专利名称：煤与瓦斯突出应力采集器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全检测设备和技术，特别涉及一种煤与瓦斯突出应力采集器及其使用方法。
背景技术：
煤与瓦斯突出是煤采掘矿井最常见、最主要、最严重的自然灾害，防止煤与瓦斯突出一直是煤矿安全监督管理工作的重中之重。所谓煤与瓦斯突出是指在高地压力作用下， 被压力破碎的煤与具有高压力的瓦斯从煤体内部突然向采掘面大量喷出，造成垮塌、掩埋、 失火等事故。显然，高地压力是煤与瓦斯突出的重要诱因，煤与瓦斯突出灾害隐患区存在于煤层内的局部高地应力区域，巷道掘进过程中，采掘面与高地应力区之间的距离逐渐缩小， 高地应力区侧向卸荷，高地应力作用方向逐渐转变为水平应力，称之为突出应力。当突出应力超过高应力区与采掘面之间煤层(或煤岩层)的断裂强度时，就可能诱发煤与瓦斯突出灾害。因此，对煤矿采掘面附近煤体内部的突出应力进行监测能够有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生。

发明内容
为了对煤矿采掘面附近煤体内部的应力进行实时、有效监测，有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生，本发明提出一种煤与瓦斯突出应力采集器及其制作方法。本发明煤与瓦斯突出应力采集器采用预制构件方式将应力采集片和信号传输线集成在传感器薄壁金属筒上，能够实时监测采掘面附近煤体内部突出应力的变化。本发明煤与瓦斯突出应力采集器制作方法将本发明煤与瓦斯突出应力采集器直接安置在采掘面附近的煤体内部， 对突出应力变化进行实时监测。本发明煤与瓦斯突出应力采集器包括薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片、信号传输线和灌注砂浆，其中，刚性凸起固定在薄壁金属筒外侧，型号为SEN09673的应力采集片粘贴在刚性凸起的侧面，信号传输线连接监测仪器和应力采集片，灌注砂浆在现场将薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片和信号传输线浇注成预制构件。进一步的，本发明煤与瓦斯突出应力采集器的薄壁金属筒采用铝或铝合金板制成，铝或铝合金板的厚度为3至5mm，薄壁金属筒的长度为4至Sm、直径为6至10cm。进一步的，本发明煤与瓦斯突出应力采集器在薄壁金属筒柱面设置有矩形锚固窗，锚固窗三个一组均勻的分布在薄壁金属筒柱面圆周上，第一组离薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm，单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度4cm。进一步的，本发明煤与瓦斯突出应力采集器的刚性凸起采用铸铁制成，刚性凸起三个一组固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置，单个刚性凸起的轴向长度为5cm，圆周方向长度为3cm，径向高度为1cm。
进一步的，本发明煤与瓦斯突出应力采集器型号为SEN09673的应力采集片的直径为4mm，厚度为0. 3mm，粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置。进一步的，本发明煤与瓦斯突出应力采集器的灌注砂浆为标号不低于M30的锚固砂浆。本发明煤与瓦斯突出应力采集器制作方法，包括以下步骤
⑴根据监测需要确定薄壁金属筒的直径和长度，采用厚度为3至5mm的铝或铝合金板制成薄壁金属筒，并按照三个一组、均勻分布的方式在薄壁金属筒柱面圆周上设置锚固窗， 其中，第一组锚固窗离薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm ；单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度km ；
⑵按照轴向长度为5cm、圆周方向长度为3cm、径向高度为Icm的尺寸制作刚性凸起， 并将其固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置；
⑶将直径为4mm、厚度为0. 3mm的SEN09673型应力采集片粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置，并连接信号传输线；
⑷在需要监测应力变化的煤体部位钻孔，采用高压气或清水清孔，其孔径的大小和孔的深度与薄壁金属筒及刚性凸起相匹配；
(5)将装配好刚性凸起、SEN09673型应力采集片及信号传输线的薄壁金属筒装入孔中， 并采用压力灌浆的方式在孔中浇注标号不低于M30的锚固砂浆，并维护其凝固。本发明煤与瓦斯突出应力采集器及其制作方法的有益技术效果是直接将本发明煤与瓦斯突出应力采集器安置在采掘面附近的煤体内部，对突出应力变化进行实时监测， 能有效、实时提取煤与瓦斯突出应力，为后续煤与瓦斯突出灾害的实时安全警报提供核心基石出信息。


附图1为本发明煤与瓦斯突出应力采集器的三维示意图； 附图2为本发明煤与瓦斯突出应力采集器轴向半剖视示意图； 附图3为本发明煤与瓦斯突出应力采集器径向剖视示意附图4为本发明煤与瓦斯突出应力采集器设置在采掘面附近煤体内部的剖视示意图； 附图5为本发明煤与瓦斯突出应力采集器浇注砂浆后的径向剖视示意图。下面结合附图及具体实施例对本发明煤与瓦斯突出应力采集器及其制作方法做进一步说明。
具体实施例方式附图1为本发明煤与瓦斯突出应力采集器的三维示意图，附图2为本发明煤与瓦斯突出应力采集器轴向半剖视示意图，附图3为本发明煤与瓦斯突出应力采集器径向剖视示意图，图中，1为薄壁金属筒，2为锚固窗，3为刚性凸起，4为应力采集片。由图可知，本发明煤与瓦斯突出应力采集器包括薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片、信号传输线和灌注砂浆，其中，刚性凸起固定在薄壁金属筒外侧，型号为SEN09673应力采集片粘贴在刚性凸起侧面，信号传输线连接监测仪器和应力采集片，灌注砂浆将薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片和信号传输线浇注成预制构件。
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由于采用预制件结构，本发明煤与瓦斯突出应力采集器的薄壁金属筒仅是作为固定应力采集片的载体，不需要承受较大的力，因此，薄壁金属筒可采用铝或铝合金板制成， 铝或铝合金板的厚度为3至5mm，薄壁金属筒的长度为4至Sm、直径为6至10cm。为加强本发明煤与瓦斯突出应力采集器与被检测煤体的连接强度，较为准确的监测煤体内部的应力变化，本发明煤与瓦斯突出应力采集器在薄壁金属筒柱面设置有矩形锚固窗，锚固窗三个一组均勻的分布在薄壁金属筒柱面圆周上，第一组离薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm，单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度 4cm0锚固窗的作用主要是浇注砂浆时，使得部分砂浆从锚固窗流出且与煤体紧密接触，待砂浆凝固后，本发明煤与瓦斯突出应力采集器将被锚固在煤体内部。本发明煤与瓦斯突出应力采集器主要用于监测沿采集器轴向的应力，因此，本发明煤与瓦斯突出应力采集器在薄壁金属筒柱面外圆周上固定有刚性凸起，并且，将应力采集片粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置；所述刚性凸起采用铸铁制成，刚性凸起三个一组固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置，单个刚性凸起的轴向长度为5cm，圆周方向长度为3cm，径向高度为Icm ；所述应力采集片为直径为 4mm，厚度为0. 3mm的SEN09673型应力采集片。为保证砂浆浇注后的预制件强度，本发明煤与瓦斯突出应力采集器的灌注砂浆为标号不低于M30的锚固砂浆。附图4为本发明煤与瓦斯突出应力采集器设置在采掘面附近煤体内部的剖视示意图，附图5为本发明煤与瓦斯突出应力采集器浇注砂浆后的径向剖视示意图，图中，1为薄壁金属筒，3为刚性凸起，4为应力采集片，5为锚固砂菜，A为煤层煤体，B为本发明煤与瓦斯突出应力采集器，C为煤矿采掘面。由图可知，煤与瓦斯突出灾害隐患区存在于煤层内的局部高地应力区域，巷道掘进过程中，采掘面与高地应力区之间的距离逐渐缩小，高地应力区侧向卸荷，高地应力作用方向逐渐转变为水平应力，即突出应力。当突出应力超过高应力区与采掘面之间煤层(或煤岩层)的断裂强度时，就可能诱发煤与瓦斯突出灾害。因此，对煤矿采掘面附近煤体内部的突出应力进行监测能够有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生。本发明煤与瓦斯突出应力采集器在制作过程中浇注成预制件结构时就与煤体紧密连接，并且，可以根据监测需要选择本发明煤与瓦斯突出应力采集器的设置位置，使得本发明煤与瓦斯突出应力采集器能够准确、及时、有效的监测到采掘面附近煤体内部的突出应力。 本发明煤与瓦斯突出应力采集器制作方法，包括以下步骤
⑴根据监测需要确定薄壁金属筒的直径和长度，采用厚度为3至5mm的铝或铝合金板制成薄壁金属筒，并按照三个一组、均勻分布的方式在薄壁金属筒柱面圆周上设置锚固窗， 其中，第一组锚固窗距薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm ；单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度km ；
⑵按照轴向长度为5cm、圆周方向长度为3cm、径向高度为Icm的尺寸制作刚性凸起， 并将其固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置；
⑶将直径为4mm、厚度为0. 3mm的SEN09673型应力采集片粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置，并连接信号传输线；
⑷在需要监测应力变化的煤体部位钻孔，采用高压气或清水清孔，其中，孔径的大小和孔的深度与薄壁金属筒及刚性凸起相匹配；将装配好刚性凸起、SEN09673型应力采集片及信号传输线的薄壁金属筒装入孔中， 并采用压力灌浆的方式在孔中浇注标号不低于M30的锚固砂浆，并维护其凝固。
可见，本发明煤与瓦斯突出应力采集器制作方法直接在需要监测的煤体内部设置突出应力采集器，并且，采用灌注砂浆将突出应力采集器是与煤体凝固为一体的。因此，煤体内部突出应力的任何微小变化都会被采集到，并且，通过信号传输线及时的传输到监测仪器设备。本发明煤与瓦斯突出应力采集器能够对采掘面附近煤体内部的突出应力进行有效、实时的监测，为后续煤与瓦斯突出灾害的实时安全警报提供核心基础信息。
权利要求
1.一种煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于该采集器包括薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片、信号传输线和灌注砂浆，其中，刚性凸起固定在薄壁金属筒外侧，型号为 SEN09673的应力采集片粘贴在刚性凸起的侧面，信号传输线连接监测仪器和应力采集片， 灌注砂浆在现场将薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片和信号传输线浇注成预制构件。
2.根据权利要求1所述煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于薄壁金属筒采用铝或铝合金板制成，铝或铝合金板的厚度为3至5mm，薄壁金属筒的长度为4至8m，直径为6至 IOcm0
3.根据权利要求1所述煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于在薄壁金属筒柱面设置有矩形锚固窗，锚固窗三个一组均勻的分布在薄壁金属筒柱面圆周上，第一组离薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm，单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度4cm。
4.根据权利要求1所述煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于刚性凸起采用铸铁制成，刚性凸起三个一组固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置，单个刚性凸起的轴向长度为5cm，圆周方向长度为3cm，径向高度为1cm。
5.根据权利要求1所述煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于型号为SEN09673的应力采集片的直径为4mm，厚度为0. 3mm，粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置。
6.根据权利要求1所述煤与瓦斯突出应力采集器，其特征在于灌注砂浆为标号不低于M30的锚固砂浆。
7.一种煤与瓦斯突出应力采集器制作方法，其特征在于该制作方法包括以下步骤⑴根据监测需要确定薄壁金属筒的直径和长度，采用厚度为3至5mm的铝或铝合金板制成薄壁金属筒，并按照三个一组、均勻分布的方式在薄壁金属筒柱面圆周上设置锚固窗， 其中，第一组锚固窗离薄壁金属筒顶端的距离为10cm，组与组之间的间距为5cm;单个锚固窗的轴向长度为10cm，圆周方向的长度km ；⑵按照轴向长度为5cm、圆周方向长度为3cm、径向高度为Icm的尺寸制作刚性凸起， 并将其固定在薄壁金属筒柱面外圆周上锚固窗间隔处的正中位置；⑶将直径为4mm、厚度为0. 3mm的SEN09673型应力采集片粘贴在刚性凸起面对薄壁金属筒顶端的侧面的中央位置，并连接信号传输线；⑷在需要监测应力变化的煤体部位钻孔，采用高压气或清水清孔，其孔径的大小和孔的深度与薄壁金属筒及刚性凸起相匹配；(5)将装配好刚性凸起、SEN09673型应力采集片及信号传输线的薄壁金属筒装入孔中， 并采用压力灌浆的方式在孔中浇注标号不低于M30的锚固砂浆，并维护其凝固。
全文摘要
为了对煤矿采掘面附近煤体内部的应力进行实时、有效监测，有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生，本发明提出一种煤与瓦斯突出应力采集器及其制作方法。本发明煤与瓦斯突出应力采集器采用预制构件方式将应力采集片和信号传输线集成在传感器薄壁金属筒上，能够实时监测采掘面附近煤体内部突出应力的变化。本发明煤与瓦斯突出应力采集器制作方法将本发明煤与瓦斯突出应力采集器直接安置在采掘面附近的煤体内部，对突出应力变化进行实时监测，能有效、实时提取煤与瓦斯突出应力，为后续煤与瓦斯突出灾害的实时安全警报提供核心基础信息。
文档编号G01L5/00GK102426073SQ20111025948
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者唐兰, 唐红梅, 王林峰, 邓珊珊, 陈洪凯 申请人:重庆派腾机械设备有限责任公司