本發(fā)明涉及一種多方向且能組合的球形應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及對(duì)礦山采空區(qū)填充質(zhì)量或地下工程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)分析的裝置，屬于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、采空區(qū)充填質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

早期我國(guó)受采礦技術(shù)水平的制約，許多采礦方法采用空?qǐng)鼋Y(jié)構(gòu)或房柱結(jié)構(gòu)，這種采礦方式造成很多危險(xiǎn)的采空區(qū)遺留。采空區(qū)對(duì)上部及周邊的建筑物或道路形成一定的危險(xiǎn)性，且某些采空區(qū)對(duì)井下工作面也構(gòu)成一定的威脅，對(duì)今后的生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。近幾年我國(guó)發(fā)生過(guò)多次地面塌陷、采空區(qū)冒落事件，國(guó)家加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)治理，其中一種方法就是對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，以此來(lái)治理采空區(qū)塌陷引起的災(zāi)害。但是采空區(qū)充填的質(zhì)量如何，充填后是否仍然存在安全隱患，現(xiàn)在并沒(méi)有相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證。

在復(fù)雜的節(jié)理裂隙、應(yīng)力、地下水、巖體形態(tài)和力學(xué)參數(shù)等地質(zhì)條件下，地下工程開挖改變?cè)瓗r應(yīng)力場(chǎng)和天然巖土/巖體的結(jié)構(gòu)，工程的安全在很大程度上取決于圍巖本身的力學(xué)特性及自穩(wěn)能力?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段無(wú)法達(dá)到多方向應(yīng)力-應(yīng)變監(jiān)測(cè)，更難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和并入信息化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。

本發(fā)明提供的多方向和可組合的球形應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見與本發(fā)明相同的公開文獻(xiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種多方向和可組合的球形應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置，具體是對(duì)礦山采空區(qū)填充質(zhì)量或地下工程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)分析的裝置。

本發(fā)明針對(duì)采空區(qū)充填質(zhì)量和地下工程多方向應(yīng)力-應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合采空區(qū)三維形態(tài)最終推演采空區(qū)充填質(zhì)量和地下工程應(yīng)力應(yīng)變的改變情況。

本發(fā)明的多方向且能組合的球形應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置包括：分別與球體(4)的上下端部連接的連接軟管(1)，置于連接軟管(1)中的通訊線(2)，置于球體(4)內(nèi)表面上的應(yīng)變片(3)，球體(4),通過(guò)連線一端與上端連接軟管(1)連接、另一端與主板(6)連接的九軸姿態(tài)儀芯片(5)，置于球體外殼(4)內(nèi)并與下端連接軟管(1)連接的主板(6)。

本發(fā)明采用市購(gòu)零件或材料按常規(guī)方法制備。

本發(fā)明的有益效果在于：

該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。不僅能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)充填后的采空區(qū)是否存在大的裂縫或充填體質(zhì)量的變化情況，也能夠用于監(jiān)測(cè)地下周圍充填物和地下工程的應(yīng)力和應(yīng)變情況。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。

本發(fā)明的多方向且能組合的球形應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置包括：分別與球體4的上下端部連接的連接軟管1，置于連接軟管1中的通訊線2，置于球體4內(nèi)表面上的應(yīng)變片3，球體4、通過(guò)連線一端與上端連接軟管1連接、另一端與主板6連接的九軸姿態(tài)儀芯片5，置于球體外殼4內(nèi)并與下端連接軟管1連接的主板6。

本發(fā)明采用市購(gòu)零件或材料按常規(guī)方法制備。

本發(fā)明的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置為球體4，其內(nèi)壁上均勻粘貼24片應(yīng)變片3，保證監(jiān)測(cè)到來(lái)自各個(gè)方向的壓力和微小形變監(jiān)測(cè)。球體4內(nèi)置一個(gè)九軸姿態(tài)儀芯片5，用以獲得球安裝后的初始姿態(tài)，球體4外殼采用ABS材質(zhì)避免對(duì)地磁磁場(chǎng)的干擾和屏蔽,同時(shí)保證安裝在地下時(shí)能夠防止設(shè)備破壞。球體4內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集主板6，該主板6對(duì)九軸姿態(tài)儀5和各應(yīng)變片3的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通訊線2將數(shù)據(jù)傳輸至上位系統(tǒng)中。

九軸姿態(tài)儀芯片5采用485通訊技術(shù),通過(guò)地磁分量計(jì)算獲得裝置當(dāng)前的方位，通過(guò)計(jì)算重力加速度分量獲得裝置當(dāng)前的傾角，利用裝置當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)與裝置安放時(shí)的偏差獲得轉(zhuǎn)角，確定裝置當(dāng)前的姿態(tài)。

球體4內(nèi)壁上均勻粘貼24片應(yīng)變片3，當(dāng)球體4受到擠壓后產(chǎn)生形變，引起應(yīng)變片3上電阻芯片的變化，從而得到其應(yīng)變值。通過(guò)九軸姿態(tài)儀5確定不同時(shí)期的姿態(tài)，得知受力方向和應(yīng)變大小，肯定整個(gè)充填物的擠壓方向和充填物的質(zhì)量情況。

本發(fā)明的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置需要進(jìn)行實(shí)地安裝，首先進(jìn)行選址，確定孔深，同時(shí)確定所需要的裝置數(shù)量，根據(jù)裝置數(shù)量進(jìn)行組裝。

裝置在組裝初要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行磁場(chǎng)校正，即手持裝置，在空中旋轉(zhuǎn)幾圈完成磁場(chǎng)校正。

每個(gè)裝置之間采用不銹鋼軟管1進(jìn)行鏈接，通訊線2在不銹鋼軟管1內(nèi)串接。裝置間距根據(jù)實(shí)際情況確定。

已填充的采空區(qū)采用打孔方式將裝置放入其中，裝置放置后再填充相同介質(zhì)的填充物，讓其與周圍填充物充分融合。新填充的采空區(qū)，在其填充后2天內(nèi)且填充物未完全凝固時(shí)，進(jìn)行打孔，將裝置垂直下放到孔中，粗略確定初始姿態(tài)，用于后期數(shù)據(jù)分析。

裝置下放到指定位置后，將孔進(jìn)行填埋，留出通訊線纜2。

通訊線2連接到采集主板6上的數(shù)采模塊的接口上，數(shù)采模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況能夠采用信號(hào)線、光纖、網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分析處理模塊設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)分析處理模塊與展示模塊設(shè)備在共同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的搭建。