專利名稱：巖體三維壓力監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于巖體壓力監(jiān)測儀器。
礦井開采深度達到一定程度后，由巖體內(nèi)部的地質(zhì)構(gòu)造應力或煤體瓦斯地質(zhì)應力產(chǎn)生的以應力波的形式通過巖體介質(zhì)向采掘空間傳遞沖擊壓力(有人將其稱為礦區(qū)地震)，其沖擊壓應力(簡稱沖擊地壓)的發(fā)生頻率及破壞能力均顯升高趨勢。多年來，對于沖擊地壓的監(jiān)測方法，主要是采用在采掘空間(一般指掘進巷道兩幫壁)向巖體內(nèi)打一定深度的鉆孔，通過放入鉆孔內(nèi)的地音探頭(或傳感器)進行監(jiān)測，有時為了達到實時監(jiān)測的目的將監(jiān)測信號通過電纜傳輸?shù)降孛娼邮昭b置(包括計算機)，八九十年代初個別礦井通過在地面建立礦區(qū)地震監(jiān)測站的方法。計劃經(jīng)濟時期，這種原理與方式的監(jiān)測裝備的推廣始終是靠行業(yè)主管部門扶持。八九十年代后期開始，這種監(jiān)測原理與方法的推廣使用受到嚴峻的挑戰(zhàn)；除監(jiān)測結(jié)果的工程應用準確性與可靠性模糊不明顯、受質(zhì)疑外，其監(jiān)測裝備的投資購置費用及使用維護費用都非常高。近幾年，不少現(xiàn)場工程技術(shù)人員及有關(guān)院校科研等部門，試制了各種簡單實用價格低廉的壓力枕式鉆孔地壓監(jiān)測儀器，如申請人研制生產(chǎn)的ZKY-Ⅰ、Ⅱ型油壓式、應變片式鉆孔壓力監(jiān)測儀，該監(jiān)測儀的工作原理是由一個形狀近似圓柱體，直徑接近或等于鉆孔直徑(常用直徑42、55、65mm)的壓力枕通過一根油管(油管為直徑4～6mm柔韌性良好的銅管或其它金屬管)與壓力表或應變式壓力傳感器相接。由于壓力枕只能感受與鉆孔側(cè)向的力，即只監(jiān)測鉆孔變形壓力監(jiān)測不到鉆孔軸向壓力，故監(jiān)測效果不夠理想，起不到監(jiān)測由采(挖)動引起的巖體內(nèi)部構(gòu)造應力的波動沖擊力的目的，監(jiān)測結(jié)果對分析巖體內(nèi)部應力波動的頻率及預計方位、實時性等方面的價值不理想。
本實用新型的目的是設計一種簡便實用、性能價格比高的巖體三維壓應力監(jiān)測儀器，它不僅能監(jiān)測引起鉆孔變形的壓應力，即鉆孔側(cè)向上的壓應力，而且能監(jiān)測到來自鉆孔底部的壓應力，即鉆孔軸向方向的壓應力或沖擊壓力。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的1、鉆孔底部軸向壓應力或沖擊壓力監(jiān)測裝置的制做加工制造一個一端開口的圓柱形小油缸體，缸體直徑為常用鉆孔直徑，在油缸的內(nèi)徑靠近開口端的適當位置上，沿圓周方向上加工兩個同規(guī)格的槽口，兩槽間距適當，在槽內(nèi)放置兩個“O”型橡膠密封圈；油缸的另一端封堵后鉆一小孔與有通孔的過渡接頭焊接，并用適當長度的外徑為4～6mm的銅油管(或其它金屬管)再與過渡接頭相焊接，銅油管的另一端通過接頭連接一只應變式壓力傳感器或壓力表，此壓力表為雙針式留針壓力表(近幾年市場上出現(xiàn)的)，它能夠測記某一時刻壓力表感受的最大壓力值和當時壓力值，油缸內(nèi)裝上密封配合(通過“O”型圈)的圓柱體小活塞。其工作方式是當活塞感受到來自鉆孔軸向方向上的壓應力后，通過(充滿耐壓油的)油缸和空心銅管內(nèi)已充滿的耐壓油將壓力傳遞給壓力測讀裝置壓力表或其它壓力監(jiān)測裝置，如壓力傳感器等。
2、鉆孔變形壓應力(即鉆孔側(cè)向壓應力)監(jiān)測裝置的制做用金屬板材制做一圓柱形空心壓力枕殼體，殼體直徑一般為42.55、65mm，長度為200～300mm，在壓力枕殼體的一端焊接上與空心壓力枕殼體相通的注液閥和接頭，接頭上焊接一根油液管。壓力枕殼體及油液管通過注液閥注滿乳化液或耐壓油，然后在油液管的另一端接上測壓裝置(壓力表或壓力傳感器)。由壓力枕、油液管、壓力測讀裝置等組成的液壓系統(tǒng)就把壓力枕在鉆孔內(nèi)感受的平行于鉆孔截面方向的壓力通過油液管內(nèi)介質(zhì)傳遞給壓力測讀裝置。
3、將上述鉆孔側(cè)向變形壓應力監(jiān)測裝置與鉆孔軸向變形壓應力監(jiān)測裝置，在保持各自相對性能不變的條件下，以串聯(lián)形式連接在一起，組成一個完整的鉆孔三維壓力監(jiān)測裝置。其結(jié)構(gòu)是鉆孔側(cè)向壓應力監(jiān)測裝置的油管穿過鉆孔軸向變形壓應力監(jiān)測裝置的壓力枕中兩端的通孔，并加以密封，然后用金屬條將油缸和壓力枕焊接在一條軸線上。該裝置既能監(jiān)測到垂直鉆孔軸向方向的壓力，又能監(jiān)測到平行于鉆孔軸向方向的壓應力。
4、使用說明①本實用新型較適用于有沖擊地壓發(fā)生危險的和有煤與瓦斯突出危險的礦井或礦區(qū)內(nèi)；②由于提出的壓力監(jiān)測裝置在鉆孔內(nèi)感覺來自鉆孔孔底軸向方向上的壓力，因此在壓力監(jiān)測裝置送入孔底后，要使用速凝水泥或普通水泥將監(jiān)測裝置封堵固定在孔底，并達到一定強度，此外，由于引起鉆孔變形壓力較鉆孔軸向壓力來的快和大，因此，監(jiān)測裝置會在軸向壓力顯現(xiàn)之前被擠壓固定，不會引起監(jiān)測裝置延軸向移動而影響測量效果或測量方法的實現(xiàn)。
由于采用了上述技術(shù)方案，才得以補充和完善了礦井鉆孔壓力參數(shù)監(jiān)測技術(shù)的完整性和可靠性，解決了壓力參數(shù)監(jiān)測的方向性模糊及方向單一的問題，提出的鉆孔沖擊地壓監(jiān)測儀，能夠明確的測出四個方向的壓力(按力的對應關(guān)系原理，順鉆孔方向分上下對應壓力和鉆孔軸向?qū)獕毫?。由于采用了留針式雙針壓力表，使除能測讀到人工讀數(shù)時的當時壓力值外，還可測讀到某時刻出現(xiàn)的壓力峰值。由人工定時測讀記錄當時的壓力表指示值及壓力峰值，就可測算出單位時間內(nèi)波動壓力值及發(fā)生的頻率，這在對監(jiān)測結(jié)果的利用和利用價值，以及監(jiān)測結(jié)果的補充、完善等都是一個進步。監(jiān)測儀原理可行、結(jié)構(gòu)簡單實用、性能價格比高。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型鉆孔軸向壓力監(jiān)測儀剖面圖圖2是本實用新型鉆孔側(cè)向壓力監(jiān)測儀原理圖；圖3是本實用新型組合在一起使用的串聯(lián)式鉆孔三維壓力監(jiān)測儀剖面圖；圖中1-活塞；2-“O”型圈；3-油缸4-耐壓油；5-過渡接頭；6-油管(銅管或金屬管)；7-壓力表/壓力傳感器；8-壓力枕；9-注油閥；10-鐵條。
1、在圖1中，把“O”型圈(2)、油缸(3)、過渡接頭(5)、空心油管(6)按圖示從左到右順序裝配起來。然后將油缸(3)、空心油管(6)內(nèi)注充滿耐壓油(4)，再將活塞(1)推入油缸內(nèi)適當位置，并使耐壓油(4)從油管(6)的一端溢出并排除油管(4)內(nèi)的空氣后將壓力表或壓力傳感器(7)按入油管(6)上。在此實施例中壓力F作用在活塞(1)上，并推動活塞(1)在油缸(3)中運動，壓力F產(chǎn)生的壓強值P通過液壓系統(tǒng)中的傳媒介質(zhì)耐壓油作用在壓力表或壓力傳感器(7)上，構(gòu)成了一個液壓測量系統(tǒng)的力的傳遞與監(jiān)測過程。
2、在圖2中，用金屬板材料加工制做圓柱狀空心壓力枕殼體(8)，在壓力枕(8)的一端焊接上與空心壓力枕殼體(8)相通的注液閥(9)和過渡接頭(5)，過渡接頭(5)的一端連接油液管(6)，通過注液閥(9)向壓力枕(8)內(nèi)注入油液介質(zhì)(如乳化液、耐壓油等介質(zhì))，注意使注入耐壓油通過油管(6)溢出排除油管(6)中的空氣后接入壓力表或傳感器(7)，注意根據(jù)需要也可將壓力傳感器(7)直接接入過渡接頭(5)上，壓力信號通過電纜傳出。壓力枕(8)要有一定的剛度要求，必要時加工兩片同規(guī)格圓弧狀殼體將壓力枕(8)裹起來，以增強受圍巖擠壓時的剛度。壓力枕(8)、油液管(6)和壓力測讀裝置(7)構(gòu)成了一個完整的平行于鉆孔橫截面方向的壓應力監(jiān)測的液壓測壓系統(tǒng)。
3、在完成圖1、圖2的實施之后，在圖2中從壓力枕(8)的兩端開一個同心孔，將圖1中的油管(6)從圖2中壓力枕(8)的一端串入從另一端串出，然后通過焊接方式將壓力枕(8)與油管(6)焊接密封一體，為了加強油缸(3)和壓力枕(8)串聯(lián)于一體的整體性，用三條厚約1.0mm長約200mm寬約15mm的金屬條(10)按圖3所示，在延圓周方向均等位置上，將鐵條(10)的兩端分別焊接在油缸(3)和壓力枕(8)的殼體上。
權(quán)利要求1.一種巖體三維壓力監(jiān)測儀，其特征是，它包括裝有活塞的油缸和壓力枕，兩者在軸線上連接成一體；油缸底部連接有油管，油管穿過壓力枕兩端的通孔并加以密封。充滿壓力油后連接上壓力監(jiān)測裝置；壓力枕端部有注液閥和油管，通過注液閥注滿壓力油后連接上壓力監(jiān)測裝置。
專利摘要一種巖體三維壓力監(jiān)測儀,其特征是,它包括裝有活塞的油缸和壓力枕,兩者在軸線上連接成一體;油缸底部連接有油管,油管穿過壓力枕兩端的通孔并加以密封。充滿壓力油后連接上壓力監(jiān)測裝置;壓力枕端部有注液閥和油管,通過注液閥注滿壓力油后連接上壓力監(jiān)測裝置。它不僅監(jiān)測巖體鉆孔的側(cè)向變形壓力,而且同時監(jiān)測鉆孔軸向變形壓力和沖擊壓力。
文檔編號G01B5/30GK2432546SQ0021570
公開日2001年5月30日 申請日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者鄒德蘊, 吳士良, 郭忠平 申請人:山東科技大學資源與環(huán)境工程學院