地應力傳感柱的制作方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種制作深部軟巖地應力測試用的地應力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空間的模具底座和模具上蓋，模具底座的兩端有卡槽，用于插入前擋板和后擋板；模具底座的兩條棱上有連接孔，可與固定架或模具上蓋通過榫卯結構固定；固定架上有定位孔，固定頭插入定位孔可上下移動和旋轉，通過固定螺栓固定；固定頭的下端具有與傳感器的頂點契合的形狀；前擋板和后擋板上也有連接孔，與定位架通過榫卯結構固定；定位架上有兩個中心定位激光器和兩個棱線定位激光器，中心定位激光器的光束可垂直通過固定架上的定位孔。使用該裝置以水泥砂漿澆筑制作地應力傳感柱，精確定位兩個三向壓力盒的空間相互關系，利于地應力的計算和測量。
【專利說明】地應力傳感柱的制作方法與裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬于巖土測量【技術領域】，具體地涉及一種用于深部軟巖地應力測試的地應力傳感柱的制作方法與裝置。
【背景技術】
[0003]煤礦巷道的安全建設需要對圍巖地應力進行有效監測。在煤礦深部破碎軟弱的圍巖中，常用的水壓致裂法和應力解除法都不能有效實施。中國科學院武漢巖土力學研究所提出了一種“基于流變應力恢復原理的深部軟巖地應力測試方法和裝置”(專利201210096644.6)，利用深部軟巖在高地應力下流變的特性，實現軟巖地應力的實時和長期監測。進行地應力測量時，需要將兩個三向壓力盒放置到鉆孔中的一個測試點，并記錄兩個三向壓力盒之間任意兩個工作面法線方向之間的夾角，通過方程組解算得到應力分量。由于破碎軟弱的鉆孔孔壁對推送過程有一定的影響，如果單獨將兩個壓力盒推送至測試點，則其相對角度很難準確獲得。為了使兩個壓力盒不發生相對位移和旋轉地推送至待測量的位置，可以預先使用直徑比測量鉆孔略小的水泥混凝土圓柱體將兩個壓力盒包裹固定，送入鉆孔中，圍巖流變收縮后，進行地應力的傳遞和測量。這樣包含有一對三向壓力盒的混凝土圓柱體稱為地應力傳感柱。由于地應力的測量與計算對兩個三向壓力盒相對角度的精度要求很高，地應力傳感柱的制作需要一種能準確且便捷定位兩個壓力盒的方法。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于提供了一種能準確且便捷定位兩個壓力盒的地應力傳感柱的制作方法和制作裝置。通過該裝置和方法，可以快速制作出應力傳感柱，用于基于流變應力恢復原理的地應力測試，兩個三向壓力盒相對角度定位精確。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
一種制作地應力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座和模具上蓋，所述模具底座的兩端有卡槽，用于插入前擋板和后擋板；模具底座的兩條棱上有連接孔，可與固定架或模具上蓋通過榫卯結構固定；
所述固定架上有定位孔，固定頭插入定位孔可上下移動和旋轉，通過螺栓固定；所述固定頭的下端具有與傳感器的頂點契合的形狀；
所述前擋板和后擋板上也有連接孔，與定位架通過榫卯結構固定；定位架上有兩個中心定位激光器和兩個棱線定位激光器，所述中心定位激光器的光束可垂直通過固定架上的定位孔。
[0006]所述前擋板上還有通過傳感器導線的引線孔；模具上蓋上有用于注漿的注漿孔。
[0007]所述固定頭為管狀，用于固定傳感器。
[0008]作為一種優選，除了中心定位激光器和棱線定位激光器之外的所有部件均用不銹鋼制作。
[0009]本發明還提供了一種使用上述裝置制作地應力傳感柱的方法，包括以下步驟:
(1)將前擋板和后擋板通過卡槽與模具底座連接，將固定架通過連接孔與模具底座連接，將定位架通過連接孔與前擋板和后擋板連接；
(2)打開中心定位激光器,在模具底座上有一光斑,將三向壓力盒的一頂點與該光斑重合，并使另一對角頂點與激光束相交；
(3)從定位孔中插入固定頭,卡住三向壓力盒，并旋轉，使得三向壓力盒的一條棱與棱線定位激光器發出的光束相交；擰緊固定螺栓；
(4)重復(2)?(3)操作，固定另一個三向壓力盒；兩個三向壓力盒的導線通過前擋板的引線孔引出；
(5)往模具底座中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態，固定住兩個三向壓力盒；
(6)移走固定架和定位架，裝上模具上蓋；通過模具上蓋的注漿孔注入水泥砂漿至滿；凝固后，取出混凝土柱體，得到用于深部軟巖地應力測試的地應力傳感柱。
[0010]本發明具有以下的有益效果和優點:①可快速準確地制作深部軟巖地應力測試用的應力傳感柱，一致性好；②精確定位兩個三向壓力盒的空間相互關系，利于地應力的計算和測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為地應力傳感柱制作裝置的模具外殼結構示意圖。
[0012]1-模具上蓋，2-前擋板，3-卡槽，5-后擋板，6-連接孔，7-模具底座，15-注漿孔。
[0013]圖2為地應力傳感柱制作裝置的安裝結構示意圖。
[0014]8-定位架,9-固定架，10-中心定位激光器，11-棱線定位激光器，12-引線孔，16-三向壓力盒。
[0015]圖3為固定架與傳感器局部示意圖。
[0016]4-定位孔,9-固定架，13-螺栓，14-固定頭，16-三向壓力盒。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0018]如圖1、圖2、圖3所示，一種制作地應力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座7和模具上蓋1，所述模具底座7的兩端有卡槽3，用于插入前擋板2和后擋板5 ;模具底座的兩條棱上有連接孔6，可與固定架9或模具上蓋I通過榫卯結構固定；
所述固定架9上有定位孔4，固定頭14插入定位孔4可上下移動和旋轉，通過螺栓13固定；所述固定頭14的下端具有與三向壓力盒的頂點契合的形狀；
所述前擋板2和后擋板5上也有連接孔6，與定位架8通過榫卯結構固定；定位架8上有兩個中心定位激光器10和兩個棱線定位激光器11，所述中心定位激光器10的光束可垂直通過固定架9上的定位孔4。
[0019]所述前擋板2上還有通過三向壓力盒導線的引線孔12 ;模具上蓋I上有用于注漿的注漿孔15。
[0020] 應用上述裝置進行應力傳感柱的制作，包括以下步驟:
(1)將前擋板2和后擋板5通過卡槽3與模具底座7連接，將固定架9通過連接孔6與模具底座7連接，將定位架8通過連接孔6與前擋板2和后擋板5連接；
(2)打開中心定位激光器10,在模具底座7上有一光斑,將三向壓力盒16的一頂點與該光斑重合，然后使另一對角頂點與激光束相交；
(3)從定位孔4中插入固定頭14,卡住三向壓力盒16,并旋轉，使得三向壓力盒16的一條棱與棱線定位激光器發出的光束相交；擰緊螺栓13，使得三向壓力盒固定；
(4)重復(2)?(3)操作，固定另一個三向壓力盒；兩個三向壓力盒的導線通過前擋板2的引線孔12引出；
(5)往模具底座7中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態，固定住兩個三向壓力盒；
(6)移走定位架8和固定架9，裝上模具上蓋I。
[0021](7)通過模具上蓋I的三個注漿孔15注入水泥砂漿至滿。
[0022](8)水泥砂漿凝固后，通過移走后擋板5和模具上蓋I將成形的澆鑄混凝土柱體取出，得到可供鉆孔內測試使用的應力傳感柱。
[0023]三向壓力盒16形狀一般為立方體。
[0024]上述除了中心定位激光器10和棱線定位激光器11之外的所有部件都用不銹鋼制作，以適應混凝土砂漿的重復澆筑使用。
[0025]作為一個工程示例，模具上蓋I和模具底座7組成的內部圓柱空間直徑為13厘米，長度為80厘米。中心定位激光器10和棱線定位激光器11為半導體激光器，如長春錯仕650nm紅色激光單元，Imw功率，光斑直徑1mm。三向壓力盒16為立方體，對角線長度略小于13厘米。
[0026]具體使用時，首先給模具底座7的內側刷脫模劑，采用前述步驟進行兩個三向壓力盒16的定位安裝。兩個三向壓力盒16的導線通過前擋板2的引線孔12引出，并用軟性材料堵住引線孔12與導線之間剩余的空隙。針對煤礦千米深部圍巖強度范圍，采用C5到ClO標號的水泥混凝土砂漿進行澆筑。使用高頻振搗器進行混凝土砂漿的振搗操作。待混凝土砂漿初凝(時間約45分鐘)后，取走定位架8、固定架9。給模具上蓋I的內側刷脫模齊IJ，裝上模具上蓋I與模具下蓋7吻合，通過三個注漿孔15注入水泥砂漿至滿，并進行振搗操作。水泥砂漿終凝(約8小時)后，通過移走后擋板5和模具上蓋I將成形的澆筑混凝土柱體取出，得到可供鉆孔內測試使用的應力傳感柱。
【權利要求】
1.一種制作地應力傳感柱的裝置，其特征在于，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座(7 )和模具上蓋(I)，所述模具底座(7 )的兩端有卡槽(3 )，用于插入前擋板(2 )和后擋板(5);模具底座的兩條棱上有連接孔(6)，可與固定架(9)或模具上蓋(I)通過榫卯結構固定; 所述固定架(9)上有定位孔(4)，固定頭(14)插入定位孔(4)可上下移動和旋轉，通過螺栓(13)固定；所述固定頭(14)的下端具有與三向傳感器的頂點契合的形狀； 所述前擋板(2)和后擋板(5)上也有連接孔(6),與定位架(8)通過榫卯結構固定；定位架(8)上有兩個中心定位激光器(10)和兩個棱線定位激光器(11)，所述中心定位激光器(10)的光束可垂直通過固定架(9)上的定位孔(4)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述前擋板(2)上還有通過三向傳感器導線的引線孔(12);模具上蓋(I)上有用于注漿的注漿孔(15)。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定頭(14)為管狀。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，除了中心定位激光器和棱線定位激光器之外的所有部件均用不銹鋼制作。
5.使用權利要求1所述裝置制作地應力傳感柱的方法，包括以下步驟: 1)將前擋板(2)和后擋板(5 )通過卡槽(3 )與模具底座(7 )連接，將固定架(9 )通過連接孔(6 )與模具底座(7 )連接，將定位架(8 )通過連接孔(6 )與前擋板(2 )和后擋板(5 )連接； 2)打開中心定位激光器(10),在模具底座(7)上有一光斑,將三向壓力盒(16)的一頂點與該光斑重合，然后使另一對角頂點與激光束相交； 3)從定位孔(4)中插入固定頭(14),卡住三向壓力盒(16),并旋轉,使得三向壓力盒(16)的一條棱與棱線定位激光器(11)發出的光束相交；擰緊螺栓(13)，使得三向壓力盒(16)固定； 4)重復(2)?(3)操作，固定另一個三向壓力盒；兩個三向壓力盒的導線通過前擋板(2)的引線孔(12)引出； 5)往模具底座(7)中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態，固定住兩個三向壓力盒； 6)移走固定架(9)和定位架(8)，裝上模具上蓋(I);通過模具上蓋(I)的注漿孔(15)注入水泥砂漿至滿；凝固后，取出混凝土柱體，得到用于深部軟巖地應力測試的地應力傳感柱。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的三向壓力盒為立方體。
【文檔編號】B28B1/087GK103538140SQ201310494657
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】張程遠, 劉泉聲, 劉小燕, 陳怡筠, 朱元廣, 蔣景東 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所