本實(shí)用新型涉及一種煤層應(yīng)力檢測(cè)裝置，特別是一種在采掘工作面前方的煤層鉆孔內(nèi)同時(shí)測(cè)定不同位置應(yīng)力的采掘工作面前方應(yīng)力分布狀況的檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，在煤礦井下，根據(jù)應(yīng)力大小，采掘工作面前方大致可劃分為3個(gè)區(qū)域（卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)），卸壓區(qū)內(nèi)的應(yīng)力小于原始應(yīng)力，應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)的應(yīng)力要高于原始應(yīng)力，應(yīng)力集中區(qū)往往是動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)動(dòng)區(qū)，卸壓區(qū)具有阻礙動(dòng)力災(zāi)害發(fā)展的功能，因此，對(duì)于動(dòng)力災(zāi)害防治工作來(lái)說(shuō)，既可降低應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力集中程度（如保護(hù)層開(kāi)采），也可擴(kuò)大卸壓區(qū)的寬度（如深孔松動(dòng)爆破），不管是采取哪種防治措施，都需要掌握采掘工作面前方的應(yīng)力分布狀況，只有這樣，才能使動(dòng)力災(zāi)害防治工作既經(jīng)濟(jì)，又安全。

目前，有關(guān)采掘工作前方的應(yīng)力檢測(cè)方法主要如下；最為傳統(tǒng)的方法是打鉆，測(cè)定鉆屑量，鉆屑量越大，應(yīng)力越大，這是一種間接、定性確定方法，并且鉆屑從鉆頭位置排到孔口存在一定滯后，孔口接收到的鉆屑也不完全來(lái)自鉆頭位置，因此，測(cè)定結(jié)果的可靠性不高，鉆孔應(yīng)力計(jì)只能定點(diǎn)測(cè)定應(yīng)力，無(wú)法做到同一時(shí)刻測(cè)定鉆孔不同位置的應(yīng)力； 專利申號(hào)為CN201410028572.0的實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種采掘工作面地應(yīng)力分布特征探測(cè)方法，該方法測(cè)定、計(jì)算采掘工作面前方不同位置的振動(dòng)波速，并根據(jù)波速和地應(yīng)力的關(guān)系，確定地應(yīng)力分布特征，這也是一種間接確定方法，并且測(cè)定、計(jì)算與分析較為復(fù)雜。

因此，為了讓煤礦企業(yè)準(zhǔn)確掌握采掘工作面前方的應(yīng)力分布狀況，順利開(kāi)展動(dòng)力災(zāi)害防治工作，探索出一種能夠同時(shí)直接測(cè)定采掘工作面前方不同鉆孔深度應(yīng)力的工藝與裝置就顯得尤為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在解決上述問(wèn)題，從而提供一種采掘工作面前方應(yīng)力分布狀況的檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型解決所述問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是：

一種采掘工作面前方應(yīng)力分布狀況的檢測(cè)裝置，包括雙層圓柱鋼管，雙層圓柱鋼管前端通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)連接有前置端頭，雙層圓柱鋼管后端設(shè)有法蘭盤，法蘭盤通過(guò)螺栓連接有后置端頭，雙層圓柱鋼管外套裝有外膠皮套，外膠皮套兩端分別與前置端頭和后置端頭連接，法蘭盤上分別設(shè)有置于外膠皮套外的回漿管、與雙層圓柱鋼管的環(huán)形腔體連通的連接鋼管，雙層圓柱鋼管的內(nèi)管后端連接有注漿高壓膠管，連接鋼管和注漿高壓膠管分別連接注液泵和注漿泵，外膠皮套與雙層圓柱鋼管之間設(shè)有多個(gè)均勻布置的應(yīng)力計(jì)；應(yīng)力計(jì)包括下端固定支座、上端開(kāi)口圓柱形空心筒、下端開(kāi)口圓柱形空心筒，下端固定支座置于雙層圓柱鋼管上并與雙層圓柱鋼管的環(huán)形腔體連通，下端固定支座的開(kāi)口端通過(guò)滑動(dòng)密封圈與上端開(kāi)口圓柱形空心筒連接，上端開(kāi)口圓柱形空心筒的開(kāi)口端套裝在下端開(kāi)口圓柱形空心筒上，下端開(kāi)口圓柱形空心筒與上端開(kāi)口圓柱形空心筒形成的腔體內(nèi)設(shè)有相互頂推的彈簧，上端開(kāi)口圓柱形空心筒內(nèi)設(shè)有與彈簧相適應(yīng)的單向逆止器。

采用上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)是：

為企業(yè)提供一種采掘工作面前方應(yīng)力分布狀況的檢測(cè)裝置，該裝置放置于煤層鉆孔中，沿著鉆孔軸線方向布置多個(gè)應(yīng)力計(jì)，同時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自鉆孔周圍煤壁的應(yīng)力，采用彈簧的壓縮量來(lái)測(cè)定應(yīng)力大小，采用單向逆止器確保彈簧只能單向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液體卸壓時(shí)，應(yīng)力計(jì)的上端開(kāi)口圓柱形空心筒帶動(dòng)整體下降，與外膠皮套分離，此時(shí)反轉(zhuǎn)即可拔出測(cè)定裝置，并獲取應(yīng)力讀數(shù)，解決了采掘工作面前方煤體應(yīng)力無(wú)法直接、多點(diǎn)同時(shí)測(cè)定的技術(shù)難題，應(yīng)用本裝置可掌握采掘工作面前方的應(yīng)力分布狀況，并為采掘工作面前方的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及其防治措施的效果有效性評(píng)價(jià)提供一種方法。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

連接鋼管通過(guò)錐面和密封圈組合接頭與雙層圓柱鋼管連接。

連接鋼管通過(guò)注液高壓膠管與注液泵連通。

外膠皮套前端通過(guò)卡箍套裝在前置端頭上。

外膠皮套后端通過(guò)強(qiáng)力膠與后置端頭粘接。

單向逆止器沿上端開(kāi)口圓柱形空心筒的內(nèi)壁均勻布置多個(gè)，每個(gè)單向逆止器逆止片下部通過(guò)鉚釘固定在上端開(kāi)口圓柱形空心筒上。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中A的局部放大圖；

圖3是圖1中B的局部放大圖；

圖中：煤層1；前置端頭2；外膠皮套3；應(yīng)力計(jì)4；彈簧4-1；單向逆止器4-2；下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3；上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4；滑動(dòng)密封圈4-5；下端固定支座4-6；后置端頭5；回漿管6；螺栓7；法蘭盤8；連接鋼管9；注液高壓膠管10；注液泵11；注漿高壓膠管12；注漿泵13；孔壁14；雙層圓柱鋼管15；法蘭盤16；環(huán)形腔體17；內(nèi)管18；錐面和密封圈組合接頭19。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，目的僅在于更好地理解本實(shí)用新型內(nèi)容，因此，所舉之例并不限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

參見(jiàn)圖1、圖2、圖3，雙層圓柱鋼管15的內(nèi)管18前端通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)連接有前置端頭2，雙層圓柱鋼管15的內(nèi)管18后端套裝有法蘭盤8，法蘭盤8通過(guò)螺栓7連接有后置端頭5，雙層圓柱鋼管15外套裝有外膠皮套3，外膠皮套3前端通過(guò)卡箍套裝在前置端頭2上，外膠皮套3后端通過(guò)強(qiáng)力膠與后置端頭5粘接，連接鋼管9一端穿過(guò)法蘭盤8通過(guò)錐面和密封圈組合接頭19與雙層圓柱鋼管15的環(huán)形腔體17連通，連接鋼管9另一端通過(guò)注液高壓膠管10與注液泵11連通，雙層圓柱鋼管15的內(nèi)管18后端通過(guò)注漿高壓膠管12與注漿泵13連通，應(yīng)力計(jì)4沿著雙層圓柱鋼管15均勻布置二十六個(gè)，每個(gè)應(yīng)力計(jì)4由一個(gè)下端固定支座4-6、一個(gè)滑動(dòng)密封圈4-5、一個(gè)單向逆止器4-2、一個(gè)下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3、一個(gè)上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4和一個(gè)彈簧4-1組成，下端固定支座4-6焊接在雙層圓柱鋼管15上并與雙層圓柱鋼管15的環(huán)形腔體17連通，下端固定支座4-6的開(kāi)口端通過(guò)滑動(dòng)密封圈4-5與上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4連接，上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4在應(yīng)力作用下，可自由伸縮，上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4的開(kāi)口端套裝在下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3上，下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3與上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4形成的腔體內(nèi)設(shè)有相互頂推的彈簧4-1，彈簧4-1兩端分別與下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3和上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4焊接，上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4內(nèi)壁上設(shè)有一圈與彈簧4-1相適應(yīng)的單向逆止器4-2，每個(gè)單向逆止器4-2逆止片下部通過(guò)鉚釘固定在上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4上，下向可在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，彈簧4-1可約束其旋轉(zhuǎn)幅度，并使其具有復(fù)位趨勢(shì)。

前置端頭2的制作材料為不銹鋼，截面呈圓形，內(nèi)徑15mm，外徑60mm，長(zhǎng)20mm；雙層圓柱鋼管15的主體結(jié)構(gòu)內(nèi)徑30mm，外徑40mm，長(zhǎng)20m，它的前端內(nèi)徑12mm，外徑14mm，長(zhǎng)20mm；外膠皮套3的制作材料為硅膠，直徑90mm，長(zhǎng)20m；每個(gè)應(yīng)力計(jì)4的結(jié)構(gòu)和制作材料完全一致，下端固定支座4-6為一個(gè)空心圓柱筒，材料為不銹鋼，內(nèi)徑20mm，外徑24mm，高20mm；滑動(dòng)密封圈4-5為O型密封圈，內(nèi)徑16mm，外徑22mm，厚5mm；單向逆止器4-2由塑料片和小彈簧組成，塑料的制作材料為高強(qiáng)度工程塑料，截面呈梯形，上下寬分別是10mm和15mm，厚5mm；小彈簧為普通彈簧，長(zhǎng)8mm；上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4的制作材料為不銹鋼，內(nèi)徑16mm，外徑18mm，高20mm；下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3的制作材料為不銹鋼，內(nèi)徑10mm，外徑12mm，高15mm；彈簧4-1長(zhǎng)25mm，粗10mm；螺栓30為普通六角螺栓，長(zhǎng)50mm，粗10mm；法蘭盤16的制作材料為不銹鋼，內(nèi)徑20mm，外徑92mm，厚30mm；后置端頭5的制作材料為不銹鋼，內(nèi)徑70mm，外徑90mm，厚30mm；錐面和密封圈組合接頭19的錐面角度為30o，密封圈為O型密封圈，外徑8mm，內(nèi)徑6mm；連接鋼管9為圓形，長(zhǎng)150mm，外徑10mm，壁厚1mm，制作材料為不銹鋼；注漿高壓膠管12和注液高壓膠管10的制作材料為橡膠，長(zhǎng)10-15m，外徑10mm，壁厚1mm；回漿管6為圓形，長(zhǎng)100mm，外徑10mm，壁厚1mm，制作材料為不銹鋼；注液泵11為恒舟SB-10型手動(dòng)試壓泵；注漿泵13為3ZBQS1210型煤礦用雙液氣動(dòng)注漿泵。

前置端頭2與雙層圓柱鋼管15之間采用螺紋結(jié)構(gòu)連接，當(dāng)測(cè)定工作結(jié)束時(shí)，卸下法蘭盤16，反轉(zhuǎn)雙層圓柱鋼管15即可分離，拔出鉆孔；雙層圓柱鋼管15的內(nèi)管18通過(guò)注漿高壓膠管12注入來(lái)自注漿泵13的水泥砂漿，水泥砂漿經(jīng)鉆孔前方流向孔壁14與整個(gè)裝置之間的縫隙，并可通過(guò)回漿管6判斷是否充滿，雙層圓柱鋼管15的環(huán)形腔體17內(nèi)通過(guò)連接鋼管9和注液高壓膠管10注入來(lái)自注液泵11的高壓液體，通過(guò)液體的壓縮作用，將應(yīng)力計(jì)4的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4整體托舉起來(lái)；外膠皮套3兼有一定的強(qiáng)度與彈性，既可有效隔離外圍注入的水泥砂漿，又可在孔壁14壓縮時(shí)，具有很好的形變能力；法蘭盤16通過(guò)螺栓7與后置端頭5相連接，可有效防止鉆孔內(nèi)注入的水泥砂漿外溢；鉆孔周圍煤體應(yīng)力通過(guò)水泥砂漿和外膠皮套3傳遞給應(yīng)力計(jì)4上端的下端開(kāi)口圓柱形空心筒4-3，并推動(dòng)彈簧4-1向下移動(dòng)，在單向逆止器4-2的控制下，彈簧4-1每下降一環(huán)，都被重新卡住，只下降，不能向上反彈，當(dāng)測(cè)定工作結(jié)束后，松動(dòng)注液泵11，卸壓，應(yīng)力計(jì)4上的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4帶動(dòng)整體下降，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)力計(jì)4與外膠皮套3的分離，應(yīng)力計(jì)4沿著雙層圓柱鋼管15均勻布置，每個(gè)應(yīng)力計(jì)4的底部液體壓力相等，頂部孔壁14與外膠皮套3之間的縫隙均充滿水泥砂漿，因此，可確保不同位置應(yīng)力計(jì)4工作的同時(shí)性（包括測(cè)定工作初始和結(jié)束兩個(gè)時(shí)刻）；彈簧4-1在地面可先進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，得出不同壓縮長(zhǎng)度與應(yīng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)斷開(kāi)注液泵11和注漿泵13，打開(kāi)法蘭盤16，反轉(zhuǎn)雙層圓柱鋼管15，拔出鉆孔后，通過(guò)觀察彈簧4-1的下降位移，即可判別應(yīng)力的大小，并繪制出采掘工作面前方沿鉆孔軸線方向的應(yīng)力分布曲線。

本裝置的工作過(guò)程如下：

預(yù)先將應(yīng)力計(jì)4安裝好，焊接在雙層圓柱鋼管15上，將前置端頭2、外膠皮套3和后置端頭5連接、固定好。

將上述準(zhǔn)備好的裝置套在一起、擰緊，送入測(cè)定鉆孔，達(dá)到預(yù)定位置。

利用螺栓7連接法蘭盤16（回漿管6與法蘭盤16焊接在一起）和后置端頭5，擰緊，并通過(guò)錐面和密封圈組合接頭19連接雙層圓柱鋼管15和連接鋼管9，密封嚴(yán)密。

利用注液高壓膠管10和注漿高壓膠管12分別連接注液泵11和注漿泵13。

啟動(dòng)注漿泵13，通過(guò)注漿高壓膠管12和雙層圓柱鋼管15的內(nèi)管18向鉆孔前方和孔壁14周圍注入水泥砂漿，并通過(guò)回漿管6進(jìn)行觀察，直至漿液從回漿管6流出為止。

啟動(dòng)注液泵11，通過(guò)注液高壓膠管10和連接鋼管9向雙層圓柱鋼管15的環(huán)形腔體17內(nèi)注入膨脹液，推動(dòng)應(yīng)力計(jì)4的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4帶動(dòng)整體向上移動(dòng)，直至與外膠皮套3相接觸（具體打壓時(shí)間和最終壓力可通過(guò)地面試驗(yàn)確定）。

觀察一段時(shí)間（隨著時(shí)間的推移，鉆孔周圍煤體在應(yīng)力作用下，向孔內(nèi)收縮，壓迫應(yīng)力計(jì)4內(nèi)的彈簧4-1向下移動(dòng)），卸掉注漿高壓膠管12，打開(kāi)注液泵11的卸壓閥，雙層圓柱鋼管15的環(huán)形腔體17內(nèi)的液壓被解除，應(yīng)力計(jì)4的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4帶動(dòng)整體向下移動(dòng)，并與外膠皮套3分離。

松開(kāi)螺栓7，卸下法蘭盤16（回漿管6與法蘭盤16焊接在一起），反轉(zhuǎn)雙層圓柱鋼管15，并拔出鉆孔。

根據(jù)彈簧4-1的壓縮量及地面試驗(yàn)結(jié)果（彈簧4-1壓縮量與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系）讀取彈簧4-1的應(yīng)力，并繪制出沿鉆孔軸線方向的應(yīng)力分布曲線，得出其分布狀況。

本實(shí)用新型采用彈簧4-1的壓縮量來(lái)測(cè)定應(yīng)力大小，采用單向逆止器4-2確保彈簧4-1只能單向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液體卸壓時(shí)，應(yīng)力計(jì)4的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4帶動(dòng)整體下降，與外膠皮套3分離，此時(shí)，反轉(zhuǎn)即可拔出測(cè)定裝置，并獲取應(yīng)力讀數(shù)，是本實(shí)用新型的核心技術(shù)；采用水泥砂漿充滿外膠皮套3與孔壁14之間的空間，采用液壓托起應(yīng)力計(jì)4的上端開(kāi)口圓柱形空心筒4-4，均與外膠皮套3的內(nèi)側(cè)相接觸，并沿鉆孔軸線布置多組應(yīng)力計(jì)4，具有不同測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力同步檢測(cè)的功能，且應(yīng)力檢測(cè)均為實(shí)測(cè)，是本實(shí)用新型最大的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型可為企業(yè)提供一種采掘工作面前方應(yīng)力分布狀況的檢測(cè)裝置，該裝置放置于煤層1的鉆孔中，沿著鉆孔軸線方向布置多個(gè)應(yīng)力計(jì)4，同時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自鉆孔周圍孔壁14的應(yīng)力，待反轉(zhuǎn)取出裝置后，即可讀取應(yīng)力計(jì)4所測(cè)數(shù)據(jù)，解決了采掘工作面前方煤體應(yīng)力無(wú)法直接、多點(diǎn)同時(shí)測(cè)定的技術(shù)難題，應(yīng)用本裝置可掌握采掘工作面前方的應(yīng)力分布狀況，并為采掘工作面前方的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及其防治措施的效果有效性評(píng)價(jià)提供一種方法。

以上所述僅為本實(shí)用新型較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本實(shí)用新型的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及其附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本實(shí)用新型的權(quán)利范圍之內(nèi)。