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矿用钻孔应力计

矿用钻孔应力计是煤矿井下用于实时监测岩体应力变化的专用设备，主要应用于矿山压力监测、冲击地压预警、巷道围岩稳定性评估等场景，为煤矿安全生产提供数据支撑。其具备抗干扰、耐恶劣环境、测量精度高的特点，是煤矿地压监测系统的核心传感器之一。

一、 核心分类及特点

矿用钻孔应力计按测量原理、安装方式及信号传输形式，可分为以下三类：

机械式钻孔应力计

原理：通过弹性元件（如应变筒）的形变来感应岩体应力，形变数据经机械放大后直接显示读数。

特点：结构简单、无需电源、维护成本低，适用于无供电条件的偏远巷道；但数据读取需人工下井，无法实现实时远程监测。

常见型号：KS-80 型、SY-40 型。

电子式钻孔应力计

原理：内置应变片传感器，岩体应力作用于传感器时，应变片电阻值发生变化，经信号调理电路转换为电信号输出。

特点：测量精度高（精度等级可达 ?1.0% FS）、响应速度快，可搭配矿用数据采集仪实现连续监测；需井下本安型电源供电，外壳具备防爆防水性能。

常见型号：GZY25 型、YHY60 型（矿用本安型）。

无线传输式钻孔应力计

原理：在电子式应力计基础上集成无线传输模块（如 LoRa、ZigBee），数据可通过井下无线基站上传至地面监测平台。

特点：支持远程实时数据查看、超限自动报警，减少人工巡检工作量；适配煤矿智能化监测系统，防护等级 IP65，可耐受井下潮湿、粉尘环境。

常见型号：GZW30 型、KJ616-Z 型（配套煤矿冲击地压监测系统）。

二、 工作原理

以应用最广泛的电子式钻孔应力计为例，其工作流程如下：

钻孔预埋：在巷道围岩或工作面煤体中钻设直径 42~50mm 的钻孔，将应力计探头锚固在孔底（锚固深度一般 8~15m），确保探头与孔壁岩体紧密贴合。

应力感应：当岩体发生变形或应力变化时，压力传递至应力计的弹性感应元件，使其产生微小形变。

信号转换：弹性元件上的应变片随形变产生电阻变化，经惠斯通电桥转换为电压信号，再通过放大滤波电路处理为标准信号（如 4-20mA 电流信号）。

数据传输与显示：信号通过矿用屏蔽电缆传输至井下分站，或经无线模块上传至地面服务器，最终在监测终端显示实时应力值、应力变化曲线及超限预警信息。

三、 主要技术参数

参数类别 核心指标 常见规格

测量范围 最大测量应力 0~25MPa、0~40MPa、0~60MPa

精度等级 测量误差 ?1.0%FS、?1.5%FS

工作电压 矿用本安型供电 12V DC、18V DC

输出信号 数据传输形式 4-20mA 电流信号、RS485 数字信号、无线信号

钻孔适配 探头直径 / 锚固深度 42mm/8m、48mm/12m

工作环境 温度 / 湿度 -20℃~60℃、≤95% RH（无冷凝）

四、 适用场景

冲击地压监测：安装在高应力煤层或围岩中，实时监测应力变化趋势，当应力值达到预警阈值时，及时发出报警信号，指导采取卸压措施。

巷道支护效果评估：在巷道两帮或顶板钻孔埋设，监测支护前后岩体应力变化，判断锚杆、锚索支护的可靠性。

工作面超前应力监测：在采煤工作面超前支护区域布置，监测超前支承压力的分布范围和峰值位置，优化超前支护参数。

采空区围岩稳定性监测：在采空区边界围岩中埋设，监测采空区垮塌过程中围岩应力的动态变化，防范次生灾害。

五、 安装注意事项

钻孔需垂直于岩体应力方向，孔壁应平整，避免探头与孔壁接触不良。

探头锚固时需使用专用锚固剂，确保与岩体紧密粘结，防止松动影响测量精度。

电缆敷设需穿矿用保护管，避免被矿车碾压或尖锐物体划伤，接口处需做防水密封处理。

安装后需进行零点校准，确保数据采集的准确性。