一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置

1.本发明涉及钻孔应力监测设备，特别是涉及一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置。


背景技术：

2.钻孔应力监测装置主要应用在煤矿井工下开采过程中、地下工程掘进和隧道等硐室开拓过程中的应力监测。煤矿井工下开采过程中主要用于井下煤层和煤柱内应力监测。
3.目前钻孔应力监测设备主要为通过围岩变形对油压枕组件、油缸活塞施加应力，压力值通过变送器输送到传感器本体，传感器本体内数据通过有线传输和无线红外两种传输方式进行采集，最终带到地面进行数据分析。传统的应力监测设备主要存在以下弊端：一、油压枕组件、油缸活塞变形过程中，应力的变化是通过封闭空间油压的变化间接转换过来的，所以存在一定的误差。其次，油压枕组件、油缸活塞和传感器的应力传递过程中，受到传输距离的影响，传输的距离越大，传输过程中的能量损耗越大，所以应力值得准确性会进一步降低。二、油枕受外部组件空间位置影响，所以整个油枕组件只能监测径向一对应力变化，而不能对钻孔内径向各方向的应力变化同时进行监测，而对于油缸活塞应力监测，同样不可能做到每个方向布置一个油缸，所以对钻孔内各方向的应力不能进行全面监测，所测应力值在方向上具有很大局限性。三、传统的钻孔应力监测装置只能针对不同深度处钻孔内应力进行局部点的监测，不能对整个钻孔内不同深度处的应力值进行连续性监测，所以所得应力值具有间断性和不连续性，不能全面掌握不同位置处整个钻孔内不同深度的应力变化，应力值连续性较差。四、现有的钻孔应力监测装置位置确定主要通过井下巷道的开拓或者隧道施工过程中的参照物确定，进而通过计算确定钻孔位置和其相应位置处的应力值，不能够准确直观的确定其钻孔位置和不同深度处的应力值。五、传统的钻孔应力监测装置传感器在数据采集过程中，多采用有线传输或者无线红外传输到手持采集器，进而对采集的数据进行分析，不能够直接通过传感器实时的发射数据到接收分站，进而传输到地面监测分析系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，减小了传统钻孔应力监测装置因距离因素产生的应力误差，提高了应力监测的准确性，且可以对钻孔各径向应力进行监测。
5.为实现上述目的，发明采用的技术方案是：一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，包括：支撑管、应力检测组件和数据传输线，所述应力检测组件的数量为多个，多个所述应力检测组件沿支撑管外壁的周向及径向连续均匀布设，所述支撑管上开设有数据传输线孔，所述应力检测组件包括体积变形应力片和刚性保护片，所述刚性保护片贴敷在体积变形应力片的外侧，所述体积变形应力片的内侧与支撑管的外壁连接，所述数据传输线的一端穿过数据传输线孔后与体积变形应力片的数据输出端接口连接。
6.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述支撑管包括第一支撑管、第二支撑管和第三支撑管，所述第一支撑管的一端设置有第一管接头，所述第二支撑管的一端设置有第一管接口，所述第一管接头与第一管接口相配合且用于将第一支撑管和第二支撑管连接在一起，所述第二支撑管的另一端设置有第二管接头所述第三支撑管的一端设置有第二管接口，所述第二管接头与第二管接口相配合且用于将第二支撑管和第三支撑管连接在一起。
7.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述第一支撑管、第二支撑管和第三支撑管轴线设置在同一直线上，所述第一管接头与第一管接口螺纹连接或者卡接，所述第二管接头与第二管接口螺纹连接或者卡接。
8.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述第二支撑管的数量为一个或多个。
9.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括柔性保护膜，所述柔性保护膜套装在应力检测组件的外侧。
10.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括gps定位发射装置，所述gps定位发射装置的数量为多个，多个所述gps定位发射装置分别设置在第一支撑管、第二支撑管和第三支撑管内。
11.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括应力数据存储、信号发射器组件，所述应力数据存储、信号发射器组件包括数据采集模块、通讯模块、显示模块、输入模块和输出模块，所述数据采集模块与数据传输线的另一端连接且用于收集和处理体积变形应力片检测的数据，所述数据采集模块与通讯模块连接且用于通过通讯模块将数据采集模块收集处理的数据信息传输出去，所述数据采集模块与显示模块连接且用于通过显示模块显示数据采集模块采集和处理的数据，所述输入模块与数据采集模块连接且用于调整功能参数，所述输出模块与数据采集模块连接且用于将数据采集模块采集的数据转存入移动存储设备中。
12.上述的一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其特征在于，所述应力数据存储、信号发射器组件还包括金属外壳、电源和固定挂环，所述数据采集模块和通讯模块均设置在金属外壳内，所述通讯模块为5g无线通讯模块，所述显示模块为显示屏且设置在金属外壳的前面板上，所述输入模块为按钮且设置在金属外壳的前面板上，所述输出模块为usb数据输出接口且设置在金属外壳上，所述电源设置在金属外壳内且用于为智能无线多向连续钻孔应力监测装置的用电设备供电，所述固定挂环固定设置在金属外壳上部的外侧。
13.本发明与现有技术相比具有以下优点：
14.1、本发明利用智能5g无线网络对监测应力进行实时数据传输和分析，准确掌握监测应力体实时应力动态变化趋势，为工程施工过程和后期灾害治理提供依据。
15.2、本发明改进了现有设备钻孔应力监测时的间断式点应力监测，可以对钻孔深度内的全部位置应力进行连续性监测，大大提高了应力监测过程中的准确性，提高了同等条件下应力监测效率。
16.3、本发明通过对各应力监测分段安装定位装置，避免了现有设备参照式的定位缺陷，可以直接通过分段装置定位系统确定具体位置处的应力大小，做到定位准确直观明了。
17.4、本发明通过改变应力监测原理采用固体型体积变形应力片，提高了应力监测的准确性，避免了现有设备应力监测的误差。通过改变钻孔应力监测结构，对钻孔内各径向应力进行全方位监测，避免了现有设备局部性定向应力监测的缺点。
18.下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。
附图说明
19.图1为本发明立体结构示意图。
20.图2本发明剖视图。
21.图3为本发明横截面示意图。
22.图4为本发明应力数据存储、信号发射器组件的结构示意图。
23.图5为本发明电气原理框图。
24.附图标记说明：
25.10—支撑管；
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11—数据传输线孔；
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12—第一支撑管；
26.12-1—第一管接头；
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13—第二支撑管；
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13-1—第一管接口；
27.13-2—第二管接头；
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14—第三支撑管；
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14-1—第二管接口；
28.20—应力检测组件；
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21—体积变形应力片； 22—刚性保护片；
29.30—数据传输线；
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40—柔性保护膜；
30.50—gps定位发射装置； 61—数据采集模块；
31.62—通讯模块；
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63—显示模块；
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64—输入模块；
32.65—输出模块；
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71—金属外壳；
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72—电源；
33.73—固定挂环。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
35.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
36.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
37.如图1至图3所示，本发明公开了一种智能无线多向连续钻孔应力监测装置，其包括：支撑管10、应力检测组件20和数据传输线30，所述应力检测组件20的数量为多个，多个所述应力检测组件20沿支撑管10外壁的周向及径向连续均匀布设，所述支撑管10上开设有数据传输线孔11，所述应力检测组件20包括体积变形应力片21和刚性保护片22，所述刚性保护片22贴敷在体积变形应力片21的外侧，所述体积变形应力片21的内侧与支撑管10的外壁连接，所述数据传输线30的一端穿过数据传输线孔11后与体积变形应力片21的数据输出端接口连接。
38.本实施例中采用了体积变形应力片，通过围岩变形对应力片产生体积变化直接得
到围岩的应力值，与传统的钻孔应力监测装置采用油枕组件和活塞油缸对围岩应力变化进行监测，得到油枕组件和活塞油缸转化而来的围岩应力，相比减小了传统钻孔应力监测装置因距离因素产生的应力误差，提高了应力的准确性。其次，传统钻孔应力监测方向单一，不能对钻孔径向进行全方位的监测，本实施例中多个所述应力检测组件沿支撑管外壁的周向及径向连续均匀布设，可以对钻孔各径向应力进行监测。
39.如图2所示，所述支撑管10包括第一支撑管12、第二支撑管13和第三支撑管14，所述第一支撑管12的一端设置有第一管接头12-1，所述第二支撑管13的一端设置有第一管接口13-1，所述第一管接头12-1与第一管接口13-1相配合且用于将第一支撑管12和第二支撑管13连接在一起，所述第二支撑管13的另一端设置有第二管接头13-2所述第三支撑管14的一端设置有第二管接口14-1，所述第二管接头13-2与第二管接口14-1相配合且用于将第二支撑管13和第三支撑管14连接在一起。
40.本实施例中支撑管10有三段组成，且支撑管10为刚性不可压缩管状结构，其中第二支撑管13的数量为一个或多个，第一支撑管12、第二支撑管13和第三支撑管14的外侧均均匀布设应力检测组件20，通过拼装可以获取不同长度的智能无线多向连续钻孔应力监测装置，以适用不同孔深及监测需求，传统的钻孔应力监测装置只能监测孔深处的应力计长度部分的应力变化，不能对整个孔深全部应力进行连续监测，本实施例中的钻孔应力监测装置，通过改变应力装置结构使其能够分段连续监测，对由孔口到孔底处全段径向应力变化进行监测。所述第一支撑管12、第二支撑管13和第三支撑管14轴线设置在同一直线上，所述第一管接头12-1与第一管接口13-1螺纹连接或者卡接，所述第二管接头13-2与第二管接口14-1螺纹连接或者卡接。
41.如图2和图3所示，所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括柔性保护膜40，所述柔性保护膜40套装在应力检测组件20的外侧。所述柔性保护膜40主要用于防止应力计组件在推送进入钻孔过程中杂物进入和运输过程中损坏，柔性保护膜内部为弧度π/2的应力检测组件20。
42.如图2和图5所示，所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括gps定位发射装置50，所述gps定位发射装置50的数量为多个，多个所述gps定位发射装置50分别设置在第一支撑管12、第二支撑管13和第三支撑管14内。
43.所述智能无线多向连续钻孔应力监测装置还包括应力数据存储、信号发射器组件，所述应力数据存储、信号发射器组件包括数据采集模块61、通讯模块62、显示模块63、输入模块64和输出模块65，所述数据采集模块61与数据传输线30的另一端连接且用于收集和处理体积变形应力片21检测的数据，所述数据采集模块61与通讯模块62连接且用于通过通讯模块62将数据采集模块61收集处理的数据信息传输出去，所述数据采集模块61与显示模块63连接且用于通过显示模块63显示数据采集模块61采集和处理的数据，所述输入模块64与数据采集模块61连接且用于调整功能参数，所述输出模块65与数据采集模块61连接且用于将数据采集模块61采集的数据转存入移动存储设备中。
44.本实施例中每一分段监测装置均内置有gps定位发射装置50，可以通过gps定位发射装置50准确的确定孔位，由于第一支撑管12、第二支撑管13和第三支撑管14内均设置有gps定位发射装置50，可以准确的确定孔位不同深度的应力值。其次，利用通讯模块62与地面形成局域网系统，对井下钻孔监测应力数据进行实时分析。
45.如图4所示，所述应力数据存储、信号发射器组件还包括金属外壳71、电源72和固定挂环73，所述数据采集模块61和通讯模块62均设置在金属外壳71内，所述通讯模块62为5g无线通讯模块，所述显示模块63为显示屏且设置在金属外壳71的前面板上，所述输入模块64为按钮且设置在金属外壳71的前面板上，所述输出模块65为usb数据输出接口且设置在金属外壳71上，所述电源72设置在金属外壳71内且用于为智能无线多向连续钻孔应力监测装置的用电设备供电，所述固定挂环73固定设置在金属外壳71上部的外侧。
46.本发明智能无线多向连续钻孔应力监测装置安装及使用过程：根据井下煤层、煤柱和地下工程、隧道硐室等确定应力监测位置，在监测位置处确定应力钻孔的深度和钻孔的布设形式，打设钻孔完成后根据钻孔深度确定钻孔应力监测分段使用数量。分段应力监测数量确定后首先选用底部应力监测分段即第一支撑管12对应的监测分段，然后使用中部应力监测分段即第二支撑管13对应的监测分段与第一支撑管12对应的监测分段进行组装，首先将两支撑管内各数据线和电源线接口进行连接，然后将两个应力分段的支撑管端口进行连接，送入应力监测钻孔。在应力钻孔孔口使用上部应力监测分段即第三支撑管14对应的监测分段，然后将应力数据存储、信号发射器组件接口端与上部应力监测分段接口端连接，将其固定于应力钻孔监测合适位置，防止外部环境变化引起损坏。最后对安装的智能无线多向连续钻孔应力监测装置进行开机调试，确保各应力监测分段安装良好，数据传输正常，各分段运行正常，安装完毕，其余的各智能无线多向连续钻孔应力监测装置安装及使用过程按上述过程安装使用。
47.以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。