巷道围岩钻孔应力计
本帖最后由 泰安华纳机电 于 2025-9-26 08:42 编辑围岩钻孔应力计围岩钻孔应力计是煤矿、隧道、地下工程等领域中，用于实时监测地下围岩内部应力变化的核心仪器，其核心功能是捕捉围岩在开挖、支护过程中的应力状态演变，为判断围岩稳定性、优化支护方案、预防塌方等地质灾害提供关键数据支撑，是地下工程安全监测体系的重要组成部分。
从工作原理来看，围岩钻孔应力计主要基于 “应力传递 - 信号转换” 的逻辑实现监测。
首先，工作人员会在待监测的围岩区域钻设与应力计匹配的钻孔，将应力计的感应元件（如金属弹性体、应变片等）嵌入钻孔内部，并通过专用填充材料（如水泥砂浆、环氧树脂等）使感应元件与围岩紧密贴合 —— 这一步是确保围岩应力能准确传递至仪器的关键。当围岩因工程活动（如开挖卸荷、支护受力）产生应力变化时，应力会通过填充材料传递到应力计的感应元件上，导致元件发生微小的物理形变（如弹性体的拉伸或压缩）。
感应元件上的传感单元（如电阻应变片）会将这种物理形变转化为电信号（如电阻值变化），再通过信号传输线缆将电信号传递至地面的数据采集仪。数据采集仪会对原始电信号进行放大、滤波、模数转换等处理，最终将其转化为可直接读取的应力数值，工作人员可通过数据终端（如电脑）实时查看或记录应力变化情况。在类型划分上，围岩钻孔应力计可根据核心感应原理和适用场景分为不同类别。其中，电阻应变式应力计是目前应用最广泛的类型之一，它以金属应变片为核心传感元件，通过应变片电阻值随形变的变化计算应力，具有灵敏度高、测量精度高、响应速度快的特点，适用于需要精确监测应力动态变化的中浅孔监测场景（如煤矿回采工作面周围围岩）。振弦式应力计则以振弦为感应元件，当应力作用于振弦时，其振动频率会发生改变，通过测量频率变化来反推应力大小，这种类型的应力计抗干扰能力强（尤其抗电磁干扰）、长期稳定性好，信号传输距离远（可达数百米），更适合深部围岩（如千米深井巷道）或长期监测工程。此外，还有基于光纤传感技术的光纤光栅式应力计，它利用光纤光栅的波长漂移对应力的敏感性实现监测，具有耐腐蚀、抗电磁干扰、本质安全（无电火花，适合高瓦斯煤矿）的优势，不过成本相对较高，多在对安全性和耐久性要求极高的特殊工程中应用。
在实际应用中，围岩钻孔应力计的操作流程需严格遵循规范以保证数据有效性。首先是钻孔环节，需根据应力计的规格确定钻孔直径（通常比应力计外径大 5-10mm）和深度（需穿透围岩应力影响区，一般为巷道半径的 3-5 倍），钻孔过程中要控制钻速和钻孔垂直度，避免孔壁坍塌或出现较大偏差。接着是应力计安装，安装前需清理钻孔内的岩粉和积水，将应力计缓慢推入钻孔预定位置，再注入填充材料，确保填充密实且无气泡，之后需等待填充材料固化（通常需 24-72 小时，具体视材料类型而定），待固化完成后才能进行应力零点校准，确保初始状态下仪器读数准确。校准完成后，连接数据采集系统，即可进入正式监测阶段 —— 监测频率需根据工程阶段调整，在开挖初期或围岩不稳定阶段，通常每 1-2 小时采集一次数据；当围岩趋于稳定后，可延长至每天 1-2 次。
从应用价值来看，围岩钻孔应力计的监测数据能为地下工程安全提供多维度支撑。一方面，通过分析应力变化趋势，可判断围岩是否处于稳定状态：若监测到应力持续升高且超过围岩极限强度，说明围岩可能面临破坏风险，需及时加强支护（如增加锚杆数量、喷射混凝土厚度）；若应力逐渐下降并趋于稳定，则表明支护方案有效，围岩已进入稳定阶段。
另一方面，监测数据可用于优化工程设计，例如在煤矿巷道设计中，通过对比不同区域的应力分布，可确定合理的巷道走向和断面尺寸，避免将巷道布置在高应力集中区；同时，也能验证支护材料的选型是否合适，为后续类似工程提供参考。此外，在发生地质灾害（如塌方）后，应力计的历史监测数据还可用于追溯灾害发生的原因，为事故分析和预防措施制定提供依据。不过，在使用围岩钻孔应力计的过程中，也需注意一些问题。例如，钻孔质量直接影响监测精度，若孔壁不平整或填充材料与围岩结合不紧密，会导致应力传递失真，出现虚假监测数据；此外，仪器的长期稳定性也需关注，地下环境中的湿度、温度变化以及围岩的长期蠕变，可能会导致仪器零点漂移，因此需要定期对仪器进行校准（通常每 3-6 个月校准一次），确保监测数据的可靠性。
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