煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦井下工作面采動應(yīng)力監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前通用的辦法是在工作面前方打鉆孔布置鉆孔應(yīng)力計，對工作面采動應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。該方法為在超前工作面打出一定深度的比鉆孔應(yīng)力計直徑稍大的鉆孔，將鉆孔應(yīng)力計置入鉆孔底部。通過預(yù)置一定的初始壓力使應(yīng)力計頂部與煤壁接觸，在采動過程中，當(dāng)受到工作面采動影響時應(yīng)力通過煤壁傳遞到應(yīng)力計表面，反映出采動應(yīng)力的增量變化情況，而目前這種鉆孔應(yīng)力計測量方法，由于不同的鉆孔應(yīng)力計安裝初壓存在差異，另外由于應(yīng)力鉆孔通常是不封孔處理的，各個鉆孔成孔時間存在差異，導(dǎo)致孔壁周圍出現(xiàn)不同范圍的塑性區(qū)，使得不同測點(diǎn)的應(yīng)力值間具有不可比性，只能反映其相對變化過程，無法體現(xiàn)出煤體的真實(shí)采動應(yīng)力變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠體現(xiàn)出真實(shí)采動應(yīng)力變化的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置。
[0004]一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，包括:應(yīng)力計，所述應(yīng)力計置于填充鉆孔中，鉆孔內(nèi)填充有能夠由具有流動性的流體凝固成固體狀的填充材料；所述應(yīng)力計通過光纖與用于測量應(yīng)力的光纖靜態(tài)解調(diào)儀連接。
[0005]進(jìn)一步地，如上所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述應(yīng)力計為光纖應(yīng)力傳感器。
[0006]進(jìn)一步地，如上所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述鉆孔布置在工作面前方的原巖應(yīng)力區(qū)。
[0007]進(jìn)一步地，如上所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述應(yīng)力計與光纖靜態(tài)解調(diào)儀之間連接有尾纖接頭。
[0008]進(jìn)一步地，如上所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述應(yīng)力計置于鉆孔的底部。
[0009]一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0010](I)、在工作面前方的原巖應(yīng)力區(qū)布置某一直徑為Φ深度為H的鉆孔，通過推送桿將直徑略小于鉆孔的應(yīng)力計推入鉆孔底部，在推送過程中保持應(yīng)力計正面朝上；
[0011](2)、應(yīng)力計安裝結(jié)束后，立即使用封孔器將鉆孔的孔口封住，將手動液壓泵的輸液管與封孔器連接，往鉆孔中注入相應(yīng)體積的填充材料，待充填材料凝固后，回撤封孔器與手動液壓泵；
[0012](3)、當(dāng)工作面推進(jìn)受到采動影響時，通過應(yīng)力計實(shí)時反映采動應(yīng)力的真實(shí)變化情況，并通過纖靜態(tài)解調(diào)儀將該變化結(jié)果顯示出來。
[0013]本發(fā)明提供的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置，改變以往的被動測壓方法，通過與圍巖完全耦合的方式主動承壓，最后得到的應(yīng)力值為真實(shí)的采動應(yīng)力值，不同光纖應(yīng)力傳感器的應(yīng)力值可以同類比較，為工作面的采動應(yīng)力監(jiān)測提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖標(biāo)記:
[0016]1-鉆孔，2-應(yīng)力計，3-封孔器，4-手動液壓泵，5-光纖，6_尾纖接頭，7_光纖靜態(tài)解調(diào)儀，G-采空區(qū)，F(xiàn)-工作面。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018]本發(fā)明提供的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其在鉆孔成孔初期便使用填充材料將其完全充填，由于鉆孔I被及時充滿，使得孔壁周圍的煤體仍然處于受約束狀態(tài)，鉆孔周圍的塑性松動圈不復(fù)存在，整個鉆孔恢復(fù)到近似原巖狀態(tài)。而傳統(tǒng)鉆孔應(yīng)力計是通過設(shè)定初始應(yīng)力以達(dá)到與煤壁耦合接觸，由于鉆孔未做充填處理，鉆孔周圍煤壁應(yīng)力得到解除而處于塑性狀態(tài)，加之應(yīng)力計本身為剛性體，應(yīng)力計應(yīng)變與煤體應(yīng)變不一致，使得最后得到的應(yīng)力值為應(yīng)力增量。另外，由于不同鉆孔應(yīng)力計的初始壓力都存在差異，使得不同鉆孔應(yīng)力的應(yīng)力值無法進(jìn)行對比。
[0019]本發(fā)明提供的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，如圖1所示，G采空區(qū)G的一側(cè)為工作面F，該裝置包括:在工作面F區(qū)域的鉆孔1，應(yīng)力計2，所述應(yīng)力計2置于填充鉆孔I中，鉆孔I內(nèi)填充有能夠由具有流動性的流體凝固成固體狀的填充材料；所述應(yīng)力計2通過光纖5與用于測量應(yīng)力的光纖靜態(tài)解調(diào)儀7連接。
[0020]具體地，所述應(yīng)力計2為光纖應(yīng)力傳感器，所述鉆孔I布置在工作面前方的原巖應(yīng)力區(qū)。所述應(yīng)力計2與光纖靜態(tài)解調(diào)儀7之間連接有尾纖接頭6。所述應(yīng)力計2置于鉆孔I的頂部。
[0021]本發(fā)明方法改變以往的被動測壓方法，通過與圍巖完全耦合的方式主動承壓，最后得到的應(yīng)力值為真實(shí)的采動應(yīng)力值，不同光纖應(yīng)力傳感器的應(yīng)力值可以同類比較，為工作面的采動應(yīng)力監(jiān)測提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。所述填充材料具有流動性好易充滿鉆孔，并且初凝時間短只需幾分鐘。
[0022]本發(fā)明還提供一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法，該方法包括以下步驟:
[0023]步驟1:在工作面F前方的原巖應(yīng)力區(qū)布置某一直徑為Φ (取決于現(xiàn)場鉆孔設(shè)備)深度為H (根據(jù)被測試要求)的鉆孔I，通過推送桿將直徑略小于鉆孔的應(yīng)力計2 (即圓錐形光纖應(yīng)力傳感器)推入鉆孔I底部，在推送過程中保持光纖應(yīng)力傳感器正面朝上，傳感器的監(jiān)測結(jié)果通過光纖傳輸至地面監(jiān)控中心的終端，通過尾纖接頭與光纖靜態(tài)解調(diào)儀連接。
[0024]步驟2:光纖應(yīng)力傳感器安裝結(jié)束后，立即使用封孔器3將鉆孔I的孔口封住，將手動液壓泵4的輸液管與封孔器3連接，往孔中注入相應(yīng)體積V = πΗΦ2/4的填充材料，待充填材料凝固后，鉆孔I完全被充填體充滿，回撤封孔器3與手動液壓泵4。
[0025]步驟3:填孔結(jié)束后，光纖應(yīng)力傳感器主動與煤壁耦合，在初始未受采動影響條件下便可得到原巖應(yīng)力，當(dāng)工作面推進(jìn)受到采動影響時，光纖應(yīng)力傳感器實(shí)時反映采動應(yīng)力的真實(shí)變化結(jié)果。
[0026]本發(fā)明提供的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法，由于鉆孔被充滿，使得孔壁周圍的煤體仍然處于受約束狀態(tài)，鉆孔周圍的塑性松動圈不復(fù)存在，整個鉆孔恢復(fù)到近似原巖狀態(tài)。傳統(tǒng)鉆孔應(yīng)力計是通過設(shè)定初始應(yīng)力將其膨脹以達(dá)到與煤壁耦合接觸，由于鉆孔未做充填處理，鉆孔周圍煤壁應(yīng)力得到解除而處于塑性狀態(tài)，加之應(yīng)力計本身為剛性體，應(yīng)力計應(yīng)變與煤體應(yīng)變不一致，使得最后得到的應(yīng)力值為應(yīng)力增量。另外，由于不同鉆孔應(yīng)力計的初始壓力都存在差異(本光纖應(yīng)力傳感器不需要施加初始壓力，其通過充填材料與煤壁主動耦合，煤壁的應(yīng)力直接傳遞到測點(diǎn)上反映出真實(shí)的應(yīng)力值)，使得不同鉆孔應(yīng)力的應(yīng)力值無法進(jìn)行對比(例如兩個埋深不同的測點(diǎn)，理論上埋深大的應(yīng)力要大于埋深小的測點(diǎn)，由于人為施加的初始壓力存在大小差異，直接導(dǎo)致現(xiàn)有的傳感器無法得到上述理論結(jié)果。單個測點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)只能反映該測點(diǎn)的壓力變化規(guī)律的定性趨勢，而無法得到該測點(diǎn)所在位置的真實(shí)壓力變化數(shù)值。由于采集的數(shù)據(jù)不是真實(shí)值，所以不同傳感器之間無法進(jìn)行定量對比分析。)。
[0027]本發(fā)明方法改變以往的被動測壓方法，通過與圍巖完全耦合的方式主動承壓，最后得到的應(yīng)力值為真實(shí)的采動應(yīng)力值，不同光纖應(yīng)力傳感器的應(yīng)力值可以同類比較，為工作面的采動應(yīng)力監(jiān)測提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。由于光纖應(yīng)力傳感器不需要外在人為施加的初始應(yīng)力，所采集的應(yīng)力值為煤巖變化后的真實(shí)值，這樣就可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析了。
[0028]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，包括:應(yīng)力計(2)，所述應(yīng)力計(2)置于填充鉆孔(I)中，鉆孔(I)內(nèi)填充有能夠由具有流動性的流體凝固成固體狀的填充材料；所述應(yīng)力計(2)通過光纖(5)與用于測量應(yīng)力的光纖靜態(tài)解調(diào)儀(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述應(yīng)力計(2)為光纖應(yīng)力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述鉆孔(I)布置在工作面前方的原巖應(yīng)力區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述應(yīng)力計(2)與光纖靜態(tài)解調(diào)儀(7)之間連接有尾纖接頭(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述應(yīng)力計(2)置于鉆孔⑴的底部。
6.一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、在工作面前方的原巖應(yīng)力區(qū)布置某一直徑為Φ深度為H的鉆孔，通過推送桿將直徑略小于鉆孔的應(yīng)力計(2)推入鉆孔底部，在推送過程中保持應(yīng)力計(2)正面朝上； (2)、應(yīng)力計⑵安裝結(jié)束后，立即使用封孔器(3)將鉆孔⑴的孔口封住，將手動液壓泵⑷的輸液管與封孔器⑶連接，往鉆孔⑴中注入相應(yīng)體積的填充材料，待充填材料凝固后，回撤封孔器(3)與手動液壓泵(4); (3)、當(dāng)工作面推進(jìn)受到采動影響時，通過應(yīng)力計(2)實(shí)時反映采動應(yīng)力的真實(shí)變化情況，并通過纖靜態(tài)解調(diào)儀(7)將該變化結(jié)果顯示出來。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置，包括：應(yīng)力計，所述應(yīng)力計置于填充鉆孔中，鉆孔內(nèi)填充有能夠由具有流動性的流體凝固成固體狀的填充材料；所述應(yīng)力計通過光纖與用于測量應(yīng)力的光纖靜態(tài)解調(diào)儀連接。本發(fā)明提供的煤礦井下工作面的原位采動應(yīng)力監(jiān)測方法及裝置，改變以往的被動測壓方法，通過與圍巖完全耦合的方式主動承壓，最后得到的應(yīng)力值為真實(shí)的采動應(yīng)力值，不同光纖應(yīng)力傳感器的應(yīng)力值可以同類比較，為工作面的采動應(yīng)力監(jiān)測提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01L1-24
【公開號】CN104748897
【申請?zhí)枴緾N201510113114
【發(fā)明人】謝建林, 許家林, 朱衛(wèi)兵, 劉傳振
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月15日