一种光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法技术领域
本发明涉及光纤传感技术，特别涉及到用于实时监测煤岩应力的钻孔应力计的安
装方法。
背景技术
我国是世界第一产煤大国，随着浅部煤层开采完毕，我国煤矿开采逐渐进入深部
开采的领域，在开采深度超过600米以后，由于地层重力导致巷道、工作面的高应力集中区
域越来越多，从而使得煤岩动力灾害越来越频繁。由于煤岩动力灾害是煤岩在外界高应力
作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象，它的孕育、形成和发生始终
与煤岩体应力及能量积聚释放密切相关。因此掌握煤岩应力应变规律，通过钻孔应力计实
时监测煤岩应力状态，可以有效地对矿井动力灾害进行预警，减少事故发生。
现有技术中钻孔应力计的安装方法主要有直插式、油包式和灌浆式。其中，直插式
的安装方法是在煤层中的待测位置处钻孔，然后将应力计直接插入到煤层中，该方法虽然
简单，但是由于钻孔应力计本身尺寸比钻孔孔径要小，使得其与周围煤层之间存在着间隙，
无法与煤层紧紧贴合，当应力变化传导至监测点位时，实际应力被钻孔本身结构变形卸载，
钻孔应力计所测应力总是小于实际应力，甚至出现测量值为0的情况，且被卸载的应力同钻
孔的结构及附近的地质构造有关系，无法对其定量计算，因而不能采用算法补偿此应力，致
使钻孔应力计测量结果总是偏小，导致预警延缓，甚至无法预料的人员伤亡。
油包式的安装方法是将传感器包裹在油包之中，传感器插入钻孔中，通过向油包
加油，导致油包膨胀的方式实现钻孔和传感器的紧密接触，以弥补钻孔应力计与煤层之间
的间隙，但是该方法存在着漏油以及需要长期维护等问题。
灌浆式的安装方法是在传感器安装至钻孔中后，通过喷浆机将水泥等流体物质注
入钻孔中，由于钻孔深度长达10米左右，钻孔底部在喷浆后存在残留的空气，由于钻孔内空
气的压力导致喷浆流体不能进入到钻孔底部，喷浆流体不能完全覆盖传感器，甚至仅覆盖
传感器的尾端部分，不能完全保证传感器同煤层的紧密接触，在实际使用中测量效果相比
较于直插式几乎没有改进。另外，由于采用灌浆式安装方法，喷浆流体凝固后完全包裹住传
感器的信号传输电缆、电源电缆，或者传输光纤，导致在钻孔附近的煤层出现裂缝发育时，
信号传输电缆、电源电缆，或者传输光纤极易折断，折断后无法修复。
发明内容
本发明专利的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种光纤光栅钻孔
应力计在深煤层中的安装方法。本发明的光纤光栅钻孔应力计安装方法要能够做到操作简
单，确保钻孔应力计和煤层紧密贴合，保证煤层应力传递的连续性，使得测量结果精确可
靠。
为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
一种光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法，其特征在于，该安装方法是将钻孔
应力计和胶水放入到深煤层的钻孔中，胶水填充钻孔应力计与钻孔之间的空隙空间，胶水
凝固将钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，钻孔应力计真实地测量来自煤层外部的应力
扰动，该方法包括如下详细安装步骤：
第一步，在深煤层中钻探出钻孔，该钻孔用于放置钻孔应力计以测量煤层收到的外部
应力扰动；准备胶棒，该胶棒内装有胶水；在钻孔应力计的前端装有钉子，钉子用于刺破胶
棒以使胶水流出，钻孔应力计的后端装有柔性挡板，柔性挡板用于阻挡胶水的回流；
第二步，利用安装工具将胶棒和钻孔应力计送入至钻孔中，将胶棒置于钻孔应力计前
端以送到钻孔的底部，将安装工具退出；
第三步，利用一个安装杆顶住钻孔应力计，继续将钻孔应力计往前推，一直到底使得钻
孔应力计前端的钉子刺破所述的胶棒，胶棒内的胶水渗出，部分胶水渗透至煤层空隙，部分
胶水填充钻孔应力计和钻孔之间的空隙，从钻孔内回流的胶水被钻孔应力计后端的柔性挡
板阻挡，多余的胶水深入到煤层中；
第四步，所述的胶水粘度小，凝固后的硬度接近煤层的硬度，胶水发生化学反应温度低
于120℃，凝固过程中的体积膨胀系数大于1.5倍，所述柔性挡板的直径略大于钻孔的孔径；
当钻孔和煤层中的胶水完全凝固后，钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，完成钻孔应力
计的在钻孔中的安装。
一种光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法，其特征在于，该安装方法是将
钻孔应力计和胶水放入到深煤层的钻孔中，胶水填充钻孔应力计与钻孔之间的空隙空间，
胶水凝固将钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，钻孔应力计真实地测量来自煤层外部的
应力扰动，该方法包括如下详细安装步骤：
第一步，在深煤层中钻探出钻孔，该钻孔用于放置钻孔应力计以测量煤层收到的外部
应力扰动；准备胶棒，该胶棒内装有胶水和钻孔应力计；
第二步，利用安装工具先将一个尖锐器具放入到钻孔底部，再将包裹有钻孔应力计的
胶棒送入至钻孔中；
第三步，利用安装工具持续推着胶棒前进，使得胶棒前端与尖锐器具接触并刺破该胶
棒，胶棒内的胶水渗出，部分胶水渗透至煤层空隙，部分胶水填充钻孔应力计和钻孔之间的
空隙；
第四步，所述的胶水粘度小，凝固后的硬度接近煤层的硬度，胶水发生化学反应温度低
于120℃，凝固过程中的体积膨胀系数大于1.5倍，所述柔性挡板的直径略大于钻孔的孔径；
当钻孔和煤层中的胶水完全凝固后，钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，完成钻孔应力
计的在钻孔中的安装。
一种光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法，其特征在于，该安装方法是将
钻孔应力计和胶水放入到深煤层的钻孔中，胶水填充钻孔应力计与钻孔之间的空隙空间，
胶水凝固将钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，钻孔应力计真实地测量来自煤层外部的
应力扰动，该方法包括如下详细安装步骤：
第一步，在深煤层中钻探出钻孔，该钻孔用于放置钻孔应力计以测量煤层收到的外部
应力扰动；
第二步，利用安装工具将钻孔应力计至所述钻孔的底部；
第三步，将装有胶水的助推器向钻孔中注入胶水，注入部分胶水渗透至煤层空隙，部分
胶水填充钻孔应力计和钻孔之间的空隙，胶水推入后及时将助推器退出；
第四步，所述的胶水粘度小，凝固后的硬度接近煤层的硬度，胶水发生化学反应温度低
于120℃，凝固过程中的体积膨胀系数大于1.5倍，所述柔性挡板的直径略大于钻孔的孔径；
当钻孔和煤层中的胶水完全凝固后，钻孔应力计和煤层形成一个受力整体，完成钻孔应力
计的在钻孔中的安装。
基于上述技术方案，本发明光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法与现有技
术相比具有如下技术优点：
1、由于本发明光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法中采用的胶水固化后的硬
度与煤层结构的硬度相近，使得由该胶水联结起来的钻孔应力计和煤层能够紧密贴合，从
而保证了煤层应力传递的连续性。
2、由于胶水具有膨胀的特性，在凝固后形成的稳定结构，消除了原有的钻孔对煤
层应力的卸压效应，解决了原来钻孔应力计测量无数据或者测量值总是小于实际值的问
题，使得测量结构更真实、准确。
3、本发明专利的安装方法中采用的设备和工装简单，安装操作方便，并且测量结
果准确可靠。
4、本发明专利的安装方法可以适用于各种需要实现测量传感器和测量孔紧密接
触的应用场合，比如微震、声发射传感器在煤层中的安装，减少由于存在接触界面导致的能
量剧减，提高系统测量精度。
附图说明
图1是本发明一种光纤光栅钻孔应力计在深煤层中的安装方法实施例1的放置方
式示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明专利的光纤光栅钻孔应力计在深
煤层中的安装方法做进一步的详细说明，以求更为清楚明了地理解其结构组成和工作方
式，但不能以此来限制本发明专利的保护范围。
实施例1
图1为本发明实施例1的结构示意图，如图所示，本发明的钻孔应力计的安装方法中，包
括钻孔应力计101，胶水102，胶棒103、柔性挡板104和钉子105。其中胶水102放置在胶棒103
中，柔性挡板104安装在钻孔应力计101的尾部，钉子105安装在钻孔应力计101的前端。其
中，所述的胶棒结构为一层薄膜，它对于光纤光栅应力感应的影响可以忽略不计。所述的胶
水由树脂和催化剂以1:1的体积比搅拌而成，该胶水可以快速渗透煤岩体微细裂隙，其凝固
后的硬度与煤层结构的硬度相近。所述的柔性挡板的尺寸比钻孔口径大。
装有胶水的胶棒位于前端装有钉子的钻孔应力计的前方，将钻孔应力计和胶棒用
安装工具送入钻孔中，当钻孔应力计和胶棒到达钻孔底部时，安装工具退出，通过安装杆顶
住钻孔应力计，继续将钻孔应力计往前推，一直推到底，此时钻孔应力计前端的钉子会刺破
胶棒，胶水渗出，部分胶水渗透至煤层空隙，部分胶水填充钻孔应力计和钻孔之间的空隙空
间，且回流的胶水会被柔性挡板挡住。胶水会发生凝固，在凝固过程中会发生膨胀，保证钻
孔应力计和煤层实现充分紧密接触，当煤层中胶水完全凝固后，钻孔应力计和煤层则会形
成一个受力整体，当煤层受到来自外部的应力扰动，则钻孔应力计就可以十分灵敏的、真实
的测量出实际受力大小。
实施例2
首先将一个细刀片（或其他尖锐的器件）插入到钻孔的底部，此时钻孔应力计位于含有
胶水的胶棒中，用安装工具将上述胶棒送入钻孔中，当到达钻孔底部时，由于刀片的存在，
会将胶棒割破，胶水流出，当胶水凝固后，就可以实现钻孔应力计和煤层的紧密结合，实现
煤层应力传递的连续性。
实施例3
首先将钻孔应力计插入到钻孔的底部，然后用装有胶水的助推器向钻孔中推入胶水，
应保证助推器中的胶水足够填满钻孔应力计与周围煤层的间隙，否则二次推入胶水时，可
能有空气进入，推入胶水后，应及时将助推器退出，当推入的胶水凝固后，同样可以实现煤
层应力传递的连续性，使得测量结果真实、准确。
以上只是本发明的几项具体应用例子，还可以根据其他具体需要进行变化和调
整，只要不脱离本发明安装方法的总体思路就是属于其保护范畴。总而言之，本发明钻孔应
力计的安装方法的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变化和替代。