矿用机械式钻孔应力计

矿用钻孔应力计功能说明

一、产品定义与核心功能

矿用钻孔应力计是一种专为矿山安全监测设计的设备，主要用于实时监测岩层或锚杆（索）的应力变化。其核心功能包括：

• 应力监测：精确测量岩层或锚杆的轴向应力、剪切应力等参数。
• 安全预警：通过数据分析提前发现岩层破裂、锚杆失效等风险，预防冒顶、塌方等事故。
• 工程评估：为矿山支护设计（如锚杆长度、直径、预紧力）提供数据支持，优化工程方案。

二、技术特点与优势

1. 高精度测量：
   • 采用振弦式、电阻应变式或光纤光栅式传感器，精度可达0.5%FS（满量程百分比），分辨率0.1MPa。
   • 光纤光栅传感器耐腐蚀，适用于高湿度、强腐蚀性矿山环境。
2. 多点同步监测：
   • 单台设备可连接4-8个传感器节点，覆盖巷道顶板、两帮及底板，实现全方位监测。
   • 同步采样频率高达100Hz，可捕捉动态应力变化，如爆破振动影响。
3. 智能化功能：
   • 自动温度补偿：内置温度传感器，补偿范围-30℃~80℃，消除环境温度对测量精度的影响。
   • 数据分析与预警：集成算法分析应力分布趋势，设定阈值（如80%额定量程）触发声光报警。
   • 数据存储与传输：内置存储芯片，可记录3个月历史数据；支持无线传输（LoRa/ZigBee/NB-IoT），实现远程实时监测。
4. 防爆与防护：
   • 本质安全型设计（Ex ib I Mb），适用于井下含瓦斯环境。
   • IP68防护等级，耐水压30米，防尘防水，适应矿山恶劣环境。

三、结构组成与工作原理

1. 结构组成：
   • 传感器单元：振弦式/光纤光栅传感器，直接测量岩层或锚杆应力。
   • 数据采集模块：集成信号调理、AD转换、无线传输功能，将模拟信号转换为数字信号。
   • 电源模块：锂电池供电，续航≥2年，支持太阳能充电，确保长期监测。
   • 外壳：40Cr合金钢/316不锈钢材质，抗冲击强度≥50MPa，保护内部元件。
2. 工作原理：
   • 振弦式：岩层或锚杆受力导致钢弦振动频率变化，通过频率换算应力值（公式：σ=K(f2?f02?)，其中σ为应力，K为率定系数，f为当前频率，f?为初始频率）。
   • 光纤光栅：岩层或锚杆应变引起光栅波长偏移，通过解调仪转换为应力值，精度更高。

四、关键技术参数

 

参数类别	典型值	说明
量程	0-50MPa（岩层应力），0-500kN（锚杆轴力）	覆盖常规矿山监测需求
精度	0.5%FS（振弦式），1pm（光纤光栅）	光纤光栅精度更高
分辨率	0.1MPa（岩层应力），0.1kN（锚杆轴力）	取决于传感器类型
采样频率	1Hz-100Hz（可调）	动态监测需高频采样
通讯距离	无线：500米（LoRa），有线：128台组网	满足中大型矿山监测需求

 

五、安装与使用方法

1. 安装步骤：
   • 钻孔：按设计要求钻孔，孔径匹配传感器尺寸（通常Φ42-50mm），深度根据监测目标确定。
   • 安装传感器：将传感器推入钻孔底部，使用膨胀螺栓固定，确保轴向对齐。
   • 连接采集系统：有线型号连接数显仪表，无线型号配置基站，验证数据传输正常。
   • 密封处理：在孔口涂抹聚氨酯密封胶，防止水汽侵入。
2. 数据采集：
   • 实时显示：数显仪表或上位机软件显示当前应力值，支持历史数据查询。
   • 预警功能：设定阈值后，超限触发声光报警，提醒人员撤离。
3. 维护与保养：
   • 日常检查：每周清理煤尘，检查电缆是否破损，确保通讯畅通。
   • 定期校准：每6个月使用标准压力源校准，误差超过1%需返厂维修。
   • 故障处理：数据异常时检查传感器连接，排除电磁干扰，必要时更换元件。

六、应用场景与案例

1. 应用场景：
   • 煤矿巷道：监测顶板、两帮岩层应力，评估支护效果，预防冒顶事故。
   • 隧道工程：检测初期支护锚杆应力，优化支护参数，预防塌方。
   • 边坡治理：测量预应力锚杆应力，评估加固效果，预警滑坡风险。
2. 典型案例：
   • 山西某煤矿：安装钻孔应力计后，提前3天预警顶板离层，避免冒顶事故，保障人员安全。
   • 云南某隧道：通过应力分布分析，优化锚杆参数，节省支护成本20%，缩短工期15%。

七、市场主流产品

1. 主流型号：
   • MCZ-500：振弦式，量程0-50MPa，精度0.5%FS，无线传输，适用于煤矿巷道。
   • FOS-2000：光纤光栅，量程0-2000kN，精度1pm，抗电磁干扰，适用于高精度监测。
   • HY-600：液压式，量程0-60MPa，精度1.0%FS，直读式压力表，适用于短期施工。

八、总结

矿用钻孔应力计通过精准监测岩层或锚杆应力，为矿山安全生产提供关键数据支持。用户需结合工程需求、环境条件及预算，综合选型以确保监测效果与设备可靠性。通过规范操作与定期维护，可延长设备使用寿命，提升矿山安全监测水平。

产品价格会受市场行情影响，具体情况请致电咨询

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