CN113188699A - 一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置 - Google Patents

一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其涉及被保护层应力监测技术领域，其中，利用应力监测组件进行应力监测时，先控制伸缩杆伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀，从而以最佳状态来将应力动态变化传递给应力传感器，另外，监测管中至少圆周阵列设置有四组伸缩杆，各个所述伸缩杆的伸出端均设置有柔性液压囊以及应力传感器，以便从至少四个方向进行应力监测，实现多方位监测，提高了应力监测的准确性，并且通过减速驱动机构能够带动监测管进行定量微转动，从而调整其监测方位，提高了其监测的针对性。

Description

一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置
技术领域
本发明涉及被保护层应力监测技术领域，具体是一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置。
背景技术
保护层是指为消除或削弱相邻煤层的突出或冲击地压危险而先开采的煤层或矿层，其中，由于采动影响而使突出煤层瓦斯压力、瓦斯含量大幅降低，煤层透气性显著提高，大量高压瓦斯释放从而消除突出煤层的突出危险，因此开采保护层是区域性瓦斯治理最有效的手段之一，并且研究保护层开采时，被保护层应力变化对于探寻应力变化规律有着较为重要的意义，现有的被保护层应力监测装置，最基础的需要采用应力传感器进行应力监测，为了刚好的捕捉应力变化，往往利用柔性液压囊与应力传感器的组合来进行应力监测，但是柔性液压囊的膨胀状态难以掌控，从而导致其对于应力变化的传递效果不佳。
因此，有必要提供一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：包括：
应力监测组件，所述应力监测组件的监测端通过孔体伸入至被保护层中进行实时应力监测；且，所述应力监测组件至少包括：
监测管，能够沿其自身轴线进行微转动调节；
所述监测端包括：
周向监测组件，嵌入于所述监测管中，且，所述周向监测组件至少包括能够沿监测管径向滑动且设置在安装仓中的柔性液压囊以及应力传感器，其中所述柔性液压囊以及应力传感器的滑动动作由控制器驱动伸缩杆进行控制，且利用所述应力传感器进行应力监测时，由柔性液压囊实时传递应力动态变化，且所述控制器被配置为：应力监测时，先控制伸缩杆伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀；以及
轴向监测器，采用伸缩器设置在监测管的端部，用于检测孔体的底部应力。
进一步，作为优选，所述安装仓固定嵌入在监测管中，且所述监测管中至少圆周阵列设置有四组伸缩杆，各个所述伸缩杆的伸出端均设置有柔性液压囊以及应力传感器，以便从至少四个方向进行应力监测。
进一步，作为优选，初始阶段，所述柔性液压囊藏于所述安装仓中，且所述安装仓的仓壁上对应开设有供柔性液压囊伸出的通孔。
进一步，作为优选，所述柔性液压囊为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个长轴端为刚性部，两个短轴端为柔性部，靠近伸缩杆一侧的柔性部连接有连接套，所述连接套可拆卸的与伸缩杆的输出端相连，且连接套内还嵌入有应力传感器。
进一步，作为优选，且所述刚性部为钩型，以便在利用支撑弹簧对柔性液压囊进行支撑时，所述支撑弹簧的一端与远离伸缩杆一侧的柔性部相接触，另一端与刚性部相接触。
进一步，作为优选，所述监测管中位于所述周向监测组件的上方还嵌入有定位锁紧囊，所述定位锁紧囊设置于扩孔中，所述扩孔为嵌入式扩孔，且嵌入在孔体中部，所述扩孔开设于顶板中且与被保护层的顶部相接触。
进一步，作为优选，所述定位锁紧囊为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个短轴端为塑形部，塑形部中部采用塑形杆作为支撑，其两个长轴端为膨胀部，用于膨胀且定位锁紧在扩孔中。
进一步，作为优选，所述监测管转动设置在轴承座中，且所述监测管的顶部穿过轴承座伸入至传动仓中，且由传动仓中的减速驱动机构进行驱动。
进一步，作为优选，所述传动仓的外部圆周阵列有多个扶正爪，用于扶正在扶正环上，所述扶正环同轴固定在孔体的上方。
进一步，作为优选，所述定位锁紧囊和柔性液压囊均分别采用液压控制管与外部液压控制器相连，且，液压控制管沿监测管的轴向穿过传动仓以及集成理线头，所述集成理线头固定在传动仓的上方。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，具有以下有益效果：
本发明实施例中，利用应力监测组件进行应力监测时，先控制伸缩杆伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀，从而以最佳状态来将应力动态变化传递给应力传感器，另外，监测管中至少圆周阵列设置有四组伸缩杆，各个所述伸缩杆的伸出端均设置有柔性液压囊以及应力传感器，以便从至少四个方向进行应力监测，实现多方位监测，提高了应力监测的准确性，并且通过减速驱动机构能够带动监测管进行定量微转动，从而调整其监测方位，提高了其监测的针对性。
附图说明
图1为一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置的整体结构示意图；
图2为一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置中应力监测组件的结构示意图；
图3为一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置中周向监测组件的结构示意图；
图4为一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置中伸缩杆与柔性液压囊的结构示意图；
图中：1、保护层；2、被保护层；3、应力监测组件；4、顶板；5、孔体；6、扩孔；7、扶正环；31、传动仓；32、轴承座；33、监测管；34、周向监测组件；35、伸缩器；36、轴向监测器；37、液压控制管；38、集成理线头；39、扶正爪；310、塑型部；311、膨胀部；341、安装仓；342、伸缩杆；343、柔性液压囊；344、通孔；345、应力传感器；3421、安装座；3422、丝杠；3423、丝母座；3424、滑座；3431、柔性部；3432、刚性部；3433、支撑弹簧；3434、连接套。
具体实施方式
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，包括：
应力监测组件3，所述应力监测组件的监测端通过孔体5伸入至被保护层2中进行实时应力监测；且，所述应力监测组件至少包括：
监测管33，能够沿其自身轴线进行微转动调节；
所述监测端包括：
周向监测组件34，嵌入于所述监测管33中，且，所述周向监测组件34至少包括能够沿监测管33径向滑动且设置在安装仓341中的柔性液压囊343以及应力传感器345，其中所述柔性液压囊343以及应力传感器345的滑动动作由控制器驱动伸缩杆342进行控制，且利用所述应力传感器345进行应力监测时，由柔性液压囊343实时传递应力动态变化，且所述控制器被配置为：应力监测时，先控制伸缩杆342伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆342微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀，否则则会出现以下两种情况：1.柔性液压囊与孔壁之间留有间隙过小，此时柔性液压囊未膨胀至标准状态时，其内部压力已经过大，不利于应对后续的应力传递，即便柔性液压囊中压力达到定值时，其挤压变形程度过大的话，容易导致后续对于应力的传递出现问题，2.柔性液压囊与孔壁之间留有间隙过大，则使得即使柔性液压囊中压力达到定值时，其不能够与孔壁充分接触，依旧无法应对后续的应力传递，另外，需要解释的是，利用应力传感器可以测得柔性液压囊是否刚好与孔壁接触，并且柔性液压囊的定量膨胀有利于以最佳状态来将应力动态变化传递给应力传感器，而伸缩杆342的具体结构，如图4，包括安装座3421，安装座3421中转动设置有丝杠3422，丝杠的转动动作由外部电机驱动，且丝杠上传动设置有丝母座3423，丝母座3423与滑座3424相连，滑座3424限位滑动设置在安装座3421上，滑座的端部与连接套3434相连；以及
轴向监测器36，采用伸缩器35设置在监测管33的端部，用于检测孔体5的底部应力。
作为较佳的实施例，如图,3，所述安装仓341固定嵌入在监测管33中，且所述监测管33中至少圆周阵列设置有四组伸缩杆342，各个所述伸缩杆342的伸出端均设置有柔性液压囊343以及应力传感器345，以便从至少四个方向进行应力监测，从而实现多方位监测，提高了应力监测的准确性。
作为较佳的实施例，初始阶段，所述柔性液压囊343藏于所述安装仓341中，且所述安装仓341的仓壁上对应开设有供柔性液压囊343伸出的通孔344。
作为较佳的实施例，如图4，所述柔性液压囊343为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个长轴端为刚性部3432，两个短轴端为柔性部3431，靠近伸缩杆一侧的柔性部连接有连接套3434，所述连接套3434可拆卸的与伸缩杆342的输出端相连，且连接套3434内还嵌入有应力传感器345。
作为较佳的实施例，且所述刚性部3432为钩型，以便在利用支撑弹簧3433对柔性液压囊343进行支撑时，所述支撑弹簧3433的一端与远离伸缩杆一侧的柔性部3431相接触，另一端与刚性部3432相接触，如此设置，使得，可以利用刚性部以及支撑弹簧来使柔性液压囊保持一定形状，也就是说，即使在初始阶段，柔性液压囊依旧能够呈椭圆闭合囊体形状，从而能够很好的保护应力传感器不受损害。
本实施例中，所述监测管33中位于所述周向监测组件34的上方还嵌入有定位锁紧囊，所述定位锁紧囊设置于扩孔6中，所述扩孔6为嵌入式扩孔，且嵌入在孔体5中部，所述扩孔开设于顶板4中且与被保护层2的顶部相接触，需要解释的是，扩孔6可采用扩孔钻头进行扩孔，并且该扩孔钻头为变径扩孔钻头，从而能够实现在孔体5中仅实施部分扩孔，如此可减少大量的扩孔时长，提高了扩孔效率。
另外，所述定位锁紧囊为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个短轴端为塑形部310，塑形部中部采用塑形杆作为支撑，其两个长轴端为膨胀部311，用于膨胀且定位锁紧在扩孔6中，从而能够有效的将监测管33定位锁紧在孔体5中，减少了注浆加固步骤，并且有利于后续的回收再利用。
本实施例中，所述监测管33转动设置在轴承座32中，且所述监测管33的顶部穿过轴承座32伸入至传动仓31中，且由传动仓31中的减速驱动机构进行驱动，减速驱动机构可以是减速机与齿轮组的组合，其中，齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮同轴固定在监测管33上，从动齿轮与主动齿轮相啮合，主动齿轮固定在减速驱动机构的输出端，并且通过减速驱动机构能够带动监测管33进行定量微转动，从而调整其监测方位，提高了其监测的针对性。
本实施例中，为了进一步加固监测管，所述传动仓31的外部圆周阵列有多个扶正爪39，用于扶正在扶正环7上，所述扶正环7同轴固定在孔体5的上方。
本实施例中，所述定位锁紧囊和柔性液压囊343均分别采用液压控制管37与外部液压控制器相连，且，液压控制管37沿监测管33的轴向穿过传动仓以及集成理线头38，所述集成理线头38固定在传动仓的上方。
在具体实施时，在保护层1开采前在地表用钻机施工，且当孔体5进入至被保护层2中后，停止施工；此时利用扩孔钻肉对孔体5的中部部分进行扩孔，随后下入应力监测组件，其中，传动仓31的外部圆周阵列有多个扶正爪39，用于扶正在扶正环7上；并且，利用定位锁紧囊将监测管33定位锁紧在孔体5中，减少了注浆加固步骤，并且有利于后续的回收再利用，在应力监测时，先控制伸缩杆342伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆342微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀，从而通过柔性液压囊将应力动态变化传递给应力传感器，应力传感器可以通过有线或无线传输的方式将应力数据传递至控制中心。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：包括：
应力监测组件(3)，所述应力监测组件的监测端通过孔体(5)伸入至被保护层(2)中进行实时应力监测；且，所述应力监测组件至少包括：
监测管(33)，能够沿其自身轴线进行微转动调节；
所述监测端包括：
周向监测组件(34)，嵌入于所述监测管(33)中，且，所述周向监测组件(34)至少包括能够沿监测管(33)径向滑动且设置在安装仓(341)中的柔性液压囊(343)以及应力传感器(345)，其中所述柔性液压囊(343)以及应力传感器(345)的滑动动作由控制器驱动伸缩杆(342)进行控制，且利用所述应力传感器(345)进行应力监测时，由柔性液压囊(343)实时传递应力动态变化，且所述控制器被配置为：应力监测时，先控制伸缩杆(342)伸长且带动柔性液压囊刚好与孔壁接触，随后伸缩杆(342)微调收缩，使得柔性液压囊与孔壁之间留有膨胀间隙，以便在柔性液压囊内充入定量液体，实现定量膨胀；以及
轴向监测器(36)，采用伸缩器(35)设置在监测管(33)的端部，用于检测孔体(5)的底部应力。
2.根据权利要求1所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述安装仓(341)固定嵌入在监测管(33)中，且所述监测管(33)中至少圆周阵列设置有四组伸缩杆(342)，各个所述伸缩杆(342)的伸出端均设置有柔性液压囊(343)以及应力传感器(345)，以便从至少四个方向进行应力监测。
3.根据权利要求1所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：初始阶段，所述柔性液压囊(343)藏于所述安装仓(341)中，且所述安装仓(341)的仓壁上对应开设有供柔性液压囊(343)伸出的通孔(344)。
4.根据权利要求1所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述柔性液压囊(343)为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个长轴端为刚性部(3432)，两个短轴端为柔性部(3431)，靠近伸缩杆一侧的柔性部连接有连接套(3434)，所述连接套(3434)可拆卸的与伸缩杆(342)的输出端相连，且连接套(3434)内还嵌入有应力传感器(345)。
5.根据权利要求4所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：且所述刚性部(3432)为钩型，以便在利用支撑弹簧(3433)对柔性液压囊(343)进行支撑时，所述支撑弹簧(3433)的一端与远离伸缩杆一侧的柔性部(3431)相接触，另一端与刚性部(3432)相接触。
6.根据权利要求1所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述监测管(33)中位于所述周向监测组件(34)的上方还嵌入有定位锁紧囊，所述定位锁紧囊设置于扩孔(6)中，所述扩孔(6)为嵌入式扩孔，且嵌入在孔体(5)中部，所述扩孔开设于顶板(4)中且与被保护层(2)的顶部相接触。
7.根据权利要求6所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述定位锁紧囊为一水平放置的椭圆闭合囊体，其两个短轴端为塑形部(310)，塑形部中部采用塑形杆作为支撑，其两个长轴端为膨胀部(311)，用于膨胀且定位锁紧在扩孔(6)中。
8.根据权利要求1所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述监测管(33)转动设置在轴承座(32)中，且所述监测管(33)的顶部穿过轴承座(32)伸入至传动仓(31)中，且由传动仓(31)中的减速驱动机构进行驱动。
9.根据权利要求8所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述传动仓(31)的外部圆周阵列有多个扶正爪(39)，用于扶正在扶正环(7)上，所述扶正环(7)同轴固定在孔体(5)的上方。
10.根据权利要求1或6所述的一种基于保护层开采的被保护层应力监测装置，其特征在于：所述定位锁紧囊和柔性液压囊(343)均分别采用液压控制管(37)与外部液压控制器相连，且，液压控制管(37)沿监测管(33)的轴向穿过传动仓以及集成理线头(38)，所述集成理线头(38)固定在传动仓的上方。
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