專利名稱：地應(yīng)力隨鉆測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地應(yīng)力測量裝置及方法，尤其涉及一種地應(yīng)力隨鉆 測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
在采礦工程中，經(jīng)常遇到構(gòu)造應(yīng)力過大引起的礦壓顯現(xiàn)，因此煤層 中地應(yīng)力測量是隨著開拓掘進(jìn)和采煤的進(jìn)程而時常進(jìn)行的。但目前的測 量方法是沿用巖石力學(xué)中的測量方法，即測量時首先使用鉆機(jī)在待測深 度的煤層打孔，然后將鉆桿拔出，將壓力傳感器放入所打測量孔中，再 用粘土將測量孔填實(shí)，需要等到測量孔內(nèi)的壓力達(dá)到平衡后，才能通過 壓力傳感器測量出準(zhǔn)確的地應(yīng)力，而孔內(nèi)的壓力達(dá)到平衡所等待的時間 通常需要很長，所以此法不但工藝復(fù)雜且費(fèi)工費(fèi)時。而且當(dāng)需要測量不 同煤層深度的地應(yīng)力時，需要分別鉆出各自的測量孔。因?yàn)槿绻盟?打的較淺的測量孔來繼續(xù)測量的話，就需要先將原來填入的煤屑或土及 壓力傳感器從測量孔中取出，再用鉆機(jī)在原來的基礎(chǔ)上鉆出更深的測量
孔，通常這種測量孔的深度為IO幾米范圍內(nèi)，這樣的操作十分復(fù)雜，不
便于井下實(shí)施操作。特別是在軟煤層不易成孔時，該法就不能再用。因 為隨著鉆桿的拔出，測量孔孔壁的軟煤層煤屑就會塌落在測量孔中，將 孔堵死，無法放入壓力傳感器而無法使用該方法來測量軟煤層的地應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在一個測 量孔中連續(xù)測量、測量時間短、且能夠測量軟煤層的地應(yīng)力隨鉆測量裝 置及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種地應(yīng)力隨鉆測量裝置，包括鉆機(jī)、 鉆桿和鉆頭，與鉆頭相連的鉆桿上靠近鉆頭的側(cè)壁上設(shè)有壓力傳感器， 所述鉆桿上還設(shè)有保護(hù)壓力傳感器的滑蓋，滑蓋滑開時可使壓力傳感器顯露出來，滑蓋關(guān)閉時可使壓力傳感器被滑蓋封閉，所述滑蓋通過驅(qū)動 裝置來實(shí)現(xiàn)滑開與關(guān)閉。
進(jìn)一步，所述壓力傳感器為兩個，夾角為90° ，所述滑蓋為圓拱形， 外徑與鉆桿外徑相同，軸線與鉆桿軸線平行，鉆桿上具有與滑蓋相配合 的滑軌，使滑蓋可沿鉆桿軸向滑動。
進(jìn)一步，所述滑蓋的驅(qū)動裝置為電機(jī)驅(qū)動裝置，包括電機(jī)、固定在 電機(jī)軸上的齒輪、以及與齒輪相配合的齒條，所述齒條固定在所述滑蓋 內(nèi)側(cè)。
進(jìn)一步，所述電機(jī)為微型同步電機(jī)。 本發(fā)明還提供一種地應(yīng)力隨鉆測量方法，包括如下步驟
1) 在井下工作面選擇需要測量的位置，按照設(shè)計(jì)好的鉆孔傾角、方 位、深度和孔徑，用地應(yīng)力隨鉆測量裝置施工鉆孑L;
2) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器直接連接信 號處理裝置，然后通過滑蓋驅(qū)動裝置使滑蓋滑開露出壓力傳感器；
3) 通過壓力傳感器測量煤層的地應(yīng)力。 進(jìn)一步，還包括如下步驟
4) 通過滑蓋的驅(qū)動裝置驅(qū)動滑蓋關(guān)閉，使壓力傳感器與信號處理裝 置的連接斷開；
5) 將鉆機(jī)與鉆桿重新連接，繼續(xù)向下一個需要測量的深度打孑L;
6) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器直接連接信 號處理裝置，然后通過滑蓋驅(qū)動裝置使滑蓋滑開露出壓力傳感器；
7) 通過壓力傳感器測量煤層的地應(yīng)力。
本發(fā)明通過在鉆頭后附加一種裝置，該裝置由傳感器、微型同步電 機(jī)、滑蓋等部件組成，可隨時停鉆進(jìn)行地應(yīng)力測量，外設(shè)為可直接控制 和監(jiān)測的集成單元，將控制操作、實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)讀取和存取功能集成 一體，可方便地在井下使用，能夠在一個測量孔中連續(xù)測量、測量準(zhǔn)確 且時間短，并能夠測量軟煤層的地應(yīng)力。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
4圖1為本發(fā)明的一種地應(yīng)力隨鉆測量裝置的剖^L圖； 圖2為圖1的A-A向剖;阮圖； 圖3為圖1的B-B向剖^L圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
如圖1至圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種地應(yīng)力隨鉆測量裝置， 包括鉆機(jī)(圖中未示出)、鉆桿2和鉆頭1，與鉆頭1相連的鉆桿2上靠 近鉆頭1的側(cè)壁上設(shè)有壓力傳感器3，鉆桿2上還設(shè)有保護(hù)壓力傳感器3 的滑蓋21，滑蓋21滑開時可使壓力傳感器3顯露出來，滑蓋21關(guān)閉時 可使壓力傳感器3被滑蓋21封閉，滑蓋21通過驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)滑開與 關(guān)閉。壓力傳感器3為兩個，夾角為90° ,可以測量X, Y兩個方向的 地應(yīng)力。每個壓力傳感器3設(shè)有數(shù)據(jù)線31，接線端子為插頭方式，方便 接線(可利用插頭將帶有插頭的導(dǎo)線依次連接)。滑蓋21為圓拱形，大 小應(yīng)能夠完全覆蓋兩個壓力傳感器，例如圓心角可以大于100° ,以便能 夠?qū)蓚€壓力傳感器3完全覆蓋，外徑與鉆桿外徑相同，軸線與鉆桿2 軸線平行。鉆桿2上具有與滑蓋21相配合的滑軌22，使滑蓋21可沿鉆 桿2軸向滑動?；w21的驅(qū)動裝置為電機(jī)驅(qū)動裝置，包括固定在鉆桿2 內(nèi)壁上的電機(jī)4、固定在電機(jī)軸上的齒輪43、以及與齒輪相配合的齒條 42，齒條42固定在滑蓋21內(nèi)側(cè)。電機(jī)4為微型同步電機(jī)。電機(jī)4設(shè)有 連接線41，接線端子為插頭方式，方便接線(可利用插頭將帶有插頭的 導(dǎo)線依次連接)。
使用時，將本實(shí)施例提供的地應(yīng)力隨鉆測量裝置通過鉆機(jī)鉆入煤層 中(可依據(jù)不同的深度選擇多節(jié)鉆桿)，然后連接好各種電氣電路，通過 滑蓋21的驅(qū)動裝置將滑蓋21滑開，散落的煤層就會與露出的壓力傳感 器3相接觸，通過壓力傳感器3就可以測量出煤層的地應(yīng)力。如需繼續(xù) 測量更深的煤層的地應(yīng)力，通過驅(qū)動裝置將滑蓋21關(guān)閉，然后再向更深 的煤層鉆孔，再重復(fù)上述的測量步驟即可測量相應(yīng)深度的煤層的地應(yīng)力。
實(shí)施例2:
本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種地應(yīng)力隨鉆測量方法，包括如下步驟1) 在井下工作面選擇需要測量的位置，按照設(shè)計(jì)好的鉆孔傾角、方 位、深度和孔徑，用實(shí)施例1所述的地應(yīng)力隨鉆測量裝置施工鉆孔，此
時，保持滑蓋21處于關(guān)閉狀態(tài)；
2) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿2與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器3直接連 接信號處理裝置(圖中未示出)，再將其他各種電路連通，然后通過滑蓋 21的驅(qū)動裝置使滑蓋21滑開露出壓力傳感器3;
具體的，通過控制電機(jī)4帶動齒輪43、齒條42機(jī)構(gòu)來驅(qū)動滑蓋21 滑開。
3) 通過壓力傳感器3測量煤層的地應(yīng)力。 如果還要測量更深的位置的地應(yīng)力，則還包括如下步驟
4) 通過滑蓋21的驅(qū)動裝置驅(qū)動滑蓋21關(guān)閉，并使壓力傳感器3與 信號處理裝置的連接及其他電路斷開；
5) 將鉆機(jī)與鉆桿2重新連接，繼續(xù)向下一個需要測量的深度打孔；
6) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿2與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器3直接連 接信號處理裝置，并連接其他電路，然后通過滑蓋21的驅(qū)動裝置使滑蓋 21滑開露出壓力傳感器3;
7) 通過壓力傳感器3測量煤層的地應(yīng)力。
本發(fā)明通過在鉆頭后附加一種裝置，該裝置由傳感器、微型同步電 機(jī)、滑蓋等部件組成，可隨時停鉆進(jìn)行地應(yīng)力測量，外設(shè)為可直接控制 和監(jiān)測的集成單元，將控制操作、實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)讀取和存取功能集成 一體，可方便地在井下使用，能夠在一個測量孔中連續(xù)測量、測量準(zhǔn)確 且時間短。由于采用隨鉆測量的方式，測量時不用將鉆桿拔出，可以解 決軟煤層塌陷的問題，能夠有效地測量軟煤層的地應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.一種地應(yīng)力隨鉆測量裝置，包括鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭，其特征在于，與鉆頭相連的鉆桿上靠近鉆頭的側(cè)壁上設(shè)有壓力傳感器，所述鉆桿上還設(shè)有保護(hù)壓力傳感器的滑蓋，滑蓋滑開時可使壓力傳感器顯露出來，滑蓋關(guān)閉時可使壓力傳感器被滑蓋封閉，所述滑蓋通過設(shè)置在所述鉆桿內(nèi)部的驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)滑開與關(guān)閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地應(yīng)力隨鉆測量裝置，其特征在于，所述壓力 傳感器為兩個，夾角為90°,所述滑蓋為圓拱形，外徑與鉆桿外徑相 同，軸線與鉆桿軸線平行，鉆桿上具有與滑蓋相配合的滑軌，使滑蓋 可沿鉆桿軸向滑動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地應(yīng)力隨鉆測量裝置，其特征在于，所述滑蓋 的驅(qū)動裝置為電機(jī)驅(qū)動裝置，包括固定在鉆桿內(nèi)壁上的電機(jī)、固定在 電機(jī)軸上的齒輪、以及與齒輪相配合的齒條，所述齒條固定在所述滑 蓋內(nèi)側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的地應(yīng)力隨鉆測量裝置，其特征在于，所述電機(jī) 為微型同步電機(jī)。
5. —種地應(yīng)力隨鉆測量方法，其特征在于，包括如下步驟1) 在井下工作面選擇需要測量的位置，按照設(shè)計(jì)好的鉆孔傾角、方 位、深度和孔徑，用權(quán)利要求1所述的地應(yīng)力隨鉆測量裝置施工鉆孔；2) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器直接連接信 號處理裝置，然后通過滑蓋驅(qū)動裝置使滑蓋滑開露出壓力傳感器；3) 通過壓力傳感器測量煤層的地應(yīng)力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地應(yīng)力隨鉆測量方法，其特征在于，還包括如 下步驟4) 通過滑蓋的驅(qū)動裝置驅(qū)動滑蓋關(guān)閉，并使壓力傳感器與信號處理 裝置的連接斷開；5) 將鉆機(jī)與鉆桿重新連接，繼續(xù)向下一個需要測量的深度打孔；6) 鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器直接連接信 號處理裝置，然后通過滑蓋驅(qū)動裝置使滑蓋滑開露出壓力傳感器；7) 通過壓力傳感器測量煤層的地應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地應(yīng)力隨鉆測量裝置，包括鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭，與鉆頭相連的鉆桿上靠近鉆頭的側(cè)壁上設(shè)有壓力傳感器，鉆桿上還設(shè)有保護(hù)壓力傳感器的滑蓋，滑蓋通過驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)滑開與關(guān)閉。本發(fā)明還公開了一種地應(yīng)力隨鉆測量方法，包括如下步驟選擇需要測量的位置，用地應(yīng)力隨鉆測量裝置施工鉆孔；鉆完孔后停機(jī)，使鉆桿與鉆機(jī)脫離，再將壓力傳感器直接連接信號處理裝置，然后通過滑蓋驅(qū)動裝置使滑蓋滑開露出壓力傳感器；通過壓力傳感器測量煤層的地應(yīng)力。本發(fā)明可隨時停鉆進(jìn)行地應(yīng)力測量，可方便地在井下使用，能夠在一個測量孔中連續(xù)測量、測量準(zhǔn)確且時間短，并能夠測量軟煤層的地應(yīng)力。
文檔編號E21B47/06GK101581219SQ200810111709
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者張均鋒 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所