本發(fā)明涉及一種圍巖應力計，具體是一種適用于煤礦井下的位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置，屬于煤礦巖體應力測量技術領域。

背景技術：

地應力的測量及應用無論在構造地質、地震預報和地球動力學研究上，還是在礦山開采、地下工程和能源開發(fā)等生產實踐中均起到了越來越重要的作用，日益受到國內外學術界和工程界的重視。

對礦山開采而言，開掘巷道和進行開采工作稱為對煤或圍巖的采動，采動發(fā)生后破壞了原巖體的應力平衡狀態(tài)，引起巖體內部的應力重新分布，重新分布的應力超過煤、巖的極限強度時會使巷道或采煤工作面周圍的煤、巖發(fā)生破壞，并向已采空間移動，直至形成新的應力平衡狀態(tài)，采動時作用在圍巖中和支護物上的力成為采動應力，采動應力可能導致煤層頂板垮落與破壞、支架折損、片幫冒頂、底鼓等一般的礦山壓力現象，也可能導致沖擊礦壓、頂板大面積來壓、巖爆、礦震、煤與瓦斯突出、地表突然塌陷等大的礦山動力現象，采動應力對應采動應力場，準確摸清采動應力場在煤巖體開采過程中的時空演化規(guī)律對評價和預測礦山壓力現象、礦山動力現象都具有十分重要的意義。

現有技術中采動應力的采集通常采用鉆孔圍巖應力計，即在擬測應力的煤或巖體上鉆孔后通過安裝導桿置入應力計進行應力數值采集，但鉆孔往往因鉆孔平面不平或鉆進時受力不均等原因造成鉆孔偏離預定方向，鉆孔深度越深偏離越顯著，尤其是與水平面具有一定夾角的傾斜鉆孔更不易保證鉆孔方向，進而極易導致圍巖應力計所測應力并非所需求方向的應力，鉆孔方向越偏離、鉆孔深度越深所測的應力誤差越大，從而極易造成因數值偏差產生判斷失誤；另外，傳統(tǒng)的圍巖應力計在置入鉆孔內的過程中不易準確保證圍巖應力計的位態(tài)，鉆孔越深這種位態(tài)改變越不易控制，進而進一步導致圍巖應力計的測力方向與預設的方向產生偏差造成應力數據采集誤差。

技術實現要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置，可以實現應力計本體在鉆孔內的位態(tài)調整，進而實現最大限度地減小因鉆孔偏移和置入圍巖應力計時軸向偏轉造成的測量誤差、實現準確測量圍巖應力，特別適用于煤礦采動應力的數據采集和監(jiān)控。

為實現上述目的，本位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置包括應力計本體和顯示儀表箱；

所述的應力計本體整體呈圓柱形，其前端設置成錐形結構，應力計本體內部設有承壓腔，應力計本體上還設有承壓塊、周向旋轉角度調節(jié)機構、重力感應器；承壓塊通過應力計本體上沿徑向方向設置的導向結構密封嵌入在應力計本體上、且承壓塊的嵌入端與應力計本體內部的承壓腔連通；周向旋轉角度調節(jié)機構可驅動應力計本體沿圓周方向順時針旋轉或逆時針旋轉；應力計本體的后端設有快速連接頭；

所述的顯示儀表箱包括控制器、顯示屏、液壓泵站、控制閥組、周向旋轉控制回路、承壓塊控制回路、應力數值采集計算回路，控制器分別與顯示屏、液壓泵站、控制閥組電連接，液壓泵站通過控制閥組及液壓管路與應力計本體的承壓腔密封連接，控制器分別與周向旋轉角度調節(jié)機構、重力感應器連接。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構采用液壓控制，周向旋轉角度調節(jié)機構通過液壓管路、顯示儀表箱的控制閥組與控制器連接。

作為本發(fā)明周向旋轉角度調節(jié)機構的一種實施方式，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構沿應力計本體的柱體切線方向設置，包括至少兩個左右對稱設置的調節(jié)缸，調節(jié)缸分別通過液壓管路與顯示儀表箱的控制閥組連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的左右對稱設置的調節(jié)缸設置在承壓塊的兩側、且調節(jié)缸的伸縮方向背離承壓塊的伸出方向設置。

作為本發(fā)明周向旋轉角度調節(jié)機構的另一種實施方式，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構是液壓馬達，液壓馬達通過液壓管路與顯示儀表箱的控制閥組連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的應力計本體上還設有逆止機構。

作為本發(fā)明逆止機構的一種實施方式，所述的逆止機構是設置在應力計本體的錐形結構上的多個均布的彈性逆止棘爪，彈性逆止棘爪沿錐形斜面向后外側延伸設置。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的應力計本體上還設有周向角度反饋傳感器，周向角度反饋傳感器與所述的顯示儀表箱的控制器電連接。

作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的重力感應器和周向角度反饋傳感器均嵌入應力計本體內部，且重力感應器和周向角度反饋傳感器均位于應力計本體的后部。

與現有技術相比，本位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置由于設有周向旋轉角度調節(jié)機構，因此在將應力計本體置入鉆孔孔內并拆除安裝導桿之后可以根據顯示儀表箱顯示屏上的顯示角度值控制周向旋轉角度調節(jié)機構動作帶動應力計本體周向旋轉進行微調整位態(tài)使顯示角度值顯示為0°(水平鉆孔)或波動范圍內的最小值(傾斜鉆孔)，進而可以保證測量數據的準確性，既使監(jiān)測初期應力計本體的位態(tài)可能會發(fā)生變化，變化后依然可以通過周向旋轉角度調節(jié)機構實時調整應力計本體的位態(tài)直至其被圍巖壓實；由于設有重力感應器，因此既使鉆孔的真實角度和預設的角度有一定誤差，由得到的壓力值和角度值也可以根據力的分解求得預設方向的壓力，進而進一步保證測量數據的準確性，實現最大限度地減小因鉆孔偏移和置入圍巖應力計時軸向偏轉造成的測量誤差、實現準確測量圍巖應力，特別適用于煤礦采動應力的數據采集和監(jiān)控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是圖1的A-A旋轉視圖；

圖3是本發(fā)明工作狀態(tài)時的示意圖。

圖中：1、應力計本體，2、顯示儀表箱，3、承壓塊，4、周向旋轉角度調節(jié)機構，5、重力感應器，6、快速連接頭，7、逆止機構。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明(以下以應力計本體1置入鉆孔內的方向為前方描述)。

如圖1所示，本位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置包括應力計本體1和顯示儀表箱2。

所述的應力計本體1整體呈圓柱形，其前端設置成錐形結構，便于向鉆孔內推進，應力計本體1內部設有承壓腔，應力計本體1上還設有承壓塊3、周向旋轉角度調節(jié)機構4、重力感應器5；承壓塊3通過應力計本體1上沿徑向方向設置的導向結構密封嵌入在應力計本體1上、且承壓塊3的嵌入端與應力計本體1內部的承壓腔連通；周向旋轉角度調節(jié)機構4可驅動應力計本體1沿圓周方向順時針旋轉或逆時針旋轉；應力計本體1的后端設有快速連接頭6，用于連接安裝導桿。

所述的顯示儀表箱2包括控制器、顯示屏、液壓泵站、控制閥組、周向旋轉控制回路、承壓塊控制回路、應力數值采集計算回路，控制器分別與顯示屏、液壓泵站、控制閥組電連接，液壓泵站通過控制閥組及液壓管路與應力計本體1的承壓腔密封連接，控制器分別與周向旋轉角度調節(jié)機構4、重力感應器5連接。

通常采動應力是采集豎直方向向下的圍巖應力，即需保證鉆孔圍巖應力計的承壓塊位于應力計本體的上方以保證采集數據的準確性，本位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置在煤礦井下使用時，如圖3所示，先將通用的安裝導桿頂端通過快速連接機構與應力計本體1后端的快速連接頭6連接，然后將應力計本體1送入已鉆好的鉆孔底部設定位置，針對水平鉆孔，送入過程中通過觀察顯示儀表箱2顯示屏上的顯示角度值轉動安裝導桿進行粗調整位態(tài)使角度保持在0°，針對傾斜鉆孔，送入過程中通過觀察顯示儀表箱2顯示屏上的顯示角度值轉動安裝導桿進行粗調位態(tài)整使角度保持在波動范圍內的最小值；待應力計本體1放入孔底后松開安裝導桿頂端的快速連接機構將安裝導桿拆除，然后根據顯示儀表箱2顯示屏上的顯示角度值控制周向旋轉角度調節(jié)機構4動作帶動應力計本體1周向旋轉進行微調整位態(tài)使顯示角度值顯示為0°(水平鉆孔)或波動范圍內的最小值(傾斜鉆孔)；最后控制液壓泵站向應力計本體1的承壓腔內注油使承壓塊3頂出并與鉆孔孔壁貼合并通過控制閥組保壓即可，顯示儀表箱2顯示屏上可以實時顯示應力數值；針對傾斜鉆孔，根據幾何關系，所得最小角度值是測壓平面和水平面形成的二面角，這個角度即是鉆孔與水平面之間的夾角，鉆孔的真實角度和預設的角度有一定誤差，由得到的壓力值和角度值，可以根據力的分解求得預設方向的壓力；監(jiān)測初期應力計本體1的位態(tài)可能會發(fā)生變化，變化后依然可以通過周向旋轉角度調節(jié)機構4實時調整應力計本體1的位態(tài)直至其被圍巖壓實。

所述的周向旋轉角度調節(jié)機構4可以采用電控，也可以采用氣動控制或者液壓控制，由于煤礦井下具有防爆要求，而液壓控制比氣動控制更穩(wěn)定，因此優(yōu)選液壓控制，即，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構4采用液壓控制，周向旋轉角度調節(jié)機構4通過液壓管路、顯示儀表箱2的控制閥組與控制器連接。

作為本發(fā)明周向旋轉角度調節(jié)機構4的一種實施方式，如圖2所示，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構4沿應力計本體1的柱體切線方向設置，包括至少兩個左右對稱設置的調節(jié)缸，調節(jié)缸分別通過液壓管路與顯示儀表箱2的控制閥組連接；某一方向的調節(jié)缸伸出并支撐在鉆孔孔壁上后繼續(xù)控制其伸出，則孔壁的反作用力推動應力計本體1繞其軸心做相對轉動，進而實現微調應力計本體1的位態(tài)，控制另一方向的調節(jié)缸可控制應力計本體1反方向微調。

為了實現在較小的應力計本體1上合理設置調節(jié)缸，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的左右對稱設置的調節(jié)缸設置在承壓塊3的兩側、且調節(jié)缸的伸縮方向背離承壓塊3的伸出方向設置。

作為本發(fā)明周向旋轉角度調節(jié)機構4的另一種實施方式，所述的周向旋轉角度調節(jié)機構4是液壓馬達，液壓馬達通過液壓管路與顯示儀表箱2的控制閥組連接，通過控制液壓馬達的正反轉實現應力計本體1的周向位態(tài)的變化。

針對傾斜向上的鉆孔，為了防止將應力計本體1置入鉆孔內后向外滑動，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的應力計本體1上還設有逆止機構7。

作為本發(fā)明逆止機構7的一種實施方式，所述的逆止機構7是設置在應力計本體1的錐形結構上的多個均布的彈性逆止棘爪，彈性逆止棘爪沿錐形斜面向后外側延伸設置，彈性逆止棘爪可卡接在鉆孔孔壁上防止應力計本體1向外滑動。

為了進一步準確顯示應力計本體1的軸向旋轉角度，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的應力計本體1上還設有周向角度反饋傳感器，周向角度反饋傳感器與所述的顯示儀表箱2的控制器電連接，置入鉆孔內后可通過周向角度反饋傳感器直觀反饋應力計本體1的軸向旋轉角度。

為了防止將應力計本體1置入鉆孔內的過程中鉆孔孔壁對重力感應器5和周向角度反饋傳感器造成剮蹭，同時實現便于接線，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的重力感應器5和周向角度反饋傳感器均嵌入應力計本體1內部，且重力感應器5和周向角度反饋傳感器均位于應力計本體1的后部。

本位態(tài)可調的圍巖應力測量裝置由于設有周向旋轉角度調節(jié)機構4，因此在將應力計本體1置入鉆孔孔內并拆除安裝導桿之后可以根據顯示儀表箱2顯示屏上的顯示角度值控制周向旋轉角度調節(jié)機構4動作帶動應力計本體1周向旋轉進行微調整位態(tài)使顯示角度值顯示為0°(水平鉆孔)或波動范圍內的最小值(傾斜鉆孔)，進而可以保證測量數據的準確性，既使監(jiān)測初期應力計本體1的位態(tài)可能會發(fā)生變化，變化后依然可以通過周向旋轉角度調節(jié)機構4實時調整應力計本體1的位態(tài)直至其被圍巖壓實；由于設有重力感應器5，因此既使鉆孔的真實角度和預設的角度有一定誤差，由得到的壓力值和角度值也可以根據力的分解求得預設方向的壓力，進而進一步保證測量數據的準確性，實現最大限度地減小因鉆孔偏移和置入圍巖應力計時軸向偏轉造成的測量誤差、實現準確測量圍巖應力，特別適用于煤礦采動應力的數據采集和監(jiān)控。