一种采动围岩体应力和地震波监测设备及方法技术

本申请涉及一种采动围岩体应力和地震波监测设备及方法，其中，监测设备包括外壳、内壳和承载块，外壳具有第一腔室和第一壳底，外壳的侧壁上设有与第一腔室连通的出液孔；内壳具有第二腔室和第二壳底；内壳同轴设于第一腔室内；承载块设于内壳内，承载块上设有光纤光栅、陀螺仪和检波器；其中，第二壳底的外表面与第一壳底的内表面之间具有储液空间，储液空间用于储存液态环氧树脂；内壳能够在第一腔室内向第一壳底的方向移动，以压缩储液空间并使储液空间内的液态环氧树脂从出液孔流出，以将外壳与钻孔孔壁粘结固定。本申请结构简单，操作方便，减少了环氧树脂的使用量，还能够实现监测部件的回收再利用，降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种采动围岩体应力和地震波监测设备及方法


[0001]本申请属于煤岩体应力监测和煤矿安全开采
，具体而言涉及一种采动围岩体应力和地震波监测设备及方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采强度和深度的逐渐增加，深部煤岩体处于高地应力、高温、高水压、高瓦斯等复杂恶劣的工程地质条件中，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害及复合动力灾害事故频发。因此，需要在采动条件下实时监测煤岩体受力大小及受力状态。
[0003]应力计法和压力盒法是井下应力监测常用的方法，通过钻孔应力计或者压力盒进行应力状态监测工作，但是这类方法仅能用于监测煤岩体双向受力情况，无法全面地反映出实际围岩体受力状态。
[0004]现有技术中有一种采动岩体三维应力监测设备，通过在多个面上设置交叉的光纤，相邻两条光纤光栅的夹角为45
°
，能够监测三维空间内三个方向的主应力。这种监测设备在装入监测钻孔时，使用铝合金杆将监测设备推至监测钻孔的孔底，待监测设备一切正常后，使用环氧树脂镶嵌技术将设备与孔底岩体粘结，具体利用高压泵将液态环氧树脂由监测孔的孔口注入监测钻孔，液态环氧树脂由监测孔孔口向孔底方向流动并逐渐充满监测钻孔以及监测钻孔孔壁与监测设备之间的空隙，待环氧树脂凝固后，监测设备与监测钻孔的内壁粘结固定。但这种注入环氧树脂的方式，不仅需要额外设置高压泵，增加设备成本外，还需要将环氧树脂充填整个钻孔，导致环氧树脂的消耗量大，尤其在遇到钻孔孔壁裂隙发育时，消耗量会非常大，进一步增加了成本；另外，环氧树脂由监测钻孔孔口向孔底注入过程中，高压会破坏钻孔孔壁，使得监测孔进一步破坏，尤其遇到松散岩性地层时，监测钻孔孔壁大量岩屑混入环氧树脂中，会影响监测设备与监测钻孔孔壁的粘结效果。此外，由于整个监测钻孔由环氧树脂封住，使得这种监测设备为一次性设备，无法在安装操作失误或监测工作完成后回收再利用，造成资源浪费，增加了成本。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种采动围岩体应力和地震波监测设备及方法，用以解决现有技术中存在的上述问题中的一者或多者。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]一方面，提供一种采动围岩体应力和地震波监测设备，包括：
[0008]外壳，外壳具有一端敞口、另一端封闭的第一腔室；外壳具有第一壳底，外壳的侧壁上设有与第一腔室连通的出液孔；
[0009]内壳，内壳具有一端敞口、另一端封闭的第二腔室；内壳具有第二壳底；内壳同轴设于第一腔室内；
[0010]承载块，承载块设于内壳内，承载块上设有光纤光栅、陀螺仪和检波器；
[0011]其中，第二壳底的外表面与第一壳底的内表面之间具有储液空间，储液空间用于
储存液态环氧树脂；内壳与外壳之间设有锁紧件，锁紧件具有锁紧状态和解除锁紧状态；
[0012]在锁紧状态下，内壳与外壳之间相对固定，储液空间的大小保持不变；
[0013]在解除锁紧状态下，内壳能够在第一腔室内向第一壳底的方向移动，以压缩储液空间并使储液空间内的液态环氧树脂从出液孔流出。
[0014]进一步地，外壳、内壳和承载块均由相似材料制成，由相似材料制成的外壳、内壳和承载块与待监测位置处围岩的力学性质相同或近似。
[0015]进一步地，外壳的内壁面和外壁面、内壳的外壁面均为圆柱面，圆柱面经抛光处理；外壳的内壁面的直径等于内壳的外壁面的直径。
[0016]进一步地，锁紧件包括弹簧锁舌，弹簧锁舌设于内壳的外壁上，外壳的内壁设有与弹簧锁舌相适配的卡槽；在锁紧状态下，弹簧锁舌与卡槽卡接，能够限制内壳与外壳之间的相对运动；在解除锁紧状态下，弹簧锁舌与卡槽分离，并且通过将内壳在第一腔室内转动至指定角度，使弹簧锁舌与卡槽错开。
[0017]进一步地，出液孔的数量为多个，分散布置在外壳的第一壳底与卡槽之间的侧壁上，且靠近第一壳底布置。
[0018]进一步地，承载块为长方体结构，承载块的一个棱角处的三个面上，分别布置三条光纤光栅；每个面上的相邻两条光纤光栅的夹角为45
°
；陀螺仪和检波器固定连接在承载块朝向钻孔孔口的一个面上。
[0019]进一步地，还包括安装杆，安装杆的第一端与内壳连接，安装杆的第二端位于钻孔的孔口外，以供操作者握持。
[0020]进一步地，内壳的敞口端的端面上设有接口，安装杆的第一端与接口连接。
[0021]进一步地，还包括孔口屏显设备；承载块可拆卸的设于内壳内，光纤光栅、陀螺仪和检波器通过线缆与孔口屏显设备连接，线缆位于钻孔内的部分与安装杆并列设置，且线缆位于钻孔外的部分呈松弛状态，供操作者拉拽。
[0022]进一步地，承载块上设有开关组件，开关组件具有关闭状态和打开状态；开关组件在承载块装入内壳后呈关闭状态，关闭状态的开关组件能够将承载块与内壳锁紧固定；操作者通过拉拽线缆能够使开关组件由关闭状态变为打开状态，在打开状态下，继续拉动线缆使承载块与内壳分离，从而将承载块连同光纤光栅、陀螺仪和检波器一起从钻孔中取出。
[0023]进一步地，开关组件包括斜槽孔、伸缩杆和弹簧；其中，斜槽孔设于承载块的侧壁上，斜槽孔的中心线倾斜向上布置，斜槽孔的孔底还设有穿线孔；伸缩杆通过弹簧活动安装于斜槽孔内，弹簧的一端抵接斜槽孔的孔底，另一端抵接伸缩杆的第一端，伸缩杆的第一端还连接有开关线，开关线由斜槽孔的孔底穿线孔穿出，并合入线缆；内壳的内壁面上设置斜卡槽，伸缩杆的第二端可分离的卡入斜卡槽内；开关组件在关闭状态下，弹簧为压缩状态，伸缩杆的第二端伸出斜槽孔的孔口并卡入斜卡槽；当向钻孔外部方向拉拽线缆，带动开关线使伸缩杆的第二端收缩至斜槽孔的内部，此时的开关组件为打开状态，承载块与内壳解除锁定。
[0024]另一方面，提供一种采动围岩体应力和地震波监测方法，使用上述的采动围岩体应力和地震波监测设备，方法包括如下步骤：
[0025]步骤一：利用相似材料制备外壳、内壳和承载块；
[0026]步骤二：先将光纤光栅、陀螺仪和检波器安装在承载块上，并进行线路连接；再将
承载块装入内壳的第二腔室内；随后，将装有承载块的内壳装入外壳的第一腔室内并固定；通过出液孔向外壳与内壳之间的储液空间内加入液态环氧树脂；连接安装杆与内壳，完成监测设备的组装；
[0027]步骤三：利用安装杆将组装后的监测设备推至钻孔的孔底；通过操作安装杆使锁紧件由锁紧状态变为解除锁紧状态，继续向钻孔孔底方向推动安装杆，使内壳在第一腔室内向第一壳底的方向移动，挤压储液空间并使储液空间内的液态环氧树脂从出液孔流出，经过预定时间后发生固化，将外壳与钻孔的孔壁粘结固定；
[0028]步骤四：启动监测设备，开始监测。
[0029]进一步地，监测方法还包括：
[0030]步骤五：完成监测后，拉拽线缆使开关组件由关闭状态变为打开状态，继续拉动线缆使承载块与内壳分离，直至将承载块连同光纤光栅、陀螺仪和检波器一起从钻孔中取出。
[0031]与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，包括：外壳，所述外壳具有一端敞口、另一端封闭的第一腔室；所述外壳具有第一壳底，所述外壳的侧壁上设有与所述第一腔室连通的出液孔；内壳，所述内壳具有一端敞口、另一端封闭的第二腔室；所述内壳具有第二壳底；所述内壳同轴设于所述第一腔室内；承载块，所述承载块设于所述内壳内，所述承载块上设有光纤光栅、陀螺仪和检波器；其中，所述第二壳底的外表面与所述第一壳底的内表面之间具有储液空间，所述储液空间用于储存液态环氧树脂；所述内壳与所述外壳之间设有锁紧件，所述锁紧件具有锁紧状态和解除锁紧状态；在锁紧状态下，所述内壳与所述外壳之间相对固定，所述储液空间的大小保持不变；在解除锁紧状态下，所述内壳能够在所述第一腔室内向所述第一壳底的方向移动，以压缩所述储液空间并使所述储液空间内的液态环氧树脂从所述出液孔流出。2.根据权利要求1所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，所述外壳、内壳和承载块均由相似材料制成，由相似材料制成的所述外壳、内壳和承载块与待监测位置处围岩的力学性质相同或近似。3.根据权利要求1所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，所述外壳的内壁面和外壁面、所述内壳的外壁面均为圆柱面，所述圆柱面经抛光处理；所述外壳的内壁面的直径等于所述内壳的外壁面的直径。4.根据权利要求3所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，所述锁紧件包括弹簧锁舌，所述弹簧锁舌设于所述内壳的外壁上，所述外壳的内壁设有与所述弹簧锁舌相适配的卡槽；在锁紧状态下，所述弹簧锁舌与所述卡槽卡接，能够限制所述内壳与所述外壳之间的相对运动；在解除锁紧状态下，所述弹簧锁舌与所述卡槽分离，并且通过将所述内壳在所述第一腔室内转动至指定角度，使所述弹簧锁舌与所述卡槽错开。5.根据权利要求4所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，所述出液孔的数量为多个，分散布置在所述外壳的第一壳底与卡槽之间的侧壁上，且靠近所述第一壳底布置。6.根据权利要求1所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，所述承载块为长方体结构，所述承载块的一个棱角处的三个面上，分别布置三条光纤光栅；每个面上的相邻两条光纤光栅的夹角为45
°
；所述陀螺仪和检波器固定连接在所述承载块朝向钻孔孔口的一个面上。7.根据权利要求4所述的采动围岩体应力和地震波监测设备，其特征在于，还包括安装杆，所述安装杆的第一端与所述内壳连接，所述安装杆的第二端位于钻孔的孔口外，以供操作者握持。8.根据权利要求7所述的采...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔伟，程香港，贺虎，刘梦楠，毕青泉，刘士卫，崔玉江，冯海龙，张海波，
申请(专利权)人：陕西正通煤业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：