[发明专利]巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置及方法

权利要求书

1.一种巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，其特征在于：它包括柱状结构的膨胀橡胶气囊(25)和固定板(20)，所述膨胀橡胶气囊(25)的前端为弧面，尾端端头设有进气阀门(22)和排气阀门(23)，膨胀橡胶气囊(25)在吹气膨胀过程中只增加径向尺寸而不增加长度尺寸；

膨胀橡胶气囊(25)中段上间隔设有多组支撑限位装置，膨胀橡胶气囊(25)尾端端头处套有定向套筒(18)，定向套筒(18)侧壁上等夹角设有四支定向尺(19)，定向套筒(18)前端套有用以固定在钻孔(2)内的保护套筒(15)，保护套筒(15)的尾端设有保护套筒底盘(17)，保护套筒底盘(17)与固定板(20)将膨胀橡胶气囊(25)尾端端头夹持住；

所述固定板(20)为圆片形结构，固定板(20)与进气阀门(22)和排气阀门(23)匹配处分别设有进气阀门孔(27)和排气阀门孔(28)；

所述的支撑限位装置包括设置在膨胀橡胶气囊(25)上的刚性支撑环(11)和固定在钻孔(2)内壁上的限位爪(3)，每组支撑限位装置为一个刚性支撑环(11)，刚性支撑环(11)的前后分别设有两个方向相同的限位爪(3)，每个限位爪(3)均通过一根细钢丝绳(6)延伸出钻孔(2)连接有重力悬挂装置通过重力拉紧限位爪(3)；刚性支撑环(11)上设有机械压电式应力计(12)，机械压电式应力计(12)通过应力传感线(13)连接有设置在钻孔(2)外侧的应力显示盒(14)，应力显示盒(14)设置在距离孔口(2)0.5～1.0m处用以监测围岩不同深度处的围岩应力。

2.根据权利要求1所述的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，其特征在于：所述的膨胀橡胶气囊(25)侧壁上设有用以将钻孔(2)的围岩(1)破裂形态复印下来，以真实反映围岩(1)的破裂状态及破碎区域大小的印花图层(24)。

3.根据权利要求2所述的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，其特征在于：所述膨胀橡胶气囊(25)外径约为钻孔内径的0.3～0.6倍，施加气压完全膨胀后，膨胀橡胶气囊(25)长度不变，直径增大至钻孔内径的1.2～1.5倍，以使印花图层(24)与钻孔(2)充分挤压接触，真实复印出围岩破裂形态，将膨胀橡胶气囊(25)取出后，其表面的破裂形状大小为钻孔内壁裂纹形状的0.3～0.6倍，裂纹大小增大系数取1.5～2.5，计算出围岩破裂范围大小。

4.根据权利要求1所述的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，其特征在于：限位爪(3)包括用以套在膨胀橡胶气囊(25)上的环状结构，环状结构上等夹角设有多个倒刺结构的棘爪(4)，每个棘爪(4)上设有弹簧(5)，可保证棘爪(4)正向移动时不会打开，而产生反向移动后即可张开并与围岩(1)充分接触，最终通过棘爪(4)嵌入围岩(1)中；限位爪(3)带有3～6个棘爪(4)，每个棘爪(4)下面有一个弹簧(5)，可保证棘爪(4)张开并与围岩(1)充分接触，通过重锤(7)使棘爪(4)保持张开嵌入围岩的状态，使得限位爪(3)牢牢固定在预设监测位置处，提高围岩位移的测量精度。

5.根据权利要求1所述的巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置，其特征在于：所述的重力悬挂装置为定滑轮(8)或者滑轮组(10)以及重锤(7)，重锤(7)重量为0.5～1.0kg；所述定滑轮(8)通过滑轮支架(9)安装在距离钻孔(2)孔口上方0.5～1.0m或在距离顶板上的钻孔(2)口四周0.5～1.0m位置处，细钢丝绳(6)绕在定滑轮(8)，每根细钢丝绳(6)的前端连接一个限位爪(3)，末端连接有一个体现映围岩(1)的位移变化的重锤(7)；所述滑轮组(10)为两个定滑轮组成，安装在在距离巷道两帮上的孔口下方0.5～1.0m的位置，细钢丝绳(6)绕在滑轮组(10)上，每根细钢丝绳(6)的前端连接一个限位爪(3)，末端与反映围岩(1)的位移变化的一个重锤(7)连接；使用时根据每个钻孔(2)周围的实际情况选择使用定滑轮(8)或者滑轮组(10)。