专利名称：一孔多点测量的钻孔应力计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及监测矿山原岩应力的传感器技术领域，特别涉及深部开采 时矿用可一孔多点位置安装的岩层钻孔应力计，具体为一孔多点测量的钻孔应 力计。
技术背景矿山井下开采将引起原岩应力场发生改变，即采动将使原岩应力状态发生 改变，形成新的应力状态。从应力场角度对煤岩层冲击危险性进行预测与评价， 研究深部开采冲击地压灾害区域应力监测传感器具有实际意义。常见的钻孔应 力计产品都是一孔一点的，而对大范围围岩应力场的变化规律预测则需要监测 多点位置的应力。钻孔应力计一般安装于深盲孔内，并保证其敏感方向垂直于水平面以正确测量被测压力。受钻头直径及安装成本的限制，钻孔直径一般约为20 100mm。 由于安装等引入的误差，现有一点式钻孔应力计安装完毕后的实际输入敏感轴 与水平面往往不垂直且无法预知，导致引入测量误差甚至无法测量到正确的应 力值。为了保证敏感方向垂直于水平面，研制新型钻孔应力计是很有必要的。 现有一点式钻孔应力计大多采用振弦式传感器，受其外形约束，无法做到 一个钻孔内放置多个一点钻孔应力计以达到多点监测的目的。另外，受测量原 理、加工精度的影响，振弦式传感器灵敏度较低，普遍约为O.lMpa左右，往 往很难满足应力场的变化规律预测的需求。实用新型专利"钻孔应力传感器" (申请号93221603.X)是在一级变形环的外侧表面上对称的设有二个固定垫， 内侧表面上设有二条三角槽，其位置与固定垫相对应，在一级变形环内设有一 个二级变形放大环，在二级变形放大环的内侧表面上贴有四个电阻应变片，一 级变形环与二级变形放大环用三角块相连接。该实用新型结构简单，但安装后 无法保证准确测量到与水平面垂直的孔上下两壁压力，测量误差大。实用新型 专利"钻孔油枕应力计"(专利号ZL87206234)由油枕、钢弦式压力一频率 转换器、操纵阀、管路、油泵、钢弦频率计组成。由于油枕材料使用A3钢， 导致测量精度低，并且操作时由安装杆送入孔内，同样存在安装后无法保证准 确测量到与水平面垂直的孔上下两壁压力，测量误差大。目前一孔多点测量的钻孔应力计没有具体的销售产品，也未见相关的文献报道。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种一孔多点测量的钻孔应力计，它解决现有的 一点钻孔应力计无法进行多点测量，敏感方向安置不便，灵敏度不高，从而给 应力场分析带来不便的问题，能实现同时在一个钻孔内多点测量位置安装并测 试的一孔多点测量的钻孔应力计，并只以提供该钻孔应力计的硬件结构为目 的。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种一孔多点测量的钻孔应力计，它包括有液压油缸、压力传感器，所述 的液压油缸竖向设置，在液压油缸的下端一侧连接和接通压力传感器一端的压 力信号敏感端，该压力传感器另一端连接有信号输出引脚；在液压油缸的下端 另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀，该单向阀与输油管连接。本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步 实现。在液压缸的柱塞顶端连接有顶板，该顶板呈长矩形，顶部呈弧形，沿钻孔 纵向设置；在液压缸的缸筒上端连接有导向套；所述的单向阀通过阀芯接头与 液压油缸连接，该单向阀通过油管接头与输油管连接。本实用新型它还包括有一根总输油管，在总输油管上分别连接有多个三通 接头，每个三通接头上分别连接有一个液压缸和压力传感器，在液压缸下部设 置有截面呈凹弧形的安装导轨，在液压缸的缸筒下部两侧凸出有卡柱，在安装 导轨的内凹弧两上边内侧凸出有挡边，所述的卡柱进入挡边内。上述安装导轨的中部挡边处设有内开口，在安装导轨的两端内分别设有外 开口，在外开口的外端安装导轨内设有螺栓连接孔。使用时，在一深盲孔内将多个钻孔应力计安装到预定位置后，由同一根 油管向液压油缸中注入机油直至柱塞升起使钻孔应力计顶住上下孔壁，然后停 止注油，单向阀门自动锁死。工作时，岩层挤压液压油缸柱塞，推动柱塞相对 运动并挤压油缸内机油，机油压力压迫压力传感器输入端感压膜片，压力传感 器由信号输出引脚采集到压力信号并输出一个电压信号供后续电路处理。后续 电路的具体构成是公知且容易实现的，因此，本实用新型对压力传感器的后续 电路的具体构成未作具体描述。本实用新型与现有一点钻孔应力计相比，其突出的实质性特点是设计了 液压油缸结构以及采用了灵敏度更高的压力传感器。液压油缸底部设计有安装卡柱以便能放置于特制的安装导轨中，连同安装导轨一起送入钻孔内，达到预 定位置后抽出安装导轨，使得钻孔应力计安装和使用方便。液压油缸为柱塞式，从而使钻孔应力计量程达到几十Mpa以上，满足矿井应力测量得需要。压力 传感器选用感应膜片型压阻式压力传感器或电容式压力传感器，克服了现有振 弦式压力传感器灵敏度和精度不高的弊端，为大范围应力场精确分析提供了可靠保障。本实用新型的有益效果是能实现同时在一个钻孔内多点测量位置安装 并测试，输出信号分别引出，通过设计新型液压油缸以及采用了灵敏度更高的 压力传感器，使钻孔应力计能够简单可靠的安装，钻孔应力计的灵敏度可提高 IO倍以上；该一孔多点测量的钻孔应力计具有体积小、功耗低、灵敏度高、易 批量生产、成体低、安装简便等优点，特别是液压油缸体积小，耐压高；压力 传感器具有很高的集成度，输出信号完全并行，体积非常小且灵敏度高。即使其中一个或几个钻孔应力计突然失效，也不影响其他钻孔应力计正常工作。因此，可以方便的实现一孔多点安装。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是图1 A — A向剖视结构示意图。图3是本实用新型的应力计与安装导轨装配剖视图结构示意图。 图4是安装导轨的剖视结构示意图。 图5是图4俯视结构示意图。 图6是本实用新型的应力计实际使用状态示意图。
具体实施方式
参见图1 图6所示 一种一孔多点测量的钻孔应力计，它包括有液压油 缸14、压力传感器15，压力传感器选用压阻式或电容式压力传感器，所述的 液压油缸14竖向设置，在液压油缸14的下端一侧连接和接通压力传感器15 一端的压力信号敏感端17,该压力传感器15另一端连接有信号输出引脚16; 在液压油缸14的下端另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀11,该单向阀 11与直径为巾6的输油管13连接。在液压缸的柱塞3顶端连接有顶板6，该顶板6呈长矩形，顶部呈弧形， 沿钻孔25纵向设置，可保证与钻孔顶壁充分接触；在液压缸的缸筒2上端连 接有导向套7;所述的单向阀11通过阀芯接头5与液压油缸14连接，该单向 阀11通过油管接头12与输油管13连接。它还包括有一根刚性的总输油管26，在总输油管26上分别连接有多个三 通接头23，每个三通接头上分别连接有一个液压缸和压力传感器，在液压缸下 部设置有截面呈凹弧形的安装导轨20，在液压缸的缸筒下部两侧凸出有卡柱8， 在安装导轨20的内凹弧两上边内侧凸出有挡边18，所述的卡柱8进入挡边18 内。所述安装导轨的中部挡边处设有内开口 22，用于使卡柱8通过内开口 22 进入安装导轨内，在安装导轨20的两端内分别设有外开口 21,在外开口的外 端安装导轨内设有螺栓连接孔19，安装导轨两端的螺栓连接孔19用于安装导 轨之间的相互连接。本实用新型安装时，将多个钻孔应力计依次放置于安装导轨中预定位置， 并用同一根总输油管26并行连接所有钻孔应力计的单向阀，连同安装导轨20 一起送入钻孔25内，保证敏感的柱塞3始终垂直于水平面。达到预定位置后 抽出安装导轨25，通过手动液压泵24和总输油管26往每个压力油缸14中注 油，使柱塞3升起至与钻孔顶壁接触良好后停止注油，单向阀芯10在弹簧的 作用下自动锁死，钻孔应力计开始正常工作。
权利要求1、一种一孔多点测量的钻孔应力计，它包括有液压油缸(14)、压力传感器(15)，其特征在于所述的液压油缸(14)竖向设置，在液压油缸(14)的下端一侧连接和接通压力传感器(15)一端的压力信号敏感端(17)，该压力传感器(15)另一端连接有信号输出引脚(16)；在液压油缸(14)的下端另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀(11)，该单向阀(11)与输油管(13)连接。
2、 根据权利要求1所述的一孔多点测量的钻孔应力计，其特征在于在 液压缸的柱塞(3)顶端连接有顶板(6)，该顶板(6)呈长矩形，顶部呈弧 形，沿钻孔(25)纵向设置；在液压缸的缸筒(2)上端连接有导向套(7); 所述的单向阀(11)通过阀芯接头(5)与液压油缸(14)连接，该单向阀(11) 通过油管接头(12)与输油管(13)连接。
3、 根据权利要求1或2所述的一孔多点测量的钻孔应力计，其特征在于 它还包括有一根总输油管(26)，在总输油管(26)上分别连接有多个三通接 头(23)，每个三通接头上分别连接有一个液压缸和压力传感器，在液压缸下 部设置有截面呈凹弧形的安装导轨(20)，在液压缸的缸筒下部两侧凸出有卡 柱(8)，在安装导轨(20)的内凹弧两上边内侧凸出有挡边(18),所述的 卡柱(8)进入挡边(18)内。
4、 根据权利要求3所述的一孔多点测量的钻孔应力计，其特征在于所 述安装导轨的中部挡边处设有内开口 (22)，在安装导轨的两端内分别设有外 开口 (21)，在外开口的外端安装导轨内设有螺栓连接孔(19)。
专利摘要一种一孔多点测量的钻孔应力计，它包括有液压油缸、压力传感器，所述的液压油缸竖向设置，在液压油缸的下端一侧连接和接通压力传感器一端的压力信号敏感端，该压力传感器另一端连接有信号输出引脚；在液压油缸的下端另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀，该单向阀与输油管连接。本实用新型安装时，将多个钻孔应力计依次放置于安装导轨中预定位置，并用同一根总输油管并行连接所有钻孔应力计的单向阀，连同安装导轨一起送入钻孔内，保证敏感的柱塞始终垂直于水平面。达到预定位置后抽出安装导轨，往每个压力油缸中注油使柱塞升起至与钻孔顶壁接触良好后停止注油，钻孔应力计开始正常工作，实现同时在一个钻孔内多点测量位置安装并测试。
文档编号G01L1/14GK201096558SQ20072017010
公开日2008年8月6日 申请日期2007年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者付东波, 尹希文, 毛德兵, 秦海涛, 齐庆新 申请人:天地科技股份有限公司