[发明专利]煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视装置、系统及方法

说明书

煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视装置、系统及方法，属于煤矿地下开采巷道围岩测试技术领域，是针对同时测试煤矿地下开采巷道围岩体的地应力、变形参数和裂纹裂隙形态的耦合测试问题所提出，包括圆柱体载体、地应力传感器、裂隙窥视探头、应力数据采集仪和图像采集器、圆柱体载体、地应力传感器、裂隙窥视探头、应力数据采集仪和图像采集器、以及主控制单元和分站。可同时测量煤岩体的地应力和裂隙演化参数，并且做到煤矿巷道围岩同一地点的应力与裂隙的实时采集，可以为煤矿巷道围岩失稳破裂机理研究提供基础研究数据，还可为煤矿巷道围岩失稳破裂过程提供监测、预警信息，以减少煤矿灾害事故。

技术领域

本发明涉及煤矿地下开采巷道围岩测试技术领域，特别是涉及一种煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视装置、系统及方法。

背景技术

煤矿地下开采过程中岩体地应力、破坏形态是影响工程岩体稳定的重要因素。随着煤矿开采向深部发展，岩体地应力逐渐增大，岩体破坏形态复杂，地应力和岩体裂纹裂隙直接影响着地下工程岩体的稳定性。

研究表明，岩体破坏失稳与岩体物理力学性质密不可分，与地应力和岩体形态有关，是岩体地应力和变形形态耦合作用的结果。岩体地应力和变形的异常变化蕴含着岩体失稳破坏发生的前兆信息。

因此，对煤矿地下开采过程中岩体地应力和变形的耦合实时监测，能够有效提高围岩失稳破坏发生前兆信息的捕捉与分析，对于分析与预测煤矿地下开采围岩失稳诱发的灾害，具有重要意义与应用前景。

现有的设备与技术无法同时测试工程岩体的地应力参数和变形形态，导致目前对于工程岩体失稳灾害发生机理认识不足，工程岩体难以避免因监测不及时导致灾害的发生。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视装置、系统及方法，可以解决同时测试煤矿地下开采巷道围岩体的地应力、变形参数和裂纹裂隙形态的耦合测试问题。

本发明采用的技术方案在于：

煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视装置，包括圆柱体载体、地应力传感器、裂隙窥视探头、应力数据采集仪、图像采集器、数据传输线路、金属管、正方形孔、钢板、圆形孔和聚氨酯层；

所述圆柱体载体左侧开口右侧封闭，左侧开口处用聚氨酯层封口，内部为空心结构，所述圆柱体载体的外壳中部开有正方形孔和圆形孔，所述地应力传感器与钢板焊接连接，钢板置于探测方向，钢板位于正方形孔内，钢板超出圆柱体载体外壳，裂隙窥视探头位于圆形孔内，裂隙窥视探头向圆柱载体内凹，所述地应力传感器和裂隙窥视探头的底部分别固定在金属管上，探测方向朝向圆柱体载体的外壳的各传感器所对应的孔的方向，金属管固定在圆柱体载体内，金属管固定在圆柱体载体中轴线方向，右侧一端嵌入所述圆柱体载体的右侧壁内，不贯穿右侧壁，所述应力数据采集仪通过布置在金属管内的数据传输线路与地应力传感器连接，所述图像采集器通过布置在金属管内的另一根数据传输线路与裂隙窥视探头连接。

煤矿地下开采巷道围岩应力测试、裂隙窥视系统，包括地应力传感器、应力数据采集仪、裂隙窥视探头、图像采集器、主控制单元、电源；所述主控制单元包括A/D转换电路、CPU处理器、程序存储器、显示器、数据存储器、RS232通讯电路、操作键盘和信号输出接口；

所述地应力传感器的输出端与应力数据采集仪的输入端连接，所述裂隙窥视探头的输出端与所述图像采集器的输入端连接，所述应力数据采集仪与图像采集器的输出端分别与A/D转换电路的输入端连接，所述A/D转换电路的输出端与CPU处理器的输入端连接，所述程序存储器的输出端与CPU处理器的输入端连接，所述CPU处理器的输出端分别与显示器、数据存储器、RS232通讯电路、操作键盘和信号输出接口连接，所述电源与系统中所有模块连接；

所述地应力传感器，用于采集地应力信息；

所述裂隙窥视探头，用于采集裂隙信息；