ks-1型钻孔应力计的原理及其应用

煤矿开采中的地应力特点及其应用摘要：现如今，随着时代的进步，煤矿行业也迅速发展起来。

本文对煤矿开采中地应力的特点进行了分析，结合煤矿开采实际情况对于原岩应力进行实地测量，通过巷道原岩应力实测结果分析得出，一些准备巷道设置的方向和最大水平主应力的方向相互垂直。

因此，在这些巷道两帮位置处均需进一步强化了锚网支护，确保煤矿开采的安全性。

关键词：煤矿开采；地应力；特点；应用引言众所周知，地球无时无刻不在自传与公转着，在地球各种运动的过程中便会产生多种天然的应力，这种应力潜藏于地层中，具有较大的能量以及工程破坏力。

原岩应力便是潜藏在没有受过工程干扰的地层之中的一种天热应力，当人们下井挖巷道的时候，原始的地应力就会受到干扰，从而形成一组新的应力在巷道围岩之中，这一新的应力就被称之为次生应力。

在煤矿开采的过程中，对巷道进行掘进，对工作面进行回采是其开采的主要活动形式，同其他的地下采矿工程一样，研究与应用地应力的意义已经越来越突出，越来要重要的。

1地应力概述地应力就是指在地层当中潜藏着，从来都没有被工程器械干扰的原岩应力，也叫做天然的应力，因此又被称为岩体的初始应力和绝对应力。

地应力主要来自于地球在自转与公转过程中、地幔热对流的产生以及地心引力和地球原有的内部应力等各种各样的地球运功。

在目前已经发现的地应力中，最主要的组成部分就是构造应力和重力应力。

在煤矿施工人员下井挖煤的时候，就会影响到原始的地应力，会产生一种新的应力，这就是所谓的次生应力。

煤矿井下巷道围岩的矿压特征是由岩石所表现出来的力学特性与所处的地应力场来决定的。

现如今，地应力在煤矿工程中的意义已经越来越明了，开挖前岩体中已存在的地应力场与井下巷道、硐室周围所分布的应力及相关的支护要求之间都存在一定的联系。

2煤矿开采中的地应力特点目前，随着人类对地应力认识的程度不断提升，大部分工程施工都会对地应力进行实地测量，这就为研究矿井原岩应力的特点和分布提供了技术基础。

第40卷第10期2021年10月煤炭技术Coal TechnologyV〇1.40N o.10O c t. 2021doi:10.13301/ki.ct.2021.10.029新集二r地应力实测分祈S其对尻靳袖采的影响研究邓林峰\杨洋2,郑春山3(1.中国中煤能源集团有限公司，北京122000; 2.煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，安徽淮南232001; 3.安徽理工大学安全科学与工程学院，安徽淮南232001)摘要：地应力是控制煤体瓦斯流动的主要因素之一。

为了掌握测试地点的地应力特征及其 对瓦斯抽采的影响，首先采用套孔应力解除法进行了井下地应力实测，得到在新集二矿实测深度范 围内，应力解除测点的最大主应力范围18.92~19.80 MPa,最小主应力的量值11.75 MPa,最大水平 主应力与自重应力比的范围1.38-1.41,测点处的应力以构造应力为主。

在此基础上，根据现场参数 建立数值模型，利用Comsol Multiphysics多场搞合数值模拟软件，模拟解算不同地应力条件下和不 同抽采时间段，抽采钻孔周围瓦斯压力变化规律。

结果表明，地应力11.75 MPa和19.80 MPa时钻 孔的抽采达标时间分别在20 d和105 d左右，而地应力为30 MPa时的时间更长，即地应力越大对 应的煤层瓦斯抽采达标时间越长。

因此，需要采取保护层开采、水力割缝、松动爆破等增透措施，以提高瓦斯抽采效率。

关键词：地应力；瓦斯压力；瓦斯抽采；数值模拟中图分类号：TD712 文献标志码：A文章编号：1008 -8725(2021)10- 120-05 In-situ Stress Measurement Analysis and Its Influence on Gas Drainagein Xinji No.2 Coal MineDENG Lin-feng1,YANG Yang2,ZHENG Chun-shan'(1.China Coal Energy Group Co.,Ltd.,Beijing 122000, China;2.National Engineering Research Center for Coal GasControl,Huainan 232001, China; 3.School of Safety Science and Engineering,Anhui University of Science andTechnology,Huainan 232001, China)Abstract:In-situ stress is one of the main factors controlling the gas flow in coal seam.In order to master the in-situ stress characteristics of the test site and its influence on gas drainage,the in-situ stress measurement is carried out by the method of relieving the casing stress.The maximum main stress range of the stress relief measurement point is 18.92 to 19.80 MPa,and the minimum principal stress is11.75 MPa within the measured depth of Xinji No.2 coal mine.The ratio of maximum horizontal principal stress to weight stress is 1.38 to1.41, and the stress at the measuring point is mainly structural stress.O n this basis,the numerical model is established according to the field parameters,and the gas pressure variation law around the borehole is simulated and calculated by Comsol Multiphysics multi-field coupling numerical simulation software.The results show that when the in-situ stress is 11.75 MPa and 19.80 MPa,the time of gas drainage reaching the standard is about 20 days and 105 days respectively,and the time is longer when the in-situ stress is 30 MPa,that is,the larger the in-situ stress,the longer the time of gas drainage reaching the standard.Therefore,it is necessary to take measures to increase the permeability of the protective layer,hydraulic cutting and loose blasting to improve the efficiency of gas extraction.Key words：in-situ stress;gas pressure;gas drainage;numerical simulation0引言随着煤炭开采深度的不断增加，地应力与瓦斯 压力也在升高。

应力仪工作原理
应力仪是一种用来测量物体受力状态的仪器。

它的工作原理基于材料的弹性变形特性。

当物体受到外力作用时，会产生形变，而弹性力的出现可以通过应力仪来测量。

应力仪通常由一个弹簧或弹簧片构成，这种弹性材料可以在一定范围内变形，当物体受力时，它会被拉伸或压缩，从而产生弹力。

弹性材料的形变与受力之间存在着线性关系，根据胡克定律，弹性力的大小与形变量成正比。

通过将应力仪固定在需要测量应力的物体上，从而将物体受力的弹性力传递给应力仪。

当外力施加在物体上时，应力仪中的弹簧或弹簧片会产生相应的形变，形变量可以通过测量弹簧或弹簧片的变形情况得到。

一般来说，应力仪会将形变量转化为电信号输出，并通过检测电路进行放大和处理。

最终，这个变化的电信号可以通过显示屏、记录仪或计算机等设备来进行显示和记录。

总之，应力仪的工作原理是基于材料的弹性变形特性，通过测量弹性材料的形变量来间接测量物体受力的状态。

钻孔应力计打设方案1预留巷道围岩侧向支承压力监测采用在保护煤柱中打设钻孔应力计的方法对预留巷道围岩的侧向支撑压力进行监测，分析工作面采动对预留巷道围岩侧向支撑压力的影响，为回采巷道围岩控制、巷道支护等提供依据。

1.1钻孔应力计概述矿用钻孔应力监测仪是用于煤矿井下煤层或者岩层内部的地压力检测，以及充填开采中充填体的承载压力检测，可对压力数据进行自动测量、自动记录的自动化设备。

可在下列环境条件下使用：1、温度：0～40℃；2、相对湿度：﹤96％RH；(25℃)3、大气压力：80～106KPa；4、现场环境：适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中。

1.2钻孔应力计布置方案在152309工作面1523092（原1523103）巷道、1523093（原1523102）巷道沿切眼处联络巷向外布置四个测区，每一个测区内布置5个钻孔，1#测区距切眼30m，以后每个测区间距300m，其中4#测区暂不打设钻孔应力计，待工作面推进一段距离后再根据现场需求进行布置。

数显钻孔应立计交叉安装，钻孔间距5m，钻孔安装深度分别为10m 、15m、5m、10m、5m，各钻孔均高出底板1m 平行底板向煤柱中打设，钻孔应力计布置平面图如图1所示，钻孔应力计在剖面上的布置如图2所示152309工作面矿压监测方案2A图1 钻孔应力计布置平面示意图A-A剖面图图2 预留巷道钻孔应力计布置剖面示意图1.3钻孔应力计安装说明（1）钻孔应力测量系统组成新型钻孔应力计测量系统由应力感应系统、数据采集仪和注液枪三部分组成。

应力感应系统如图3所示。

其中应力感应器与高压油管、三通与电子液压转换器依次连接，三通和注液枪由阀门连接；油路长度根据现场要求而定。

1234567图3 新型钻孔应力计测量系统示意图1－应力感应器；2－高压油管；3－三通；4－电子数显液压转换器；5－快换接头；6－阀门；7－注液抢（2）钻孔应力测量系统安装方法①先在煤岩体中施工钻孔，钻孔直径以40～42mm为宜，然后根据钻孔深度选择对应长度的钻孔应力计，将应力感应器送入被测钻孔的指定位置；②将电子数显液压转换器与三通连接；③将注液枪手柄向外旋至最底部，拧开尾盖，拔出推进器，然后向注液枪倒满液压油，放入推进器，最后旋紧尾盖；④将注液枪与三通连接，用U型销卡紧后开始拧开阀门，当阀门下边露出白色皮圈后停止旋转，开始慢慢旋转注液枪手柄缓慢进行注液，通过注入油液使应力感应器与煤岩体主动耦合，观测电子数显液压转换器的压力表，当初承力接近原始应力（1.5MPa）时，停止注液，关闭阀门，取下注液枪；⑤开始测量，电子数显液压转换器将显示并存储应力实时数据。

概述WWS-1型无缝线路温度力及锁定轨温测定仪运用纵横弯曲理论，可准确测出无缝线路温度力和实际锁定轨温，为无缝线路技术管理提供依据。

该仪器2003年通过北京铁路局技术鉴定，并获得中国发明专利，专利号：ZL02104896.7。

该仪器的研制成功并投入使用，对预防无缝线路胀轨、断轨，做好无缝线路的技术管理意义重大。

仪器由测试仪主机、传感器、支架组成，测试数据可转储至计算机,并利用管理软件进行统计分析。

无缝线路锁定轨温测试仪具有以下特点：1.测试误差在1.5℃以内，测试精度高，完全符合无缝线路技术管理要求。

2.自动化程度高，可在连续加载的情况下实现测试数据的自动采集和自动计算。

3.与工务信息化建设接轨，测试数据可转储到计算机，用管理软件对测试数据进行分析。

4.安全可靠，测试简单，使用方便。

5.仪器体积小、重量轻。

主要技术参数和性能指标1.适用于温度应力式无缝线路；2.测试仪主机工作电压：6V～7.5V；3.测试仪主机工作电流：1.2A；4.锂电池充电输入额定电压：～220V10V；5.工作环境温度：－10℃～40℃；6.测试范围：实际锁定轨温16℃以内；7.测试误差：≤1.5℃；8.可存储80个测试点“锁定轨温及温度力”数据；9.满足一天（8小时）野外测试作业的需要；10.重量：主机 3.5kg,支架 3.2kg。

仪器结构图1仪器结构1.温度传感器；2.主机；3.手轮；4.压力传感器；5.加力支架；6.位移传感器；7.位移支架主机面板布置及说明1.液晶屏：液晶屏处于操作面板的上半部,测定仪的显示功能全部在这里实现。

B通讯接口：接上USB转接线即可在上位机的指挥下将已经测得的数据转储到上位机。

图2 主机面板示意图3.传感器接口：在通讯接口的下方，竖直排列着三个“航空插头”，它们顺序为“位移”（四芯）、“压力” （五芯）、“温度” （三芯）（插头旁边均有文字标注）传感器的输入接口。

4.电源开关：在传感器接口的正下方是测定仪的电源开关。

应力测试仪原理
应力测试仪是一种用于测量材料或结构在受力下产生的应力和变形的仪器。

它可以帮助工程师和研究人员评估材料或结构的强度、刚度、可靠性和安全性。

应力测试仪的原理基于胡克定律和应变测量原理。

胡克定律认为，当材料受到外力或载荷时，其产生的应力与应变成正比。

也就是说，材料的应力等于它的弹性模量乘以应变。

应力测试仪通过施加与材料或结构所受应力相对应的载荷，然后测量载荷与应变的关系，从而计算出材料或结构的应力。

通常，载荷是通过机械手或液压系统施加的，而应变是通过传感器测量的。

传感器可以是应变片、应变计、光纤传感器等。

在进行测量时，首先需要将材料或结构安置在应力测试仪的测试夹具中。

然后，通过操纵操作面板或计算机软件，施加逐渐增加的载荷，同时测量与此载荷相对应的应变。

应变与载荷之间的关系可以通过胡克定律得到，从而计算出材料或结构的应力。

除了测量应力，一些高级的应力测试仪还可以测量其他相关的力学性质，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等。

通过这些测量结果，工程师和研究人员可以评估材料或结构的性能，优化设计和改进材料选择。

总而言之，应力测试仪利用胡克定律和应变测量原理，通过施
加载荷并测量应变，来计算材料或结构的应力。

它为工程师和研究人员提供了一种评估材料或结构性能的重要工具。

应力仪原理应力仪是一种用于测量物体受力情况的仪器，它可以帮助我们了解物体在外力作用下的变形和应力分布情况。

应力仪的原理是基于物体在受力作用下产生的应变现象，通过测量应变来推断物体所受的应力大小和方向。

下面我们将详细介绍应力仪的原理及其工作过程。

首先，应力仪的原理基于胡克定律，即应变与应力成正比。

当外力作用在物体上时，物体会发生形变，这种形变可以通过应变来描述。

应变是单位长度的变化量，它可以用来表示物体的变形程度。

而应力则是单位面积上的力，它可以用来表示物体受到的力的大小。

根据胡克定律，应变与应力成正比，而应力仪正是利用这一原理来测量物体所受的应力。

其次，应力仪的工作原理是通过测量物体在受力作用下产生的应变来推断物体所受的应力。

应力仪通常包括应变片、传感器、数据采集系统等部件。

应变片是一种能够随物体形变而产生应变的材料，当外力作用在物体上时，应变片会产生应变，传感器可以通过测量应变片的应变来得到物体所受的应力。

数据采集系统则可以将传感器采集到的数据进行处理和分析，从而得到物体受力的情况。

最后，应力仪的原理是基于应变与应力的关系，通过测量物体在受力作用下产生的应变来推断物体所受的应力。

应变是单位长度的变化量，它可以用来表示物体的变形程度；而应力是单位面积上的力，它可以用来表示物体受到的力的大小。

应力仪通过测量应变来推断物体所受的应力，从而帮助我们了解物体在外力作用下的变形和应力分布情况。

综上所述，应力仪的原理是基于应变与应力的关系，通过测量物体在受力作用下产生的应变来推断物体所受的应力。

应力仪的工作原理是利用胡克定律，通过测量应变片的应变来得到物体所受的应力。

应力仪在工程领域有着广泛的应用，它可以帮助工程师们了解物体在受力作用下的情况，从而为工程设计和结构分析提供重要的参考依据。

应力应变计原理应力应变计是一种用于测量物体内部应力和应变的仪器。

它基于应力应变关系，通过测量物体的应变来间接计算出物体的应力。

应力应变计原理是工程中重要的基础理论之一，广泛应用于材料力学、结构分析、机械设计等领域。

应力应变关系是指物体在受到外力作用时，会产生应力和应变之间的关系。

应力是单位面积上的力，可以分为正应力和剪应力两种。

正应力是指作用在物体表面上与表面垂直方向相同的力，剪应力是指作用在物体表面上与表面平行方向相同的力。

应变是物体在受力作用下发生形变的程度，可以分为线性应变和剪应变两种。

线性应变是指物体的长度发生变化的程度，剪应变是指物体的形状发生变化的程度。

应力应变计的原理是基于胡克定律，即应力和应变之间呈线性关系。

胡克定律描述了物体在弹性阶段的应力应变关系，即应力与应变成正比。

根据胡克定律，可以得出应力和应变之间的关系为：应力 = 弹性模量× 应变其中，弹性模量是物体的固有属性，反映了物体抵抗形变的能力。

它是一个常数，与物体的材料特性有关。

应变是通过应力应变计测量得到的，可以通过测量物体的长度或形状的变化来计算。

应力应变计的工作原理是基于电阻应变效应。

电阻应变效应是指在物体受到应力作用时，其电阻发生变化的现象。

应力应变计利用了电阻应变效应的特性，通过测量电阻的变化来间接计算出物体的应变，从而得到物体的应力。

应力应变计通常由一个金属片制成，金属片上有一条细长的导线。

当物体受到应力作用时，金属片会发生形变，导致导线的长度发生变化，进而导致电阻的变化。

通过测量电阻的变化，可以计算出物体的应变，从而得到物体的应力。

为了提高测量的精度和准确性，应力应变计通常需要进行校准。

校准时需要将应力应变计置于已知应力下进行测量，然后根据测量结果进行修正。

校准后的应力应变计可以用于测量未知应力下的物体，从而得到物体的应力和应变。

应力应变计原理是基于应力应变关系和电阻应变效应的。

通过测量物体的应变，间接计算出物体的应力，从而实现对物体内部应力和应变的测量。

钢筋应力计在钻孔灌注桩静载荷试验中的应用【摘要】为得到钻孔灌注桩桩周侧摩阻力及桩端阻力，通常是在静载荷试验的灌注桩主筋上主要地层分界位置安置钢筋应力计。

通过钢筋应力计测得桩顶不同荷载作用下桩身各测试截面轴力，由此计算钻孔灌注桩桩周侧摩阻力及桩端阻力，了解桩的受力机理，为灌注桩的设计提供准确的设计依据。

【关键词】钢筋应力计，钻孔灌注桩，侧摩阻力，桩端阻力，静载荷试验引言钻孔灌注桩作为一种主要的桩基础型式，其设计参数是否合理直接影响上部建筑物的稳定和工程投资额，因此选择合理的桩设计参数非常重要。

在重要工程建设中，工程桩施工前往往要进行试桩试验，包括静载荷试验、桩身应力测试、桩身完整性测试等。

通过桩身应力测试，可以确定桩顶荷载下桩周侧摩阻力和端阻力，了解桩的受力机理，从而为设计提供桩的设计依据。

本文以某工程的试验桩测试结果来说明桩身应力测试方法的应用效果。

1 试验桩概况及场地地质条件1.1 试验桩概况本工程采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径800mm，有效桩长33.1m，桩端持力层为卵石、圆砾⑩l层，桩端全截面进入持力层的深度不小于1.2m，桩的混凝土强度等级C50，保护层厚度50mm，单桩竖向抗压承载力标准值为7200kN，单桩最大加载量Qmax=17000kN。

施工桩顶绝对标高20.4m，有效桩顶绝对标高11.7m，桩底绝对标高-21.4m，施工桩顶到有效桩顶采用8.7m双护筒消除有效桩顶标高以上地层侧摩阻力，桩端、桩侧后注浆，侧注浆位置为绝对标高-0.90m与-11.90m。

1.2 场地地质条件岩土工程勘察深度范围内的地层，按成因年代划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，并按岩性及工程特性初步划分为16个大层及亚层，与桩基础工程相关的地层见表1。

表1场地地质概况地层序号岩性各大层层顶标高（ｍ）侧阻力极限值/kPa 端阻力极限值/kPa⑤粉质粘土、粘质粉土17.05~21.02 60⑤1 粘质粉土、砂质粉土60⑤2 粘土、重粉质粘土55⑥细砂、粉砂 9.83~14.34 65⑥1 重粉质粘土、粉质粘土60⑥2 粘质粉土、砂质粉土65⑦细砂、中砂 4.54~9.08 70⑦1 重粉质粘土、粉质粘土65⑦2 粘质粉土、砂质粉土70⑦3 有机质粘土60⑧重粉质粘土、粉质粘土-2.70~2.25 65⑧1 粘质粉土、砂质粉土75⑧2 有机质粘土60⑧3 细砂、中砂75⑨重粉质粘土、粉质粘土-12.18~ -8.93 65⑨1 粘土60⑨2 粘质粉土、砂质粉土75⑨3 细砂、中砂75⑩细砂、中砂 -19.95~ -14.61 80 1800⑩1 卵石、圆砾140 3200⑩2 重粉质粘土、粉质粘土65⑪ 粉质粘土、重粉质粘土-33.22~ -29.39 70 1200⑪1 粘土65 1100⑪2 粘质粉土、砂质粉土75 14002.测试方法2.1 静载荷试验装置试验采用慢速维持静载荷试验法，通过利用4根锚桩提供试验加载的抗拔力，主梁、次梁等两层反力梁组成反力装置，通过校准且精度达到±1%的4个6300kN的液压千斤顶并联在一起施加测试荷载，逐级加压，千斤顶的荷载由压力传感器来监测。

主要用来测量煤矿或金属矿预留柱应力的变化，或用来测量基坑岩体、隧道岩体、土基础，在开挖前后应力的变化情况。

它是一种特殊结构的振弦传感器，在安装使用时，可根据需要设置到钻孔中4m以内的任意位置，可选择测力方向，安装方便.
量程： 0-60Mpa
准确度：0.5%FS、1.0%FS
重复性：0.2%FS、0.4%FS
分辨率：0.01%FS
外径：￠40㎜
安装首先将安装工具管子连接起来，钢筋连接起来，使之牢固，成为两根坚固的工具管子和钢筋；将钢筋穿入管子，钢筋插入传感器的中心凹槽中，工具管子上的缺口扣在传感器的销子或电缆上，电缆顺着管子理直，这时从管子的尾端记下传感器的活动块方位，需要测量哪个方向的力，就将传感器的活动块对准哪个方向；。