一種煤層內部連續應力檢測儀的製作方法

2023-07-14 05:41:06 1

一種煤層內部連續應力檢測儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤層內部連續應力檢測儀，包括圓柱形橡膠保護層（2）以及固定於其內部的多個應變模塊（1），所述多個應變模塊（1）固定於所述圓柱形橡膠保護層（2）徑向的中心位置，並沿其長度方向均勻排列，所述多個應變模塊（1）通過礦用輕型軟電纜（3）與其他外部設備相連。本實用新型所述煤層內部連續應力檢測儀只需打一個鑽孔、結構簡單、成本低，並能準確遠程監測煤層內部連續應力。
【專利說明】一種煤層內部連續應力檢測儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應力檢測儀，特別是涉及一種用於煤礦現場生產中遠程監測同一鑽孔不同位置局部應力的煤層內部連續應力檢測儀。
【背景技術】
[0002]目前，煤礦等有關方面在做一些科研項目和現場生產中廣泛運用到鑽孔應力計等裝置來監測煤層的內部應力，一般的做法都是每隔一定距離打一個深度不一的鑽孔，在每個鑽孔的底部安裝一個鑽孔應力計，監測這個坐標點的局部應力，最後可以近似形成一個連續的不同深度的應力曲線。這種做法在距離工作面較遠時尚可，距離工作面較近時，因為每個鑽孔之間有一定距離，受到工作面超前支撐壓力的劇烈影響，每個鑽孔的受力是不一樣的，甚至差距很大；同時，打一定數量的鑽孔，個別鑽孔受力環境和應力計安裝等都可能存在一定的偶然因素影響，造成結果沒有可比性。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種只需打一個鑽孔、結構簡單、成本低，並能準確遠程監測煤層內部連續應力的煤層內部連續應力檢測儀。
[0004]一種煤層內部連續應力檢測儀，包括圓柱形橡膠保護層以及固定於其內部的多個應變模塊，所述多個應變模塊固定於所述圓柱形橡膠保護層徑向的中心位置，並沿其長度方向均勻排列，所述多個應變模塊通過礦用輕型軟電纜與其他外部設備相連。
[0005]本實用新型所述的煤層內部連續應力檢測儀，其中所述應變模塊包括感應所述鑽孔應力的應變絲和兩極線，所述兩極線與所述礦用輕型軟電纜相連。
[0006]本實用新型所述的煤層內部連續應力檢測儀，其中所述煤層內部連續應力檢測儀設置在鑽孔內，所述圓柱形橡膠保護層的直徑小於所述鑽孔直徑5-8mm。
[0007]本實用新型所述的煤層內部連續應力檢測儀，其中相鄰兩個所述應變模塊為之間的距離為lm。
[0008]本實用新型煤層內部連續應力檢測儀與現有技術不同之處在於:
[0009]本實用新型煤層內部連續應力檢測儀具有如下優點:
[0010]一是節約成本，只需一個鑽孔便可完成連續應力的測量。
[0011]二是數據準確，在同一鑽孔可以監測連續的應力，更準確的研究側向支承壓力和超前支承壓力應力特徵，繪製煤巖體內部應力變化曲線，適合科研用。
[0012]三是可調節性強，可提供不同長度和不同直徑的監測裝置以適應不同的鑽孔，也可根據不同的監測需求，提供有不同應變模塊密度的監測裝置。
[0013]四是配合檢測系統一起使用，實時在線，一天24小時實時監測，無需更多的人力物力，即可完成在線煤體應力變化的監測。
[0014]下面結合附圖對本實用新型的煤層內部連續應力檢測儀作進一步說明。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型所述煤層內部連續應力檢測儀的結構示意圖；
[0016]圖2為本實用新型所述煤層內部連續應力監測儀中的應變模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，一種煤層內部連續應力檢測儀，包括圓柱形橡膠保護層2以及固定於其內部的多個應變模塊1，所述多個應變模塊I固定於所述圓柱形橡膠保護層2徑向的中心位置，並沿其長度方向均勻排列，所述多個應變模塊I通過礦用輕型軟電纜3與所述井底數據處理分站相連。所述應變模塊I包括感應所述鑽孔應力的應變絲4和兩極線5，所述兩極線5與所述礦用輕型軟電纜3相連，相鄰兩個所述應變模塊I為之間的距離為lm，所述煤層內部連續應力檢測儀設置在鑽孔內，所述圓柱形橡膠保護層的直徑小於所述鑽孔直徑5_8mm，一般鑽孔直徑有8m，16m、24m、32m等。等到鑽孔孔壁變形擠壓圓柱形橡膠保護層2時，其內部應變絲4電阻發生變化(變細變長，電阻變大)，進而導致輸出電流變化。
[0018]本實用新型所述煤層內部連續應力檢測儀配合其他外部設備形成監測系統一起使用，所述系統包括煤層內部連續應力監測儀；井底數據處理分站，包括採集控制處理中心、信號放大器、相敏檢波器和濾波器，其中所述採集控制處理中心的輸入端與所述煤層內部連續應力監測儀相連，所述信號放大器的輸入端與所述採集控制處理中心的輸出端相連，所述信號放大器的輸出端與所述相敏檢波器的輸入端相連，所述相敏檢波器的輸出端與所述濾波器的輸入端相連；信號轉換器，其輸入端與所述濾波器的輸出端相連；井上實時監測系統，包括數據轉換設備和工業電腦，所述數據轉換設備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號轉換器的輸出端相連，所述數據轉換設備的輸出端與所述工業電腦相連；本安穩壓電源，通過礦用移動輕型軟電纜分別與所述井底數據處理分站和所述信號轉換器相連。
[0019]其中，所述煤層內部連續應力監測儀置於煤層鑽孔中，感應所述鑽孔側壁的應力；所述井底數據處理分站採集所述煤層內部連續應力監測儀感應到的應力信號，並將其轉換成電壓或電流信號傳輸給所述信號轉換器，所述信號轉換器將所述電壓或電流信號轉化為數位訊號並傳輸給所述井上實時監測系統；本安穩壓電源、採集控制處理中心、相敏檢波器、濾波器、信號轉換器均為隔爆設備；所述煤層內部連續應力監測儀為圓柱形，其直徑小於所述鑽孔直徑5_8mm，等到孔壁變形擠壓圓柱形橡膠保護層2時，其內部應變絲4電阻發生變化(變細變長，電阻變大)，進而導致輸出電流變化。
[0020]所述採集控制處理中心通過所述礦用輕型軟電纜3與所述應變模塊I相連，將所述應變絲4的電阻變化量(即壓力值)轉換成電壓或電流信號；所述信號放大器將採集控制處理中心輸出的微弱信號進行不失真的放大，形成調幅波；所述相敏檢波器將放大後的調幅波還原為被測應變信號波形，同時反映被測應變信號的方向，所述濾波器濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形信號，並傳輸給所述信號轉換器。
[0021]所述井底數據處理分站和信號轉換器懸掛在煤礦井下巷道煤幫上，不佔用井下作業空間，通礦用輕型軟電纜與井上的所述井上實時檢測系統相連；所述信號轉換器將接收所述濾波器傳來的應變信號並將其轉化為數位訊號，傳輸給所述井上實時監測系統，包括數據轉換設備和工業電腦，所述數據轉換設備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號轉換器的輸出端相連，所述數據轉換設備的輸出端與所述工業電腦相連；所述數據轉換設備為現有的常用設備，如數據轉換器；軟體包括數據處理分析軟體，一般為北京科技大學微地震研究中心研發的CRMS3.0監測中心軟體，對所述數位訊號進行存儲、數據轉換後最終得出所述鑽孔的煤層內部應力實際值，並通過所述顯示器輸出；優選的是，所述採集控制處理中心為電橋，一般指的是惠登斯電橋。
[0022]所述系統的工作過程一般如下:
[0023]將所述煤層內部連續應力監測儀放入鑽孔中，鑽孔側壁向其施壓，所述圓柱形橡膠保護層變形擠壓所述應變模塊I的應變絲4，所述採集控制處理中心(電橋)通過所述礦用輕型軟電纜3與所述應變模塊I相連，將所述應變絲4的電阻變化量(即壓力值)轉換成電壓或電流信號；所述信號放大器將採集控制處理中心輸出的微弱信號進行不失真的放大，形成調幅波；所述相敏檢波器將放大後的調幅波還原為被測應變信號波形，同時反映被測應變信號的方向，所述濾波器濾除相敏檢波器輸出信號中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形信號，並傳輸給所述信號轉換器。所述信號轉換器將接收所述濾波器傳來的應變信號並將其轉化為數位訊號，傳輸給所述井上實時監測系統，所述井上實時監測系統包括數據轉換設備和電腦，軟體包括數據處理分析軟體，一般為北京科技大學微地震研究中心研發的CRMS3.0監測中心軟體，對所述數位訊號進行存儲、數據轉換後最終得出所述鑽孔的煤層內部應力實際值，並通過所述顯示器輸出；本安穩壓電源為整個系統供電。
[0024]本系統通過對煤礦井下煤層或者巖層同一鑽孔不同位置的應力變化的監測，確定煤巖體中支承壓力大小，測量因採動影響煤層或巖層內部應力場變化，可根據監測數據整理、繪製煤巖體內部應力變化曲線，預測、預報煤巖體內支承壓力變化規律。既減少了鑽孔數量及部分人力物力，節約項目經費，又增加相應的監測結果的專業性、準確性。
[0025]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種煤層內部連續應力檢測儀，其特徵在於，包括圓柱形橡膠保護層(2)以及固定於其內部的多個應變模塊(I )，所述多個應變模塊(I)固定於所述圓柱形橡膠保護層(2)徑向的中心位置，並沿其長度方向均勻排列，所述多個應變模塊(I)通過礦用輕型軟電纜(3)與其他外部設備相連。
2.根據權利要求1所述的煤層內部連續應力檢測儀，其特徵在於:所述應變模塊(I)包括感應所述鑽孔應力的應變絲(4 )和兩極線(5 )，所述兩極線(5 )與所述礦用輕型軟電纜(3)相連。
3.根據權利要求2所述的煤層內部連續應力檢測儀，其特徵在於:所述煤層內部連續應力檢測儀設置在鑽孔內，所述圓柱形橡膠保護層(2)的直徑小於所述鑽孔直徑5-8mm。
4.根據權利要求1所述的煤層內部連續應力檢測儀，其特徵在於:相鄰兩個所述應變模塊(I)之間的距離為lm。
【文檔編號】G01L1/22GK203606048SQ201320821751
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】馮飛勝, 成雲海, 孫振平, 田厚強, 朱萌萌, 劉柳平 申請人:安徽理工大學