVC管沿管壁设有应力阀值为2MPa的注浆孔，末节PVC管仅设有注浆囊袋且尾部与压力注浆机相连接；