本发明专利技术公开了一种原位多点煤岩体三向应力监测系统及监测方法，该系统包括应力感应装置、超高水材料充填包和应变仪，应力感应装置包括若干节应力计和旋转连接装置，应力计包括空心外管、光纤线路管、传输光纤和光栅应力传感芯体，应力计通过旋转连接装置首尾连接，并通过固定凸块、凹槽实现卡合，超高水材料充填包附着光栅应力传感芯体处；待超高水材料充填包完全凝固后，开始监测，煤岩体发生应变后与超高水材料充填包发生接触，光栅应力传感芯体通过超高水材料充填包感应到应力值，并将数据通过传输光纤传输至应变仪。在本发明专利技术可以实现三向应力监测，测量精度高，且可以实现一孔多点式测量，测量效率高，简捷方便。
【技术实现步骤摘要】
一种原位多点煤岩体三向应力监测系统及监测方法
本专利技术涉及煤岩体应力测试
，具体涉及一种原位多点煤岩体三向应力监测系统及监测方法。
技术介绍
煤矿井下采掘活动造成原岩应力场改变而发生应力重新分布，在工作面推进过程中，煤岩巷道局部发生应力集中出现应力峰值，其大小超过原岩应力甚至达到原岩应力几倍，过高的应力值可能会导致巷道变形、煤壁片帮，甚至发生冲击地压等动力灾害。随着近年来煤矿逐步向深层开采，高地压成为煤矿安全生产的重要制约因素，如何准确有效的监测应力分布变化对矿井安全高效生产具有重要意义。目前煤矿中常用的应力监测方法是在回采巷道两帮打钻孔，布置钻孔应力计采集煤岩体应力数据。这种方法存在以下不足：(1)监测过程中应力计与钻孔壁接触效果差，并且钻孔的封堵受到煤岩结构的影响，导致测得的应力值不准确；(2)常规应力监测计只能对一个点进行监测，无法同时完成多点的监测，进行多点应力监测，还存在钻孔工程量大，注浆作业繁琐等问题；(3)常用矿井应力监测所得到的应力值一般都是单向应力，无法同时测得三向应力值；(4)现有的多点应力监测方法装备繁琐，需要外部设备对应力计持续供压，可能会出现压力不稳定的情况，而且较大的设备也不容易携带，不适合煤矿井下应力原位监测。综上所述，现有的应力监测方法大部分无法实现一孔多点式测量，且存在测量精准度差、无法监测三向应力、工程量大、过程繁琐等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，可以对煤岩体多个位置进行三个方向的应力检测。本专利技术的另一目的是提供一种基于上述原位多点煤岩体三向应力监测系统的监测方法，测试过程简单。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，包括应力感应装置、超高水材料充填包和应变仪，所述应力感应装置固定在煤岩体钻孔中，所述应力感应装置包括若干节应力计和旋转连接装置，所述应力计包括空心外管、光纤线路管、传输光纤和光栅应力传感芯体，所述光纤线路管位于所述空心外管的内部，所述空心外管与光纤线路管的两端端部分别通过铝合金盖片焊接连接，所述光栅应力传感芯体至少设置有三块，且以空心外管轴线中点为圆心，均匀间隔设置在每根空心外管的外壁上，所述超高水材料充填包附着在每一节应力计的光栅应力传感芯体处，所述旋转连接装置设置在所述空心外管的端部边缘处，若干个所述空心外管通过旋转连接装置首尾连接，空心外管的旋转角度范围为0～180°，所述空心外管一端的铝合金盖片上设置有凹槽，所述空心外管另一端的铝合金盖片上设置有与凹槽相匹配的固定凸块，相连的两个所述空心外管通过凹槽和固定凸块实现卡合，所述传输光纤分别连接在所述光栅应力传感芯体上，并通入所述光纤线路管的内部，每一节应力计中的传输光纤两两相互首尾连接后连通至所述应变仪。优选的，所述空心外管的材质为铝合金，空心外管1的外径为30～40mm。优选的，所述光纤线路管的材质为铝合金，光纤线路管的外径为10～15mm。本专利技术还提供基于上述原位多点煤岩体三向应力监测系统的监测方法，包括以下步骤：1)在所需要监测应力位置处向煤岩壁施工钻孔，所述钻孔直径大于空心外管的外径，以便放入应力计和超高水材料充填包；2)取出应力计，旋转第一节应力计的旋转连接装置从0°旋转至180°，使第一节应力计固定凸块嵌入第二节应力计的凹槽中固定，之后按照打开第一节应力计的操作方法依次打开之后的应力计；3)配制超高水材料，分别将超高水材料所需的A料与B料进行配比，配比比例根据所测煤岩体的强度、所需凝固的时间来确定；将配制完成的材料装入到充填袋，把每个还未完全凝固的充填包附着在每一节应力计的光栅应力传感芯体处，然后将超高水材料充填包随应力计一同送入钻孔，等所有应力计和超高水材料充填包放置完毕后，用封孔盖板封住钻孔；4)待超高水材料充填包完全凝固后，连接传输光纤与应变仪，开始监测，煤岩体发生应变后与超高水材料充填包发生接触，光栅应力传感芯体通过超高水材料充填包感应到应力值，将每个光栅应力传感芯体测得数据通过传输光纤传输至应变仪，应变仪每分钟保存一次数据。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术采用光栅应力传感芯体，可以实现三向应力监测，光栅测量相较于传统的应力片测量，其测量精度更加准确；每根应力计配置多个光栅应力传感芯体，以便得到多组数据进行对比，提高测量结果精确度。2.通过在每根应力计放置旋转连接装置，可以将多根应力计组合在一起，使用时打开应力计，可以实现一孔多点式测量，相较于传统的一孔单点式测量，本专利技术大大减小了工作量；该应力计具有折叠功能，携带方便，适合现场工作条件。3.本专利技术采用超高水材料技术，用超高水材料充填包充填代替注浆作业，使用时将配比好的超高水材料装入充填包直接送入应力监测孔内，等待充填包凝固后进行测量，相较于传统的注浆作业，该方法更加简捷方便。附图说明图1是本专利技术原位多点煤岩体三向应力监测系统示意图。图2是沿图1中A—A线的剖视图。图3是两根应力计连接旋转示意图。图4是应力计整体结构示意图。图5是旋转连接装置的结构示意图：(A)旋转状态；(B)卡合状态。图中，1—空心外管，2—超高水材料充填包，3—光纤线路管，4—传输光纤，5—光栅应力传感芯体，6—应变仪，7—旋转连接装置，8—固定凸块，9—封孔盖板，10—铝合金盖片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，包括应力感应装置、超高水材料充填包2和应变仪6，所述应力感应装置固定在煤岩体钻孔中，所述应力感应装置包括若干节应力计和旋转连接装置7，所述应力计包括空心外管1、光纤线路管3、传输光纤4和光栅应力传感芯体5。所述空心外管的材质为铝合金，为了方便定位测量，每根铝合金空心外管1长度设置为1m，铝合金空心外管1的外径设置为30～40mm，所述光纤线路管3的材质也为铝合金，每根铝合金光纤线路管3长度也设置为1m，光纤线路管3的外径设置为10～15mm，铝合金材质硬度好，适合井下应力测试，且密度小，同等体积质量小，易于携带，并且金属表面光滑，易于在测量结束后抽拔。所述光纤线路管3位于所述空心外管1的内部，所述空心外管1与光纤线路管3的两端端部分别通过铝合金盖片10焊接连接。所述光栅应力传感芯体5设置有三块，且以空心外管1轴线中点为圆心，均匀间隔设置在每根空心外管1的外壁上，即三块光栅应力传感芯体5与圆心连线两两夹角为120°，设置三块芯体的目的是为了更好的进行数据对比，以提高监测结果的精确度。所述超高水材料充填包2附着在每一节应力计的光栅应力传感芯体5处，煤岩体的应力通过超高水材料充填包2作用在光栅应力传感芯体5上，进一步提高测量精度。超高水材料凝结时间易于控制，强度可调至接近煤岩体强度，用超高水材料充填包代替传统注浆办法，将超高水材料充填包2附着于应力计上，随应力计一同送入钻孔，操作更加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，其特征在于，包括应力感应装置、超高水材料充填包(2)和应变仪(6)，所述应力感应装置固定在煤岩体钻孔中，所述应力感应装置包括若干节应力计和旋转连接装置(7)，所述应力计包括空心外管(1)、光纤线路管(3)、传输光纤(4)和光栅应力传感芯体(5)，所述光纤线路管(3)位于所述空心外管(1)的内部，所述空心外管(1)与光纤线路管(3)的两端端部分别通过铝合金盖片(10)焊接连接，所述光栅应力传感芯体(5)至少设置有三块，且以空心外管(1)轴线中点为圆心，均匀间隔设置在每根空心外管(1)的外壁上，所述超高水材料充填包(2)附着在每一节应力计的光栅应力传感芯体(5)处，所述旋转连接装置(7)设置在所述空心外管(1)的端部边缘处，若干个所述空心外管(1)通过旋转连接装置(7)首尾连接，空心外管(1)的旋转角度范围为0～180°，所述空心外管(1)一端的铝合金盖片(10)上设置有凹槽，所述空心外管(1)另一端的铝合金盖片(10)上设置有与凹槽相匹配的固定凸块(8)，相连的两个所述空心外管(1)通过凹槽和固定凸块(8)实现卡合，所述传输光纤(4)分别连接在所述光栅应力传感芯体(5)上，并通入所述光纤线路管(3)的内部，每一节应力计中的传输光纤(4)两两相互首尾连接后与所述应变仪相连(6)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，其特征在于，包括应力感应装置、超高水材料充填包(2)和应变仪(6)，所述应力感应装置固定在煤岩体钻孔中，所述应力感应装置包括若干节应力计和旋转连接装置(7)，所述应力计包括空心外管(1)、光纤线路管(3)、传输光纤(4)和光栅应力传感芯体(5)，所述光纤线路管(3)位于所述空心外管(1)的内部，所述空心外管(1)与光纤线路管(3)的两端端部分别通过铝合金盖片(10)焊接连接，所述光栅应力传感芯体(5)至少设置有三块，且以空心外管(1)轴线中点为圆心，均匀间隔设置在每根空心外管(1)的外壁上，所述超高水材料充填包(2)附着在每一节应力计的光栅应力传感芯体(5)处，所述旋转连接装置(7)设置在所述空心外管(1)的端部边缘处，若干个所述空心外管(1)通过旋转连接装置(7)首尾连接，空心外管(1)的旋转角度范围为0～180°，所述空心外管(1)一端的铝合金盖片(10)上设置有凹槽，所述空心外管(1)另一端的铝合金盖片(10)上设置有与凹槽相匹配的固定凸块(8)，相连的两个所述空心外管(1)通过凹槽和固定凸块(8)实现卡合，所述传输光纤(4)分别连接在所述光栅应力传感芯体(5)上，并通入所述光纤线路管(3)的内部，每一节应力计中的传输光纤(4)两两相互首尾连接后与所述应变仪相连(6)。
2.根据权利要求1所述的一种原位多点煤岩体三向应力监测系统，其特征在于，所述空心外管(1)的材质为铝合金，空心外管(1)的外径为30...
【专利技术属性】
技术研发人员：王方田，高翔，班建光，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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