CN105444925A - 用于安装钻孔应力计的装置及方法 - Google Patents

Abstract

用于安装钻孔应力计的装置及方法，属于岩体力学参数测量技术领域，以克服现有钻孔应力计安装成功率低的缺点。包括主注浆管、线扣螺栓、螺栓垂直仪及辅注浆管，线扣螺栓包括螺栓本体及固定在其上的线扣，螺栓垂直仪包括螺栓本体及固定在其上的垂直仪；主注浆管与辅注浆管的结构相同，主注浆管包括主管道，主管道前端设有插接管，插接管侧壁及主管道尾部侧壁上分别设有一组螺纹孔，通过螺栓将待安装传感器固定在主注浆管的插接管中，并通过螺栓将辅注浆管的插接管固定在主注浆管尾部，螺栓垂直仪固定于辅注浆管尾部的螺纹孔中，除辅注浆管主管道尾部的螺纹孔外，固定在其他每组螺纹孔中的至少一个螺栓为线扣螺栓；适用于安装钻孔应力计。

Description

用于安装钻孔应力计的装置及方法

技术领域

本发明属于岩体力学参数测量技术领域，具体是一种用于安装钻孔应力计的装置及方法。

背景技术

巷道作为井下重要的运输通道和工作空间，其稳定状况直接影响到矿井的正常生产及工人的生命安全。矿井中制约巷道围岩稳定的因素除了煤岩本身松软破碎外，更关键的因素就是掘采扰动，尤其是采煤工作面超前采动应力的破坏。因此，在井下掘进开采工作中，如何防止巷道顶板的失稳及支护结构的失效就成为选择支护方式和参数设计时所需考虑的主要因素，因此通过跟踪观测超前采动应力变化情况从而得到其演化规律也就显得尤为重要。

目前，通常采用钻孔应力计监测隧道、矿井等岩土工程工作面的前方应力变化情况，具体步骤如下：首先在巷道壁上钻取合适孔径的钻孔，待钻孔完成后，将钻孔应力计部分与注浆管绑定，推送注浆管直至距孔底一定距离，然后采用封孔材料进行封孔，完成封孔后利用高压水枪进行水泥灌浆，待水泥固化后开始应力监测，用于传输信号的电缆与钻孔应力计相连，以便输出应力信号。该方法简单易行，但却还存在以下不足，使得钻孔应力计的安装失败率居高不下：

1.为了保证应力监测的真实性与准确性，通常需要使应力计的受力部位(即应力片所在的位置)垂直于钻孔向上，从而使上覆岩层压力能竖直作用在受力部位。而利用注浆管推送应力计时难免会出现转动现象，安装完成后并不能保证受力部位的垂直度，严重影响监测效果。

2.采用该方法安装该应力计时，并没有将应力信号输出到外接设备的电缆进行规整，安装时电缆常与钻孔孔口发生摩擦，而且电缆也极可能被注浆管压住，长此以往会造成电缆严重破损不能传送监测信号。

3.由于通常使用胶带缠绕绑定应力计与注浆管，有可能造成推送过程中应力计与注浆管脱落分离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服利用传统方法安装钻孔应力应力计后上覆岩层压力不能竖直作用在受力部位、应力计易脱落、电缆易破损等缺点，提供一种用于安装钻孔应力计的装置及基于该装置安装钻孔应力计的方法，保证应力计的受力部位垂直度，且有效减少电缆损耗，延长电缆的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于安装钻孔应力计的装置，包括主注浆管、线扣螺栓、螺栓垂直仪及辅注浆管，所述主注浆管与辅注浆管的结构相同，所述主注浆管包括中空结构的主管道，主管道前端设有中空的插接管，所述插接管的孔径小于主管道的孔径，插接管侧壁及主管道尾部侧壁上分别设有一组螺纹孔，每组螺纹孔的数目为至少两个，通过螺栓将待安装的钻孔应力计固定在主注浆管的插接管中，并通过螺栓将辅注浆管的插接管固定在主注浆管主管道的尾部，所述螺栓垂直仪固定于辅注浆管的主管道尾部的螺纹孔中，除辅注浆管主管道尾部的螺纹孔外，固定在其他每组螺纹孔中的至少一个螺栓为线扣螺栓；所述线扣螺栓包括螺栓本体及固定在螺栓本体端面上的线扣，所述线扣用于固定卡套电缆；所述螺栓垂直仪包括螺栓本体及固定在螺栓本体端面上的垂直仪。

具体的，还包括多个中间注浆管，所述中间注浆管的结构与主注浆管的结构相同，依次连接在主注浆管和辅注浆管之间。

进一步的，所述插接管的螺纹孔的个数为两个，且对称设置；主管道尾部的螺纹孔个数也为两个，且对称设置。

优选的，每组螺纹孔中的线扣螺栓的个数为一个，各个线扣螺栓位于同一水平线上。

进一步的，所述垂直仪上设置有标准垂直线和实际测量线，所述标准垂直线为固定的，所述实际测量线随着实际测量的垂直角度而旋转，垂直仪还包括能够实时显示垂直度的数字显示单元，所述螺栓垂直仪还包括电源及与电源相连的LED灯，所述LED灯设置于垂直仪的数字显示单元的上方。

具体的，所述注浆管的长度范围为1.5～2m，其中，插接管与主管道的比例范围为1:15～1:20。

本发明的另一技术方案是基于上述用于安装钻孔应力计的装置而安装钻孔应力计的方法，包括以下步骤：

A.根据试验要求，在巷道内钻取合适尺寸的钻孔；

B.使用线扣螺栓将待安装的钻孔应力计与主注浆管的插接部紧固连接，并使待安装的钻孔应力计的受力部位垂直于钻孔向上；

C.将电缆扣入线扣中，调节线扣螺栓的角度使电缆在拉直的情况下能平行于注浆管；

D.推送该注浆管，直至该注浆管后端接近钻孔孔口，将螺栓垂直仪固定在该注浆管尾部调整垂直度，旋转注浆管直至仪表中实际测量线与标准垂直线重合，即数字显示单元中显示读数为90°，调整完成后，卸下螺栓垂直仪，接入后续注浆管；

E.将后续注浆管的插接部***到前一注浆管主管道中，利用线扣螺栓固定二者，重复步骤C及D，直至将钻孔应力计送至钻孔内指定位置；

F.选择合适封孔材料填充钻孔孔口处注浆管与钻孔之间的间隙，使注浆管不再发生任何位置与角度变化。

具体的，步骤D中的后续注浆管包括中间注浆管及辅注浆管。

进一步的，所述步骤B和步骤C之间还包括使用胶带缠绕钻孔应力计及主注浆管。

具体的，其特征在于，步骤D中所述数字显示单元的读数允许误差范围为±1°。

本发明的有益效果是：该装置结构简单，方法易于操作，通过该装置和方法优化现有钻孔应力计的安装方式，使得该应力计能够顺利、有效地安装到孔内指定位置，保证应力计安装的稳定程度，防止其脱落，有效提高钻孔应力计安装成功率与精确度，并能保证在安装过程中电缆无磨损。本发明适用于安装钻孔应力计。

附图说明

图1是本发明使用时的结构示意图；

图2是本发明中注浆管的结构示意图；

图3是本发明中线扣螺栓的结构示意图；

图4是本发明中螺栓垂直仪的结构示意图；

其中，1为主注浆管，11为螺纹孔，12为主管道，13为插接管，2为线扣螺栓，21为螺栓本体，22为线扣，3为螺栓垂直仪，31为垂直仪，311为数字显示单元，312为标准垂直线，313为实际测量线，4为待安装的钻孔应力计，41为待安装的钻孔应力计的受力部位，5为电缆，6为辅注浆管。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。

如图1及2所示，本发明的用于安装钻孔应力计的装置，包括主注浆管1、线扣螺栓2、螺栓垂直仪3及辅注浆管6，所述主注浆管1与辅注浆管6的结构相同，所述主注浆管1包括中空结构的主管道12，主管道12前端设有中空的插接管13，所述插接管13的孔径小于主管道12的孔径，具体而言，可以只设定插接管的外径小于主管道12的外径，此外，还可以同时控制插接管的内径小于主管道12的内径。插接管13侧壁及主管道12尾部侧壁上分别设有一组螺纹孔。通过螺栓将待安装的钻孔应力计固定在主注浆管1的插接管13中，并通过螺栓将辅注浆管6的插接管13固定在主注浆管1主管道12的尾部，此处的螺栓可以为线扣螺栓，也可以为普通螺栓。所述螺栓垂直仪3固定于辅注浆管6的主管道12尾部的螺纹孔中，除该螺纹孔外，固定在其他每组螺纹孔中的至少一个螺栓为线扣螺栓2。本发明中，端指代端口，部指代一部分，尾部即主管道末尾的一部分。

由于巷道钻孔是不断推进的过程，因此优选的，本装置还包括多个中间注浆管，所述中间注浆管的结构与主注浆管1的结构相同，依次连接在主注浆管1和辅注浆管6之间，即将中间注浆管的插接部***到主注浆管1的尾部，而后利用螺栓进行固定，将另一中间注浆管的插接部插接到前一中间注浆管的尾部，依次设置各个中间注浆管，最后将辅注浆管的插接部插接到中间注浆管的尾部。

每组螺纹孔的个数为一个就可以实现固定作用,螺纹孔的主要作用是用于线扣与垂直仪的安装，固定只是其次要作用，优选为一个，如此一来，在辅注浆管的尾部的螺纹孔中固定螺栓垂直仪，而在其他螺纹孔中都安装线扣螺栓。然而，为了增强固定力，提高固定效果，也可以设置每组螺纹孔有多个，如插接管的螺纹孔的个数为两个，且对称设置；主管道尾部的螺纹孔个数也为两个，且对称设置，即插接管13侧壁及主管道尾部侧壁的螺纹孔对应设置，以便主注浆管、中间注浆管或辅注浆管依次连接。主管道尾部的螺纹孔可以和插接管上的螺纹孔不一样，但优选的是同样规格，以便节约制造成本，且增强安装便利性及连接固定力。每组螺纹孔中的线扣螺栓的个数为一个，以便节约成本，如注浆管上侧壁的螺纹孔用的是线扣螺栓，由于线扣螺栓成本比普通螺栓的成本高，因此其下侧壁的螺纹孔没必要使用线扣螺栓，使用普通螺栓也可以实现相同的固定作用。各个线扣螺栓位于同一水平线上，以便减少电缆损耗保护电缆。

在各个注浆管两两连接时，由于后一注浆管插接管和前一注浆管的主管道之间留有适当间隙，因此可以旋转后一注浆管使之与前一注浆管，当后一注浆管插接管和前一注浆管的主管道的螺纹孔处于同心位置时，才能开始安装螺栓并拧紧。

基于节约成本及实现效果的考虑，所述主管道和插接管的材质选用塑料，其不易弯曲变形，适于巷道中使用。所述注浆管的长度范围为1.5～2m，其中，插接管与主管道的比例范围为1:15～1:20。

如图3所示，所述线扣螺栓2包括螺栓本体21及固定在螺栓本体21端面上的线扣22，螺栓本体包括头部和螺杆，其端面为头部的上表面，即在螺栓本体21的顶部设置有线扣22。所述线扣22用于固定卡套电缆，因此，线扣的尺寸需要和电缆的尺寸相适配，通过使用线扣螺栓2可使用于信号传输的电缆布置得到规整，降低破损可能性。同时，通过线扣螺栓2紧固应力计与注浆管之间的连接，避免推送过程中应力计从注浆管中脱落。

如图4所示，所述螺栓垂直仪3包括螺栓本体21及固定在螺栓本体21端面上的垂直仪31。螺栓本体包括头部和螺杆，其端面为头部的上表面。垂直仪31可以焊接在螺栓本体端面上以便提高连接的紧固性；也可以在螺栓本体21上设置卡槽，在垂直仪31底部设置卡扣，将垂直仪31卡接在螺栓本体21上，以便在垂直仪31或螺栓本体21损坏时，易于分离，降低更换成本。在安装应力计的过程中，采用垂直仪调整安装角度，确保上覆岩层压力能竖直地作用于待安装的钻孔应力计的受力部位41。所述垂直仪31上设置有标准垂直线312和实际测量线313，所述标准垂直线312为固定的，即标准垂直线312不随测量的转动而转动，实际测量线313随着实际测量的垂直角度而旋转，垂直仪31还包括能够实时显示垂直度的数字显示单元311。所述螺栓垂直仪3还包括电源及与电源相连的LED灯，所述LED灯设置于垂直仪31的数字显示单元311的上方。电源向LED灯供电，当在巷道中光线不太好的时候，可以利用LED灯照明，可以看到数字显示单元311上的数字。此外，还可以设置开关，使得打开开关时，LED灯照明，关闭开关时，LED灯熄灭，以便节约能源。

本发明的基于上述装置安装钻孔应力计的方法包括以下步骤：

A.根据试验要求，在巷道内钻取合适尺寸的钻孔；

B.将待安装的钻孔应力计与主注浆管的插接部紧固连接，并使待安装的钻孔应力计的受力部位41(即钻孔应力计的应变片的位置)垂直于钻孔向上，而后使用线扣螺栓紧固应力计，在必要的情况下，为了进一步加强紧固力，还需要继续使用胶带缠绕钻孔应力计及主注浆管；

C.将电缆扣入线扣中，调节线扣螺栓的角度使电缆在拉直的情况下能平行于主注浆管；

D.推送最新连接的注浆管(未连接新的注浆管时，此处代指主注浆管)直至主注浆管后端接近钻孔孔口，将螺栓垂直仪固定在主注浆管尾部调整垂直度，旋转注浆管直至仪表中实际测量线与标准垂直线重合，即数字显示单元中显示读数为90°，而由于测量及读数一般有误差，因此将该读数允许误差范围控制为±1°，调整完成后，卸下螺栓垂直仪，接入中间注浆管；

E.将中间注浆管的插接部***到主浆管主管道中，优选的，当中间注浆管插接部的螺纹孔与主注浆管主管道的螺纹孔重合时，利用线扣螺栓固定二者，而后将电缆卡套入线扣中，调整线扣角度使电缆平行于注浆管，并将螺栓垂直仪固定在中间注浆管尾部调整垂直度，调整及精度及方式如上，调整完成后，卸下螺栓垂直仪；

F.重复上述步骤依次接入各个中间注浆管，最后接入辅注浆管，直至将钻孔应力计送至钻孔内指定位置，选择合适封孔材料填充钻孔孔口处注浆管与钻孔之间的间隙，使注浆管不再发生任何位置与角度变化。

Claims (10)

1.用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，包括主注浆管(1)、线扣螺栓(2)、螺栓垂直仪(3)及辅注浆管(6)，所述主注浆管(1)与辅注浆管(6)的结构相同，所述主注浆管(1)包括中空结构的主管道(12)，主管道(12)前端设有中空的插接管(13)，所述插接管(13)的孔径小于主管道(12)的孔径，插接管(13)侧壁及主管道(12)尾部侧壁上分别设有一组螺纹孔，通过螺栓将待安装的钻孔应力计固定在主注浆管(1)的插接管(13)中，并通过螺栓将辅注浆管(6)的插接管(13)固定在主注浆管(1)主管道(12)的尾部，所述螺栓垂直仪(3)固定于辅注浆管(6)的主管道(12)尾部的螺纹孔中，除辅注浆管(6)主管道尾部的螺纹孔外，固定在其他每组螺纹孔中的至少一个螺栓为线扣螺栓(2)；所述线扣螺栓(2)包括螺栓本体(21)及固定在螺栓本体(21)端面上的线扣(22)，所述线扣(22)用于固定卡套电缆；所述螺栓垂直仪(3)包括螺栓本体(21)及固定在螺栓本体端面上的垂直仪(31)。

2.如权利要求1所述的用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，还包括多个中间注浆管，所述中间注浆管的结构与主注浆管(1)的结构相同，依次连接在主注浆管(1)和辅注浆管(6)之间。

3.如权利要求1或2所述的用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，所述插接管的螺纹孔的个数为两个，且对称设置；主管道尾部的螺纹孔个数也为两个，且对称设置。

4.如权利要求1所述的用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，每组螺纹孔中的线扣螺栓的个数为一个，各个线扣螺栓位于同一水平线上。

5.如权利要求1所述的用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，所述垂直仪上设置有标准垂直线和实际测量线，所述标准垂直线为固定的，所述实际测量线随着实际测量的垂直角度而旋转，垂直仪还包括能够实时显示垂直度的数字显示单元，所述螺栓垂直仪(3)还包括电源及与电源相连的LED灯，所述LED灯设置于垂直仪(31)的数字显示单元的上方。

6.如权利要求1所述的用于安装钻孔应力计的装置，其特征在于，所述注浆管的长度范围为1.5～2m，其中，插接管与主管道的比例范围为1:15～1:20。

7.基于1至6任意一项权利要求所述的用于安装钻孔应力计的装置而安装钻孔应力计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.根据试验要求，在巷道内钻取合适尺寸的钻孔；

B.使用线扣螺栓将待安装的钻孔应力计与主注浆管的插接部紧固连接，并使待安装的钻孔应力计的受力部位垂直于钻孔向上；

C.将电缆扣入线扣中，调节线扣螺栓的角度使电缆在拉直的情况下能平行于注浆管；

D.推送该注浆管，直至该注浆管后端接近钻孔孔口，将螺栓垂直仪固定在该注浆管尾部调整垂直度，旋转注浆管直至仪表中实际测量线与标准垂直线重合，即数字显示单元中显示读数为90°，调整完成后，卸下螺栓垂直仪，接入后续注浆管；

E.将后续注浆管的插接部***到前一注浆管主管道中，利用线扣螺栓固定二者，重复步骤C及D，直至将钻孔应力计送至钻孔内指定位置；

F.选择合适封孔材料填充钻孔孔口处注浆管与钻孔之间的间隙，使注浆管不再发生任何位置与角度变化。

8.如权利要求7所述的用于安装钻孔应力计的方法，其特征在于，步骤D中的后续注浆管包括中间注浆管及辅注浆管。

9.如权利要求7所述的用于安装钻孔应力计的方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C之间还包括使用胶带缠绕钻孔应力计及主注浆管。

10.如权利要求7所述的用于安装钻孔应力计的方法，其特征在于，步骤D中所述数字显示单元的读数允许误差范围为±1°。