申请/专利权人：河南理工大学

申请日：2019-03-18

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN109813465B

主分类号：G01B7/16

分类号：G01B7/16;G01L1/00;G01L5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2019.06.21#实质审查的生效;2019.05.28#公开

摘要：本发明公开了一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法，属于测试装备领域，该监测装置包括应变片（1）、气囊模块（2）、支撑架（3）、数据采集模块（4），应变片（1）固定在气囊模块（2）上，气囊模块（2）放置在支撑架（3）上，应变片（1）外侧涂有粘结剂，气囊模块（2）膨胀时可以将应变片（1）向外撑起，并将应变片（1）贴紧到孔壁上，应变片（1）在粘结剂的作用下和孔壁固连，孔壁受到外界压力的作用发生变形，变形量通过应变片（1）采集由数据采集模块（4）收集存储，该种监测装置可以很方便的实现巷道围岩应力原位动态的监测，对提升巷道施工的安全性、可靠性有着非常重要的积极意义。

主权项：1.一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，该监测装置包括应变片1、气囊模块2、支撑架3、数据采集模块4，应变片1固定在气囊模块2上，气囊模块2放置在支撑架3上，所述气囊模块2包括气囊201，所述应变片1用强度较弱的胶粘结到气囊201上，应变片1外表面涂有高强度粘结剂，气囊模块2膨胀时能将应变片1向外撑起，并将应变片1贴紧到孔壁上，应变片1在粘结剂的作用下和孔壁固连，孔壁受到外界压力的作用发生变形，变形量通过应变片1采集由数据采集模块4收集存储，所述数据采集模块4的线束401与线束固定架402固连，应变片1的信号线通过线束固定架402与数据采集模块4的线束401连通，线束固定架402外侧涂有粘结剂，线束固定架402套在气囊模块2外侧，气囊模块2膨胀时能将线束固定架402向外撑起。

全文数据：一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法技术领域本发明公开一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法，属于测试装备领域。背景技术当今社会，巷（隧）道开掘非常普遍，如煤矿巷道、铁路公路隧道、地铁通道等等，由于各处地质情况不同会造成地下巷道围岩所受应力存在很大区别，巷道在各种力的作用下会出现不同的状况，如果能很好的监测巷道围岩应力，巷道支护时就可以根据不同的监测结果针对性的进行施工，将能大大提高巷道的安全性，本发明公开一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法，该种装置可以很方便的实现巷道围岩应力原位动态的监测，对提升巷道施工的安全性、可靠性有着非常重要的积极意义。发明内容为了实现巷道围岩应力原位动态的监测，提升巷道的安全性、可靠性，本发明公开一种巷道围岩应力原位动态监测装置，该监测装置包括应变片、气囊模块、支撑架、数据采集模块，应变片固定在气囊模块上，气囊模块放置在支撑架上，应变片外侧涂有粘结剂，气囊模块膨胀时可以将应变片向外撑起，并将应变片贴紧到孔壁上，应变片在粘结剂的作用下和孔壁固连，孔壁受到外界压力的作用发生变形，变形量通过应变片采集由数据采集模块收集存储。优选地，所述应变片绕气囊模块一周均匀布置3个。优选地，所述数据采集模块的线束与线束固定架固连，应变片的信号线通过固定架与数据采集模块的线束连通，线束固定架外侧涂有粘结剂，线束固定架套在气囊模块外侧，气囊模块膨胀时可以将线束固定架向外撑起。优选地，所述线束固定架优选橡胶材料。优选地，所述气囊模块包括气囊、气管、气泵、电控模块，气囊为弹性材料，电控模块控制气泵工作并为气泵工作提供能量，气泵通过气管驱动气囊膨胀和收缩。优选地，所述气囊优选为圆柱形橡胶气囊。优选地，所述支撑架包括气囊固定座、支杆，气囊固定座和支杆之间固连并设有气管孔，支杆可以将气囊固定座及整个监测装置放入钻孔中，气管孔供气管向外穿出。优选地，所述气囊固定座外侧布置3个对中支架，对中支架绕气囊固定座均匀布置，对中支架优选弹簧片。优选地，所述支撑架上设有防尘罩，防尘罩与支撑架嵌套连接，防尘罩上设有控制绳，在监测装置放置到预定位置后通过控制控制绳使得防尘罩与支撑架分离。一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法：第一步，将应变片用强度较弱的胶粘结到气囊上，应变片外表面涂有高强度粘结剂；第二步，将应变片通过线束固定架、线束与数据采集模块联通，线束固定架外表面涂有高强度粘结剂；第三步，使用支撑架将监测装置放置到钻孔需要监测的位置；第四步，通过电控模块控制气泵工作进而驱动气囊膨胀，气囊膨胀可以将将应变片及线束固定架的外侧面贴紧围岩的孔壁，待粘结剂与孔壁粘结牢固后使气囊收缩，应变片及线束固定架就安装到孔壁上了；第五步，将气囊模块和支撑架取出，留应变片和数据采集模块进行巷道围岩应力原位动态的监测。通过上述技术方案，本发明实现了巷道围岩应力原位动态的监测，提升了巷道的安全性、可靠性。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1：监测装置整体结构布局示意图；图2：监测部分结构示意图；图3：气囊模块部分结构示意图；图4：支撑架部分结构示意图；图5：支撑架加装防尘罩状态示意图。附图标记说明1、应变片；2、气囊模块；201、气囊；202、气管；203、气泵；204、电控模块；3、支撑架；301、气囊固定座；302、对中支架；303、气管孔；304、支杆；305、防尘罩4、数据采集模块；401、线束；402、线束固定架。具体实施方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。如图1所示，本发明公开一种巷道围岩应力原位动态监测装置，该监测装置包括应变片1、气囊模块2、支撑架3、数据采集模块4，应变片1固定在气囊模块2上，气囊模块2放置在支撑架3上，应变片1外侧涂有粘结剂，气囊模块2膨胀时可以将应变片1向外撑起，并将应变片1贴紧到孔壁上，应变片1在粘结剂的作用下和孔壁固连，孔壁受到外界压力的作用发生变形，变形量通过应变片1采集由数据采集模块4收集存储。通过将该监测装置放置到围岩的钻孔内部，将应变片1安装到钻孔孔壁上，通过监控孔壁的时时变形来达到巷道围岩应力原位动态监测的目的。为了更好的监测巷道围岩应力原位动态，应变片1绕气囊模块2一周均匀布置3个。如图2所示，数据采集模块4的线束401与线束固定架402固连，应变片1的信号线通过固定架402与数据采集模块4的线束401连通，线束固定架402外侧涂有粘结剂，线束固定架402套在气囊模块2外侧，气囊模块2膨胀时可以将线束固定架402向外撑起，并将线束固定架402贴紧到孔壁上，线束固定架402在粘结剂的作用下和孔壁固连，这样就能很好的防止线束401对应变片1的拖拽造成应变片1的损坏或是松动。线束固定架402优选橡胶材料。如图3所示，气囊模块2包括气囊201、气管202、气泵203、电控模块204，气囊201为弹性材料，电控模块204控制气泵203工作并为气泵203工作提供能量，气泵203通过气管202驱动气囊201膨胀和收缩。通过控制气囊201的膨胀和收缩就可以将应变片1安装到围岩的孔壁上。气囊201优选为圆柱形橡胶气囊。如图4所示，支撑架3包括气囊固定座301、支杆304，气囊固定座301和支杆304之间固连并设有气管孔303，支杆304可以将气囊固定座301及整个监测装置放入钻孔中，气管孔303供气管202向外穿出。气囊固定座301外侧布置3个对中支架302，对中支架302绕气囊固定座301均匀布置，对中支架302优选弹簧片。对中支架302有助于将监测装置与钻孔中心对正，使得应变片1可以均匀的安装到钻孔孔壁上。如图5所示，支撑架3上设有防尘罩305，防尘罩305与支撑架3嵌套连接，防尘罩305可以防止应变片1及线束固定架402外侧的粘结剂在监测装置放入钻孔过程中粘上灰尘，以免影响粘结剂的粘结效果，防尘罩305上设有控制绳306，在监测装置放置到预定位置后通过控制控制绳使得防尘罩305与支撑架3分离，使得应变片1及线束固定架402外侧暴露出来。结合以上诸图，一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法包括：第一步，将应变片1用强度较弱的胶粘结到气囊201上，应变片1外表面涂有高强度粘结剂；第二步，将应变片1通过线束固定架402、线束401与数据采集模块4联通，线束固定架402外表面涂有高强度粘结剂；第三步，使用支撑架3将监测装置放置到钻孔需要监测的位置；第四步，通过电控模块204控制气泵203工作进而驱动气囊201膨胀，气囊201膨胀可以将将应变片1及线束固定架402的外侧面贴紧围岩的孔壁，待粘结剂与孔壁粘结牢固后使气囊201收缩，应变片1及线束固定架402就安装到孔壁上了；第五步，将气囊模块2和支撑架3取出，留应变片1和数据采集模块4进行巷道围岩应力原位动态的监测。通过上述技术方案，本发明实现了巷道围岩应力原位动态的监测，提升了巷道的安全性、可靠性。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

权利要求：1.一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，该监测装置包括应变片（1）、气囊模块（2）、支撑架（3）、数据采集模块（4），应变片（1）固定在气囊模块（2）上，气囊模块（2）放置在支撑架（3）上，应变片（1）外侧涂有粘结剂，气囊模块（2）膨胀时可以将应变片（1）向外撑起，并将应变片（1）贴紧到孔壁上，应变片（1）在粘结剂的作用下和孔壁固连，孔壁受到外界压力的作用发生变形，变形量通过应变片（1）采集由数据采集模块（4）收集存储。2.根据权利要求1所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述应变片（1）绕气囊模块（2）一周均匀布置3个。3.根据权利要求1所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述数据采集模块（4）的线束（401）与线束固定架（402）固连，应变片（1）的信号线通过固定架（402）与数据采集模块（4）的线束（401）连通，线束固定架（402）外侧涂有粘结剂，线束固定架（402）套在气囊模块（2）外侧，气囊模块（2）膨胀时可以将线束固定架（402）向外撑起。4.根据权利要求3所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述线束固定架（402）优选橡胶材料。5.根据权利要求1所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述气囊模块（2）包括气囊（201）、气管（202）、气泵（203）、电控模块（204），气囊（201）为弹性材料，电控模块（204）控制气泵（203）工作并为气泵（203）工作提供能量，气泵（203）通过气管（202）驱动气囊（201）膨胀和收缩。6.根据权利要求5所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述气囊（201）优选为圆柱形橡胶气囊。7.根据权利要求1所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述支撑架（3）包括气囊固定座（301）、支杆（304），气囊固定座（301）和支杆（304）之间固连并设有气管孔（303），支杆（304）可以将气囊固定座（301）及整个监测装置放入钻孔中，气管孔（303）供气管（202）向外穿出。8.根据权利要求7所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述气囊固定座（301）外侧布置3个对中支架（302），对中支架（302）绕气囊固定座（301）均匀布置，对中支架（302）优选弹簧片。9.根据权利要求1所述的一种巷道围岩应力原位动态监测装置，其特征在于，所述支撑架（3）上设有防尘罩（305），防尘罩（305）与支撑架（3）嵌套连接，防尘罩（305）上设有控制绳306，在监测装置放置到预定位置后通过控制控制绳使得防尘罩（305）与支撑架（3）分离。10.根据权利要求1-9中任一项所述一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法，其特征在于，所述监测装置的工作方法包括：第一步，将应变片（1）用强度较弱的胶粘结到气囊（201）上，应变片（1）外表面涂有高强度粘结剂；第二步，将应变片（1）通过线束固定架（402）、线束（401）与数据采集模块（4）联通，线束固定架（402）外表面涂有高强度粘结剂；第三步，使用支撑架（3）将监测装置放置到钻孔需要监测的位置；第四步，通过电控模块（204）控制气泵（203）工作进而驱动气囊（201）膨胀，气囊（201）膨胀可以将将应变片（1）及线束固定架（402）的外侧面贴紧围岩的孔壁，待粘结剂与孔壁粘结牢固后使气囊（201）收缩，应变片（1）及线束固定架（402）就安装到孔壁上了；第五步，将气囊模块（2）和支撑架（3）取出，留应变片（1）和数据采集模块（4）进行巷道围岩应力原位动态的监测。

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