一种防过顶二级增程式三分量应力计及使用方法技术

一种防过顶二级增程式三分量应力计及使用方法，导向安装杆固定连接在应力计主体的左端；Z向顶升机构中，一级Z向柱塞滑动地装配于Z向油缸中，并通过Z向油缸端盖进行限位；二级Z向柱塞滑动地装配于一级Z向柱塞的内腔中，并通过Z向内限位环与Z向二级导向环进行限位；Z方向弹片固定连接在二级Z向柱塞的上端；X向顶升机构与Z向顶升机构的结构相同；Y向顶升机构中，Y方向柱塞滑动地装配于Y向油缸中，并通过Y向油缸端盖进行Y向限位；Y方向弹片固定连接在Y方向柱塞的右端；方法：钻孔；安装；注油加压使Z/X方向二级柱塞完全伸出，使Y方向柱塞完全伸出；限位保压。该应力及方法可实现限位保压功能，有利于提高煤岩应力的监测精度。有利于提高煤岩应力的监测精度。有利于提高煤岩应力的监测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种防过顶二级增程式三分量应力计及使用方法


[0001]本专利技术属于应力检测设备
，具体涉及一种防过顶二级增程式三分量应力计及使用方法。

技术介绍

[0002]煤岩应力监测常采用三分量应力计，传统三分量应力计由应力计主体和XYZ三个方向的油缸、柱塞及固定在三个方向的柱塞弹片组成。安装三分量应力计的煤岩钻孔深度通常在10米左右，三分量应力计在煤岩钻孔内安装到位后，使用液压油泵对某一方向三通阀加压端注油，液压油通过连接三通阀进油端的高压油管进入到相应方向油缸内，三通阀监测端连接压力表。被加压油缸的柱塞弹片被液压油顶起并与煤岩孔壁接触耦合，耦合完成后锁紧三通阀撤走液压油泵，另外两方向的加压过程类似，此时各方向油缸内有一定的初始油压。当煤岩内应力发生变化时，煤岩孔壁产生形变，致使煤岩孔壁对各方向柱塞弹片产生不同程度的挤压，从而使各方向油缸内的油压发生变化，油压的变化通过压力表反映。通过三个方向的压力表数值构建出附近区域带有方向的煤岩应力场，从而实现对煤岩应力的感知预警。
[0003]然而，不同地区的煤岩硬度不同，使得用于安装三分量应力计的煤岩孔的成孔效果不同，另外不同钻孔操作人员的操作手法及不同钻孔工具也对成孔效果有较大影响。若安装孔较小，则应力计难以塞进孔底，使得垂直于煤岩壁方向(Y方向)的监测功能失效。若安装孔较大，则XZ两个方向无法触及孔壁，此时XZ方向的监测功能失效。由于XZ方向柱塞弹片不能为应力计轴向提供反作用力，Y方向的监测功能也会失效。另外，孔壁过大时液压油无法加压至预定初始压力，由于无法观测到孔内应力计状态安装人员会持续打压致使柱塞从油缸内脱落，造成应力计永久性失效。另外，即便成孔效果理想，若煤岩质地松散也极易造成应力计安装失败。由上述分析可知，造成传统三分量应力计安装效果不佳的直接原因主要是外界不可控因素，但根本原因是自身的柱塞行程较短，行程超限后柱塞容易从油缸内脱落无法保压。为克服传统三分量应力计缺陷，特提出防过顶二级增程式三分量应力计。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种防过顶二级增程式三分量应力计及使用方法，该应力计结构合理，其钻孔适应能力强，其径向膨胀能力好，抗剪强度优异，同时，其可实现限位保压功能，有利于提高煤岩应力的监测精度。该方法实施步骤简单，可显著地提高煤岩应力的监测精度，同时，能实现X、Y和Z三个方向上的限位保压功能，可确保煤岩应力监测的准确性和可靠性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种防过顶二级增程式三分量应力计，包括应力计主体、Z向顶升机构、X向顶升机构和Y向顶升机构；
[0006]所述应力计主体为实心圆柱杆体；
[0007]所述应力计主体杆身前段靠上的部分开设有Z向缺口，并于Z向缺口的底部形成垂
直于Z向的Z向平台，其杆身中段靠前的部分开设有X向缺口，并于X向缺口的后部形成垂直于X向的X向平台；
[0008]所述Z向顶升机构由两个Z向升降单元、Z方向弹片、两个Z向螺栓和Z向注油孔组成；两个Z向升降单元左右并排地设置在应力计主体杆身的前段；所述Z向升降单元由Z向油缸、一级Z向柱塞、一级Z向柱塞密封圈、二级Z向柱塞、二级Z向柱塞密封圈和Z向油缸端盖组成，
[0009]所述Z向油缸为沿Z向地开设在Z向平台上的圆柱形容纳凹槽，其上端内侧设置有Z向油缸内螺纹；
[0010]所述一级Z向柱塞为圆筒状结构，其上端内侧同轴地固定连接有Z向内限位环，其下端外侧同轴地固定连接有Z向一级导向环，所述Z向一级导向环的外径与Z向油缸的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述一级Z向柱塞密封圈；一级Z向柱塞沿Z向可滑动地装配于Z向油缸中，且其通过一级Z向柱塞密封圈与Z向油缸的内侧壁滑动密封配合；
[0011]所述二级Z向柱塞为柱状结构，其上端中心开设有Z向安装螺纹孔，其外径与Z向内限位环的内径相适配，其下端外侧固定连接有Z向二级导向环，Z向二级导向环的外径与一级Z向柱塞的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述二级Z向柱塞密封圈；二级Z向柱塞沿Z向可滑动地装配于一级Z向柱塞的内腔中，且其通过二级Z向柱塞密封圈与一级Z向柱塞的内侧壁之间滑动密封配合，同时，其下端的Z向二级导向环与Z向内限位环之间限位配合；
[0012]所述Z向油缸端盖为环状结构，其内径与一级Z向柱塞的外径相适配，其下部外侧设置有Z向端盖外螺纹；Z向油缸端盖Z向可滑动地套设在一级Z向柱塞的外部，并通过Z向端盖外螺纹与Z向油缸内螺纹之间的螺纹配合固定连接在Z向油缸的上端，且通过与Z向一级导向环之间的限位配合来对一级Z向柱塞的Z向伸出行程进行限位；
[0013]所述Z方向弹片的形状和尺寸与Z向缺口的形状和尺寸相适配，其对应地设置在Z向平台的上方；Z方向弹片上在对应两个二级Z向柱塞上Z向安装螺纹孔的部分开设有两个Z向定位孔；
[0014]两个Z向螺栓分别由两个Z向定位孔中穿过，并通过螺纹配合固定连接于两个二级Z向柱塞上的Z向安装螺纹孔中；两个Z向螺栓将Z方向弹片固定连接在两个二级Z向柱塞的上端；
[0015]所述Z向注油孔开设在应力计主体的左端，其右端通过开设在应力计主体内部的两个连通油道一分别与两个Z向油缸内腔的底部中心连通；
[0016]所述X向顶升机构由两个X向升降单元、X方向弹片、两个X向螺栓和X向注油孔组成；两个X向升降单元左右并排地设置在应力计主体杆身的中段；所述X向升降单元由X向油缸、一级X向柱塞、一级X向柱塞密封圈、二级X向柱塞、二级X向柱塞密封圈和X向油缸端盖组成，
[0017]所述X向油缸为沿X向地开设在X向平台上的圆柱形容纳凹槽，其前端内侧设置有X向油缸内螺纹；
[0018]所述一级X向柱塞为圆筒状结构，其前端内侧同轴地固定连接有X向内限位环，其后端外侧同轴地固定连接有X向一级导向环，所述X向一级导向环的外径与X向油缸的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述一级X向柱塞密封圈；一级X向柱塞沿X向可滑动地
装配于X向油缸中，且其通过一级X向柱塞密封圈与X向油缸的内侧壁滑动密封配合；
[0019]所述二级X向柱塞为柱状结构，其前端中心开设有X向安装螺纹孔，其外径与X向内限位环的内径相适配，其后端外侧固定连接有X向二级导向环，X向二级导向环的外径与一级X向柱塞的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述二级X向柱塞密封圈；二级X向柱塞沿X向可滑动地装配于一级X向柱塞的内腔中，且其通过二级X向柱塞密封圈与一级X向柱塞的内侧壁之间滑动密封配合，同时，其后端的X向二级导向环与X向内限位环之间限位配合；
[0020]所述X向油缸端盖为环状结构，其内径与一级X向柱塞的外径相适配，其后部外侧开设有X向端盖外螺纹；X向油缸端盖X向可滑动地套设在一级X向柱塞的外部，并通过X向端盖外螺纹与X向油缸内螺纹之间的螺纹配合固定连接在X向油缸的前端，且通过与X向一级导向环之间的限位配合来对一级X向柱塞的X向伸出行程进行限位；
[0021]所述X方向弹片的形状和尺寸与X向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防过顶二级增程式三分量应力计，包括应力计主体(11)，所述应力计主体(11)为实心圆柱杆体；其特征在于，还包括Z向顶升机构(33)、X向顶升机构(34)和Y向顶升机构(35)；所述应力计主体(11)杆身前段靠上的部分开设有Z向缺口(41)，并于Z向缺口(41)的底部形成垂直于Z向的Z向平台(36)，其杆身中段靠前的部分开设有X向缺口(42)，并于X向缺口(42)的后部形成垂直于X向的X向平台(37)；所述Z向顶升机构(33)由两个Z向升降单元、Z方向弹片(15)、两个Z向螺栓(16)和Z向注油孔(4)组成；两个Z向升降单元左右并排地设置在应力计主体(11)杆身的前段；所述Z向升降单元由Z向油缸(5)、一级Z向柱塞(19)、一级Z向柱塞密封圈(13)、二级Z向柱塞(21)、二级Z向柱塞密封圈(12)和Z向油缸端盖(14)组成，所述Z向油缸(5)为沿Z向地开设在Z向平台(36)上的圆柱形容纳凹槽，其上端内侧设置有Z向油缸内螺纹(22)；所述一级Z向柱塞(19)为圆筒状结构，其上端内侧同轴地固定连接有Z向内限位环(38)，其下端外侧同轴地固定连接有Z向一级导向环(39)，所述Z向一级导向环(39)的外径与Z向油缸(5)的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述一级Z向柱塞密封圈(13)；一级Z向柱塞(19)沿Z向可滑动地装配于Z向油缸(5)中，且其通过一级Z向柱塞密封圈(13)与Z向油缸(5)的内侧壁滑动密封配合；所述二级Z向柱塞(21)为柱状结构，其上端中心开设有Z向安装螺纹孔(20)，其外径与Z向内限位环(38)的内径相适配，其下端外侧固定连接有Z向二级导向环(40)，Z向二级导向环(40)的外径与一级Z向柱塞(19)的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述二级Z向柱塞密封圈(12)；二级Z向柱塞(21)沿Z向可滑动地装配于一级Z向柱塞(19)的内腔中，且其通过二级Z向柱塞密封圈(12)与一级Z向柱塞(19)的内侧壁之间滑动密封配合，同时，其下端的Z向二级导向环(40)与Z向内限位环(38)之间限位配合；所述Z向油缸端盖(14)为环状结构，其内径与一级Z向柱塞(19)的外径相适配，其下部外侧设置有Z向端盖外螺纹(18)；Z向油缸端盖(14)Z向可滑动地套设在一级Z向柱塞(19)的外部，并通过Z向端盖外螺纹(18)与Z向油缸内螺纹(22)之间的螺纹配合固定连接在Z向油缸(5)的上端，且通过与Z向一级导向环(39)之间的限位配合来对一级Z向柱塞(19)的Z向伸出行程进行限位；所述Z方向弹片(15)的形状和尺寸与Z向缺口(41)的形状和尺寸相适配，其对应地设置在Z向平台(36)的上方；Z方向弹片(15)上在对应两个二级Z向柱塞(21)上Z向安装螺纹孔(20)的部分开设有两个Z向定位孔(43)；两个Z向螺栓(16)分别由两个Z向定位孔(43)中穿过，并通过螺纹配合固定连接于两个二级Z向柱塞(21)上的Z向安装螺纹孔(20)中；两个Z向螺栓(16)将Z方向弹片(15)固定连接在两个二级Z向柱塞(21)的上端；所述Z向注油孔(4)开设在应力计主体(11)的左端，其右端通过开设在应力计主体(11)内部的两个连通油道一(57)分别与两个Z向油缸(5)内腔的底部中心连通；所述X向顶升机构(34)由两个X向升降单元、X方向弹片(29)、两个X向螺栓(30)和X向注油孔(2)组成；两个X向升降单元左右并排地设置在应力计主体(11)杆身的中段；所述X向升降单元由X向油缸(23)、一级X向柱塞(24)、一级X向柱塞密封圈(25)、二级X向柱塞(26)、二
级X向柱塞密封圈(27)和X向油缸端盖(28)组成，所述X向油缸(23)为沿X向地开设在X向平台(37)上的圆柱形容纳凹槽，其前端内侧设置有X向油缸内螺纹(31)；所述一级X向柱塞(24)为圆筒状结构，其前端内侧同轴地固定连接有X向内限位环(44)，其后端外侧同轴地固定连接有X向一级导向环(45)，所述X向一级导向环(45)的外径与X向油缸(23)的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述一级X向柱塞密封圈(25)；一级X向柱塞(24)沿X向可滑动地装配于X向油缸(23)中，且其通过一级X向柱塞密封圈(25)与X向油缸(23)的内侧壁滑动密封配合；所述二级X向柱塞(26)为柱状结构，其前端中心开设有X向安装螺纹孔(46)，其外径与X向内限位环(44)的内径相适配，其后端外侧固定连接有X向二级导向环(47)，X向二级导向环(47)的外径与一级X向柱塞(24)的内径相适配，并于中部的外侧固定装配有所述二级X向柱塞密封圈(27)；二级X向柱塞(26)沿X向可滑动地装配于一级X向柱塞(24)的内腔中，且其通过二级X向柱塞密封圈(27)与一级X向柱塞(24)的内侧壁之间滑动密封配合，同时，其后端的X向二级导向环(47)与X向内限位环(44)之间限位配合；所述X向油缸端盖(28)为环状结构，其内径与一级X向柱塞(24)的外径相适配，其后部外侧开设有X向端盖外螺纹(32)；X向油缸端盖(28)X向可滑动地套设在一级X向柱塞(24)的外部，并通过X向端盖外螺纹(32)与X向油缸内螺纹(31)之间的螺纹配合固定连接在X向油缸(23)的前端，且通过与X向一级导向环(45)之间的限位配合来对一级X向柱塞(24)的X向伸出行程进行限位；所述X方向弹片(29)的形状和尺寸与X向缺口(42)的形状和尺寸相适配，其对应地设置在X向平台(37)的前方，并在对应两个二级X向柱塞(26)上X向安装螺纹孔(46)的部分开设有两个X向定位孔(48)；两个X向螺栓(30)分别由两个X向定位孔(48)中穿过，并通过螺纹配合固定连接于两个二级X向柱塞(26)上的X向安装螺纹孔(46)中，两个X向螺栓(30)将X方向弹片(29)固定连接在两个二级X向柱塞(26)的前端；所述X向注油孔(2)开设在应力计主体(11)的左端，其右端通过开设在应力计主体(11)内部的两个连通油道二分别与两个X向油缸(23)内腔的底部中心连通；所述Y向顶升机构(35)由Y向油缸(53)、Y方向柱塞(7)、Y向柱塞密封圈(6)、Y向油缸端盖(8)、Y方向弹片(9)、Y向螺栓(10)和Y向注油孔(1)组成；所述Y向油缸(53)为沿Y向地开设在应力计主体(11)右端的圆柱形容纳凹槽，其右端内侧设置有Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝本良，熊洪恩，马志锋，葛庆，张娣，唐磊，贺虎，巩思园，曹安业，何江，李成海，冯文腾，
申请(专利权)人：徐州中矿众行信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：