專利名稱：煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦安全檢測設(shè)備和技術(shù)，特別涉及一種煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其使用方法。
背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出是煤采掘礦井最常見、最主要、最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，防止煤與瓦斯突出一直是煤礦安全監(jiān)督管理工作的重中之重。所謂煤與瓦斯突出是指在高地壓力作用下， 被壓力破碎的煤與具有高壓力的瓦斯從煤體內(nèi)部突然向采掘面大量噴出，造成垮塌、掩埋、 失火等事故。顯然，高地壓力是煤與瓦斯突出的重要誘因，煤與瓦斯突出災(zāi)害隱患區(qū)存在于煤層內(nèi)的局部高地應(yīng)力區(qū)域，巷道掘進(jìn)過程中，采掘面與高地應(yīng)力區(qū)之間的距離逐漸縮小， 高地應(yīng)力區(qū)側(cè)向卸荷，高地應(yīng)力作用方向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗綉?yīng)力，稱之為突出應(yīng)力。當(dāng)突出應(yīng)力超過高應(yīng)力區(qū)與采掘面之間煤層(或煤巖層)的斷裂強度時，就可能誘發(fā)煤與瓦斯突出災(zāi)害。因此，對煤礦采掘面附近煤體內(nèi)部的突出應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測能夠有效預(yù)防和避免煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了對煤礦采掘面附近煤體內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行實時、有效監(jiān)測，有效預(yù)防和避免煤與瓦斯突出事故的發(fā)生，本發(fā)明提出一種煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其制作方法。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器采用預(yù)制構(gòu)件方式將應(yīng)力采集片和信號傳輸線集成在傳感器薄壁金屬筒上，能夠?qū)崟r監(jiān)測采掘面附近煤體內(nèi)部突出應(yīng)力的變化。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法將本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器直接安置在采掘面附近的煤體內(nèi)部， 對突出應(yīng)力變化進(jìn)行實時監(jiān)測。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器包括薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片、信號傳輸線和灌注砂漿，其中，剛性凸起固定在薄壁金屬筒外側(cè)，型號為SEN09673的應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起的側(cè)面，信號傳輸線連接監(jiān)測儀器和應(yīng)力采集片，灌注砂漿在現(xiàn)場將薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片和信號傳輸線澆注成預(yù)制構(gòu)件。進(jìn)一步的，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的薄壁金屬筒采用鋁或鋁合金板制成，鋁或鋁合金板的厚度為3至5mm，薄壁金屬筒的長度為4至Sm、直徑為6至10cm。進(jìn)一步的，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器在薄壁金屬筒柱面設(shè)置有矩形錨固窗，錨固窗三個一組均勻的分布在薄壁金屬筒柱面圓周上，第一組離薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm，單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度4cm。進(jìn)一步的，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的剛性凸起采用鑄鐵制成，剛性凸起三個一組固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置，單個剛性凸起的軸向長度為5cm，圓周方向長度為3cm，徑向高度為1cm。
進(jìn)一步的，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器型號為SEN09673的應(yīng)力采集片的直徑為4mm，厚度為0. 3mm，粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置。進(jìn)一步的，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的灌注砂漿為標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法，包括以下步驟
⑴根據(jù)監(jiān)測需要確定薄壁金屬筒的直徑和長度，采用厚度為3至5mm的鋁或鋁合金板制成薄壁金屬筒，并按照三個一組、均勻分布的方式在薄壁金屬筒柱面圓周上設(shè)置錨固窗， 其中，第一組錨固窗離薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm ；單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度km ；
⑵按照軸向長度為5cm、圓周方向長度為3cm、徑向高度為Icm的尺寸制作剛性凸起， 并將其固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置；
⑶將直徑為4mm、厚度為0. 3mm的SEN09673型應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置，并連接信號傳輸線；
⑷在需要監(jiān)測應(yīng)力變化的煤體部位鉆孔，采用高壓氣或清水清孔，其孔徑的大小和孔的深度與薄壁金屬筒及剛性凸起相匹配；
(5)將裝配好剛性凸起、SEN09673型應(yīng)力采集片及信號傳輸線的薄壁金屬筒裝入孔中， 并采用壓力灌漿的方式在孔中澆注標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿，并維護(hù)其凝固。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其制作方法的有益技術(shù)效果是直接將本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器安置在采掘面附近的煤體內(nèi)部，對突出應(yīng)力變化進(jìn)行實時監(jiān)測， 能有效、實時提取煤與瓦斯突出應(yīng)力，為后續(xù)煤與瓦斯突出災(zāi)害的實時安全警報提供核心基石出信息。


附圖1為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的三維示意圖； 附圖2為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器軸向半剖視示意圖； 附圖3為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器徑向剖視示意附圖4為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器設(shè)置在采掘面附近煤體內(nèi)部的剖視示意圖； 附圖5為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器澆注砂漿后的徑向剖視示意圖。下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其制作方法做進(jìn)一步說明。
具體實施例方式附圖1為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的三維示意圖，附圖2為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器軸向半剖視示意圖，附圖3為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器徑向剖視示意圖，圖中，1為薄壁金屬筒，2為錨固窗，3為剛性凸起，4為應(yīng)力采集片。由圖可知，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器包括薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片、信號傳輸線和灌注砂漿，其中，剛性凸起固定在薄壁金屬筒外側(cè)，型號為SEN09673應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起側(cè)面，信號傳輸線連接監(jiān)測儀器和應(yīng)力采集片，灌注砂漿將薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片和信號傳輸線澆注成預(yù)制構(gòu)件。
4
由于采用預(yù)制件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的薄壁金屬筒僅是作為固定應(yīng)力采集片的載體，不需要承受較大的力，因此，薄壁金屬筒可采用鋁或鋁合金板制成， 鋁或鋁合金板的厚度為3至5mm，薄壁金屬筒的長度為4至Sm、直徑為6至10cm。為加強本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器與被檢測煤體的連接強度，較為準(zhǔn)確的監(jiān)測煤體內(nèi)部的應(yīng)力變化，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器在薄壁金屬筒柱面設(shè)置有矩形錨固窗，錨固窗三個一組均勻的分布在薄壁金屬筒柱面圓周上，第一組離薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm，單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度 4cm0錨固窗的作用主要是澆注砂漿時，使得部分砂漿從錨固窗流出且與煤體緊密接觸，待砂漿凝固后，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器將被錨固在煤體內(nèi)部。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器主要用于監(jiān)測沿采集器軸向的應(yīng)力，因此，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器在薄壁金屬筒柱面外圓周上固定有剛性凸起，并且，將應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置；所述剛性凸起采用鑄鐵制成，剛性凸起三個一組固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置，單個剛性凸起的軸向長度為5cm，圓周方向長度為3cm，徑向高度為Icm ；所述應(yīng)力采集片為直徑為 4mm，厚度為0. 3mm的SEN09673型應(yīng)力采集片。為保證砂漿澆注后的預(yù)制件強度，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的灌注砂漿為標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿。附圖4為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器設(shè)置在采掘面附近煤體內(nèi)部的剖視示意圖，附圖5為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器澆注砂漿后的徑向剖視示意圖，圖中，1為薄壁金屬筒，3為剛性凸起，4為應(yīng)力采集片，5為錨固砂菜，A為煤層煤體，B為本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，C為煤礦采掘面。由圖可知，煤與瓦斯突出災(zāi)害隱患區(qū)存在于煤層內(nèi)的局部高地應(yīng)力區(qū)域，巷道掘進(jìn)過程中，采掘面與高地應(yīng)力區(qū)之間的距離逐漸縮小，高地應(yīng)力區(qū)側(cè)向卸荷，高地應(yīng)力作用方向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗綉?yīng)力，即突出應(yīng)力。當(dāng)突出應(yīng)力超過高應(yīng)力區(qū)與采掘面之間煤層(或煤巖層)的斷裂強度時，就可能誘發(fā)煤與瓦斯突出災(zāi)害。因此，對煤礦采掘面附近煤體內(nèi)部的突出應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測能夠有效預(yù)防和避免煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器在制作過程中澆注成預(yù)制件結(jié)構(gòu)時就與煤體緊密連接，并且，可以根據(jù)監(jiān)測需要選擇本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器的設(shè)置位置，使得本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器能夠準(zhǔn)確、及時、有效的監(jiān)測到采掘面附近煤體內(nèi)部的突出應(yīng)力。 本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法，包括以下步驟
⑴根據(jù)監(jiān)測需要確定薄壁金屬筒的直徑和長度，采用厚度為3至5mm的鋁或鋁合金板制成薄壁金屬筒，并按照三個一組、均勻分布的方式在薄壁金屬筒柱面圓周上設(shè)置錨固窗， 其中，第一組錨固窗距薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm ；單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度km ；
⑵按照軸向長度為5cm、圓周方向長度為3cm、徑向高度為Icm的尺寸制作剛性凸起， 并將其固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置；
⑶將直徑為4mm、厚度為0. 3mm的SEN09673型應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置，并連接信號傳輸線；
⑷在需要監(jiān)測應(yīng)力變化的煤體部位鉆孔，采用高壓氣或清水清孔，其中，孔徑的大小和孔的深度與薄壁金屬筒及剛性凸起相匹配；將裝配好剛性凸起、SEN09673型應(yīng)力采集片及信號傳輸線的薄壁金屬筒裝入孔中， 并采用壓力灌漿的方式在孔中澆注標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿，并維護(hù)其凝固。
可見，本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法直接在需要監(jiān)測的煤體內(nèi)部設(shè)置突出應(yīng)力采集器，并且，采用灌注砂漿將突出應(yīng)力采集器是與煤體凝固為一體的。因此，煤體內(nèi)部突出應(yīng)力的任何微小變化都會被采集到，并且，通過信號傳輸線及時的傳輸?shù)奖O(jiān)測儀器設(shè)備。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器能夠?qū)Σ删蛎娓浇后w內(nèi)部的突出應(yīng)力進(jìn)行有效、實時的監(jiān)測，為后續(xù)煤與瓦斯突出災(zāi)害的實時安全警報提供核心基礎(chǔ)信息。
權(quán)利要求
1.一種煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于該采集器包括薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片、信號傳輸線和灌注砂漿，其中，剛性凸起固定在薄壁金屬筒外側(cè)，型號為 SEN09673的應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起的側(cè)面，信號傳輸線連接監(jiān)測儀器和應(yīng)力采集片， 灌注砂漿在現(xiàn)場將薄壁金屬筒、剛性凸起、應(yīng)力采集片和信號傳輸線澆注成預(yù)制構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于薄壁金屬筒采用鋁或鋁合金板制成，鋁或鋁合金板的厚度為3至5mm，薄壁金屬筒的長度為4至8m，直徑為6至 IOcm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于在薄壁金屬筒柱面設(shè)置有矩形錨固窗，錨固窗三個一組均勻的分布在薄壁金屬筒柱面圓周上，第一組離薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm，單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度4cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于剛性凸起采用鑄鐵制成，剛性凸起三個一組固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置，單個剛性凸起的軸向長度為5cm，圓周方向長度為3cm，徑向高度為1cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于型號為SEN09673的應(yīng)力采集片的直徑為4mm，厚度為0. 3mm，粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器，其特征在于灌注砂漿為標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿。
7.一種煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法，其特征在于該制作方法包括以下步驟⑴根據(jù)監(jiān)測需要確定薄壁金屬筒的直徑和長度，采用厚度為3至5mm的鋁或鋁合金板制成薄壁金屬筒，并按照三個一組、均勻分布的方式在薄壁金屬筒柱面圓周上設(shè)置錨固窗， 其中，第一組錨固窗離薄壁金屬筒頂端的距離為10cm，組與組之間的間距為5cm;單個錨固窗的軸向長度為10cm，圓周方向的長度km ；⑵按照軸向長度為5cm、圓周方向長度為3cm、徑向高度為Icm的尺寸制作剛性凸起， 并將其固定在薄壁金屬筒柱面外圓周上錨固窗間隔處的正中位置；⑶將直徑為4mm、厚度為0. 3mm的SEN09673型應(yīng)力采集片粘貼在剛性凸起面對薄壁金屬筒頂端的側(cè)面的中央位置，并連接信號傳輸線；⑷在需要監(jiān)測應(yīng)力變化的煤體部位鉆孔，采用高壓氣或清水清孔，其孔徑的大小和孔的深度與薄壁金屬筒及剛性凸起相匹配；(5)將裝配好剛性凸起、SEN09673型應(yīng)力采集片及信號傳輸線的薄壁金屬筒裝入孔中， 并采用壓力灌漿的方式在孔中澆注標(biāo)號不低于M30的錨固砂漿，并維護(hù)其凝固。
全文摘要
為了對煤礦采掘面附近煤體內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行實時、有效監(jiān)測，有效預(yù)防和避免煤與瓦斯突出事故的發(fā)生，本發(fā)明提出一種煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器及其制作方法。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器采用預(yù)制構(gòu)件方式將應(yīng)力采集片和信號傳輸線集成在傳感器薄壁金屬筒上，能夠?qū)崟r監(jiān)測采掘面附近煤體內(nèi)部突出應(yīng)力的變化。本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器制作方法將本發(fā)明煤與瓦斯突出應(yīng)力采集器直接安置在采掘面附近的煤體內(nèi)部，對突出應(yīng)力變化進(jìn)行實時監(jiān)測，能有效、實時提取煤與瓦斯突出應(yīng)力，為后續(xù)煤與瓦斯突出災(zāi)害的實時安全警報提供核心基礎(chǔ)信息。
文檔編號G01L5/00GK102426073SQ20111025948
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者唐蘭, 唐紅梅, 王林峰, 鄧珊珊, 陳洪凱 申請人:重慶派騰機械設(shè)備有限責(zé)任公司