地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，屬于煤巖體安全技術領域。
【背景技術】
[0002]地應力是存在地層中未受工程擾動的天然應力，也稱初始應力、絕對應力或者原巖應力。煤礦等地下工程施工會引起原始應力的重新分布，重新分布的應力稱之為次生應力、二次應力。地應力是地面和地下巖土工程設計和決策科學化的必要前提，而次生應力對于摸清地下工程施工范圍應力分布狀況，治理地下工程動力災害(如巖爆、沖擊地壓)具有重要意義。地應力成因復雜，狀態(tài)多變，是自然界多種因素綜合影響的結果，主要影響因素有板塊邊界擠壓、地球內應力、地球自轉及地幔熱對流等，主要組成部分為巖石自重力和構造應力。次生應力受地質條件、采掘活動的類型等因素影響，擾動規(guī)模和程度有很大的區(qū)另IJ，次生應力分布有很大的差異性，一方面會產生應力的集中；另一方面會產生應力釋放，引發(fā)動力災害事故。
[0003]在現有技術中，工程現場進行應力監(jiān)測時，大都采用以壓力盒為基礎進行改進的鉆孔應力測試裝置，如目前廣泛使用的液壓式鉆孔應力計。該類裝置內部液體現場灌注較難掌握，并且灌注油管容易損壞造成應力監(jiān)測失敗，且該類應力監(jiān)測裝置安裝后不能及時與煤巖體內裝置安裝鉆孔良好耦合，裝置與孔壁存在空隙，造成監(jiān)測數據不準確，只能監(jiān)測單向相對應力，無法實現對煤巖體三向應力狀態(tài)實時監(jiān)測的目的，從而無法準確判斷煤巖體內來壓方向與準確來壓大小，從而造成無法為超前預防動力災害提供基礎數據支持。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種可以對煤巖體的三個方向的應力進行檢測，對煤巖體的應力的來壓方向與大小實現更精確的判斷，從而提高了地下施工安全性的地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:該地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括固定在煤巖體中的感應輸出裝置，感應輸出裝置中包括應力感應模塊，在應力感應模塊中設置有用于對煤巖體三向應力進行檢測的應力檢測單元，應力檢測單元的輸出信號由信號線引出。
[0006]優(yōu)選地，所述的感應輸出裝置還包括外殼體，所述的應力感應模塊位于外殼體內并突出于外殼體的表面設置，在外殼體中還設置有用于感應煤巖體溫度的溫度補償模塊，溫度補償模塊對應力感應模塊輸出進行補償，溫度補償模塊的輸出信號由信號線引出。
[0007]優(yōu)選地，所述的應力感應模塊包括壓電陶瓷固定座，壓電陶瓷固定座的頂部設置有平臺，應力檢測單元固定在該平臺上，應力檢測單元突出于感應輸出裝置的外殼體設置。
[0008]優(yōu)選地，所述的應力檢測單元包括壓電傳感器以及受力罩，壓電傳感器固定在壓電陶瓷固定座頂部的平臺上； 受力罩為扣裝在壓電傳感器頂部的弧形板，其外表面突出于感應輸出裝置的外殼體，其內側面頂部與壓電傳感器的上表面相貼合。
[0009]優(yōu)選地，所述的壓電傳感器包括三組疊放的壓電陶瓷片:X向壓電陶瓷片、Y向壓電陶瓷片和Z向壓電陶瓷片。
[0010]優(yōu)選地，所述的溫度補償模塊包括溫度傳感器固定座以及借助溫度傳感器固定座固定的溫度傳感器，溫度傳感器與應力感應模塊貼合。
[0011]優(yōu)選地，所述的外殼體為圓柱狀，在其內部的前、后兩端還分別設置有定位端塊和末端固定座，信號線自感應輸出裝置末端引出；在外殼體與煤巖體之間填充有混凝土填充。
[0012]地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測方法，其特征在于:包括應力監(jiān)測流程和在應力檢測流程之前進行的溫度補償流程。
[0013]優(yōu)選地，所述的應力檢測流程，包括如下步驟:
步驟al，確定待測煤巖體，并將感應輸出裝置放入開設在煤巖體的鉆孔內；
步驟a2，將感應輸出裝置的信號線從鉆孔中引出；
步驟a3，將感應輸出裝置的數據通過信號線引出至監(jiān)控主機中；
步驟a4，由監(jiān)控主機對感應輸出裝置輸出的數據進行分析和溫度補償，對煤巖體的應力情況進行判斷。
[0014]優(yōu)選地，所述的溫度補償流程，包括如下步驟:
步驟bl，根據感應輸出裝置的工作環(huán)境，確定需要進行溫度測試的若干測試溫度點；步驟b2，將感應輸出裝置置于測試溫度點下，并實時記錄感應輸出裝置在測試溫度點下的輸出值；
步驟b3，判斷感應輸出裝置在該測試溫度點下的輸出值是否穩(wěn)定，如果穩(wěn)定則執(zhí)行步驟b4，不穩(wěn)定則返回步驟b2 ;
步驟b4，將感應輸出裝置的輸出值作為感應輸出裝置在該溫度下的偏差值，并記錄該偏差值所對應的測試溫度點；
步驟b5，是否已完成所有測試溫度點下的溫度測試，如果已完成，執(zhí)行步驟b6，如果尚未完成，返回步驟b2，進行下一個測試溫度點的溫度補償測試；
步驟b6，將感應輸出裝置的所有測試溫度點以及在每個測試溫度點下的偏差值進行記錄并形成該感應輸出裝置的溫度-偏差值的關系表。
[0015]與現有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、通過本地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)，可以對煤巖體的三個方向的應力進行檢測，對煤巖體的應力的來壓方向與大小實現更精確的判斷，從而提高了地下施工的安全性。
[0016]2、通過設置溫度補償模塊，可以對應力感應模塊的工作溫度進行實時監(jiān)測，由此獲知應力感應模塊的工作溫度，并根據事先測試得到的應力感應模塊的溫度-偏差值的關系表，可以將應力感應模塊受到溫度影響而出現的輸出偏差進行排除，因此測試結果更為準確。
[0017]3、通過設置受力罩，可以將其受到的煤巖體的應力直接傳遞至壓電傳感器，同時起到了對壓電傳感器的保護作用。
[0018]4、通過采用壓電陶瓷片作為壓電傳感器對煤巖體的應力進行三向檢測，測量精度以及可靠性更高。
【附圖說明】
[0019]圖1為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖。
[0020]圖2為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)感應輸出裝置結構示意圖。
[0021]圖3為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)應力感應模塊結構示意圖。
[0022]圖4為圖3中A-A方向剖視圖。
[0023]圖5為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)壓電傳感器結構示意圖。
[0024]圖6為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)溫度補償模塊結構示意圖。
[0025]圖7為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測方法流程圖。
[0026]圖8為地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測方法溫度補償流程圖。
[0027]其中:1、煤巖體2、混凝土填充3、感應輸出裝置 4、安裝鉆孔5、信號線保護管 6、信號線 7、數據采集儀 8、工業(yè)環(huán)網9、定位端塊 10、定位孔 11、溫度補償模塊12、應力感應模塊13、外殼體14、末端固定座15、受力罩16、壓電傳感器1601、X向壓電陶瓷片1602、Y向壓電陶瓷片1603、Z向壓電陶瓷片17、壓電陶瓷固定座18、填充膠20、溫度傳感器固定座21、粘合層22、溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0028]圖1~8是本發(fā)明的最佳實施例，下面結合附圖1~8對本發(fā)明做進一步說明。
[0029]如圖1所示，地下煤巖體空間預埋式三向應力監(jiān)測系統(tǒng)，包括固定在煤巖體1內的感應輸出裝置3。在煤巖