[发明专利]一种煤柱应力传感器

说明书

技术领域

本发明属于井工开采矿井煤柱应力监测的技术范畴，具体涉及一种与煤柱体柔性接触，监测煤柱体垂直应力和水平应力的煤柱应力传感器。

背景技术

在煤系地层中，煤柱应力传感器主要用于监测煤柱稳定性、顶底板应力变化、工作面超前压力和煤层应力等方面，现有的煤柱应力传感器主要为液压式、割缝式和应变式三种。其中，液压式为充液膨胀枕式传感器，代表性传感器为充液压力枕，柔性接触，只能对煤柱体垂直应力进行监测，其机理为：充液压力枕由钻孔压力枕和导油管组成，其中，钻孔压力枕为两片对焊的薄枕，薄枕呈单方向变形，在水平方向刚度较大，在垂直于枕平面方向刚性较小，与枕内的液压油相近；将钻孔压力枕放入煤柱体钻孔中，导油管注入液压油，使钻孔压力枕的薄枕膨胀并与煤柱体产生柔性接触，垂直于枕平面方向的煤柱体应力传递至钻孔压力枕，转换为枕内的液压油压力，采用直读或钢弦采集煤柱体垂直应力。割缝式应力传感器现在应用较少，其机理为局部应力解除，在割缝前、割缝中和割缝后三个位置布置接触式应变传感器，在应力完全解除的孔壁口测量切向应变。应变式传感器多为环氧树脂或钢结构外壳，外壳不具有膨胀性，不能实现柔性接触，只有当煤柱体应力造成钻孔塌孔时，才能将煤柱体应力转换为液压油压力或电信号，实现煤柱体应力监测。当采用电信号采集煤柱体应力时，采集电路为多组电阻应变片，可以实现煤柱体垂直应力和水平应力监测，即二维应力监测。针对煤柱应力传感器这一现状，发明一种既能柔性接触又能二维应力监测的煤柱应力传感器显得十分必要。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能够有效解决煤柱体钻孔柔性接触和煤柱体垂直应力、水平应力二维监测问题的煤柱应力传感器，。

为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种煤柱应力传感器，包括外锥形套管和内锥形套管，其特征在于：外锥形套管由上外锥形套管和下外锥形套管成对垂直布置紧密结合而成，内锥形套管由左内锥形套管和右内锥形套管成对水平布置紧密结合而成，内锥形套管置于外锥形套管之内，内锥形套管内设置环形应力传感器组，环形应力传感器组包括多个均布的单体环形应力传感器，在单体环形应力传感器之间设置箔式电阻片，箔式电阻片通过导线连接。

上述的煤柱应力传感器，其特征在于：所述的外锥形套管具有膨胀性。

上述的煤柱应力传感器，其特征在于：所述的上外锥形套管、下外锥形套管、左内锥形套管、右内锥形套管均为半瓦结构，锥角均为8°。

上述的煤柱应力传感器，其特征在于：所述的单体环形应力传感器环半径8mm，厚度4mm。

上述的煤柱应力传感器，其特征在于：所述的煤柱应力传感器长度为100mm。

本发明是在现有液压式和应变式煤柱应力传感器的基础上提供一种煤柱应力传感器，通过钻孔对煤柱体应力进行监测，有效解决煤柱体钻孔柔性接触和煤柱体垂直应力、水平应力二维监测问题。其原理为：本发明一种煤柱应力传感器由外锥形套管、内锥形套管、环形应力传感器组等组成，(1)外锥形套管和内锥形套管均为半瓦结构，交错90°布置，将该煤柱应力传感器放入煤柱钻孔中，向内锥形套管施加应力使外锥形套管膨胀，实现与煤柱体柔性接触；(2)环形应力传感器组包括多个均布的单体环形应力传感器，其内置箔式电阻片，布置于内锥形套管，其所受应力表达式

式中：σ为所受应力；p为煤柱体载荷；R为环半径；a为单体环形应力传感器宽度；b为单体环形应力传感器厚度。根据公式得到煤柱体钻孔垂直应力和水平应力，由箔式电阻片对煤柱体二维应力数据进行采集。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的效果：

1、本发明一种煤柱应力传感器，在环形应力传感器组外布置内锥形套管和外锥形套管，外锥形套管具有膨胀性，可以实现煤柱应力监测过程中的柔性接触，一方面对煤柱应力传感器起到定向作用；另一方面根据采区地质条件和工作面采掘现状对煤柱初始应力进行设置。

2、本发明一种煤柱应力传感器，在环形应力传感器组内的多个单体环形应力传感器中均布置箔式电阻片，可以实现对煤柱体垂直应力、水平应力进行二维监测。

3、本发明一种煤柱应力传感器，广泛用于煤系地层煤柱稳定性、顶底板应力变化、工作面超前压力和煤层应力监测等方面。

附图说明

图1、本发明的结构示意图。

图2、图1的左视图。

图3、本发明环形应力传感器组的结构示意图。

图中：1、上外锥形套管 2、下外锥形套管 3、左内锥形套管