煤岩体监测传感器的固定装置的制作方法

本发明属于井下煤岩体监测领域，涉及一种煤岩体监测传感器的固定装置。

背景技术：

1、在煤矿开采行业，安全监测与生产效率的提升高度依赖于对矿井内部环境参数的精确把握。传统的煤岩体监测手段，如外部监测方式，受限于煤岩体表面的监测点，难以直接触及煤岩体内部，导致监测数据存在滞后性，无法及时反映煤岩体内部的真实状况。此外，恶劣的井下环境对监测设备的稳定性和耐久性提出了严峻挑战，频繁的设备失灵或损坏不仅增加了维护成本，也严重影响了监测的连续性和可靠性。人工井下物探检测虽然能够提供更为深入的数据，但其高昂的成本及难以实现的全天候、全覆盖监控，限制了其广泛应用。

2、为克服上述不足，近年来，通过在煤岩体内部施工长钻孔并将监测传感器预置入钻孔底部进行物理信号采集的技术逐渐受到重视。这种方法能够实现多点、连续、实时在线监测，为研究煤岩体内部动态变化、预测潜在灾害提供了重要数据支持。然而，在实际应用中，煤矿井下钻孔内传感器的安装成为了一个亟待解决的技术难题。

3、现有的煤岩体钻孔内传感器安装方式主要依赖于推杆推送结合注浆固定的方法。推杆将传感器推送至孔底后，通过注浆或其他堵塞材料将传感器固定在孔内。这种方式虽然在一定程度上实现了传感器的安装，但存在显著缺陷：一是注浆等二次施工环节增加了安装流程的复杂性，不利于快速高效地完成安装任务；二是注浆材料可能对传感器造成潜在损害，影响其长期稳定性和监测精度；三是注浆固定方式不利于传感器的二次回收利用，增加了开采成本。

4、为改进上述问题，有人提出了在传感器外部加装带倒刺保护壳的方法，以期在推送过程中保护传感器并增加与钻孔壁的接触耦合。然而，面对复杂多变的煤矿井下环境，尤其是上向大倾角钻孔、长距离钻孔及软煤层中的施工条件，该方法暴露出新的问题：一方面，由于钻孔横截面形状的不规则性，倒刺保护壳难以与钻孔壁形成良好的接触耦合，尤其是在大倾角钻孔中，接触不紧密极易导致传感器脱落；另一方面，钻孔内大量钻屑的存在，使得推送过程中倒刺设计易将钻屑推向孔底，造成推送路径堵塞，影响传感器到达预定安装位置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤岩体监测传感器的固定装置，以提高监测传感器在钻孔内的安装和使用的稳定性。

2、为达到上述目的，本发明提供一种煤岩体监测传感器的固定装置，用于将监测传感器固定于煤岩体的钻孔孔底。固定装置为筒体，监测传感器固设在固定装置内部；固定装置的轴向上固设有固定套筒，顶杆从外界穿入固定装置并滑动设置于固定套筒中，滑动套筒以与顶杆反向滑动的方式套设在固定套筒外。

3、固定装置内设置多个支撑臂，支撑臂一端铰接在固定装置内部，另一端绕铰接点旋转；支撑臂和滑动套筒通过连杆形成运动配合，连杆的两端分别铰接于支撑臂和滑动套筒，通过滑动套筒的运动来控制支撑臂的开合。

4、初始状态下支撑臂收拢于固定装置中，当固定装置到达钻孔底部时，顶杆与钻孔底部接触，固定装置相对于顶杆向钻孔底部运动，滑动套筒带动支撑臂展开，将固定装置及其中的监测传感器固定于钻孔中。

5、可选的，固定装置包括由第一隔板分隔开的第一筒段和第二筒段，固定套筒固设于第一隔板上并沿固定装置的轴向方向在第二筒段内延伸，固定套筒的末端设置有限位平台，限位平台固设在固定套筒的内壁上。

6、可选的，第一筒段为锥形，顶杆位于第一筒段内的第一杆体上设置有锥形限位块；顶杆位于第二筒段内的第二杆体在固定套筒内滑动，滑动套筒以与第二杆体反向滑动的方式设置在限位平台上。

7、可选的，第一杆体上套设有第一弹簧，第一弹簧一端与锥形限位块相连，另一端设置于第一隔板；固定套筒套上设有第二弹簧，第二弹簧一端设置于限位平台，另一端固设在滑动套筒靠近限位平台的端面上；在初始状态下，第一弹簧为拉伸状态，锥形限位块贴靠在第一筒段的侧壁上；第二弹簧为压缩状态。

8、可选的，支撑臂在固定装置内部的铰接点设置于第一隔板朝向第二筒段的表面上，第二筒段的外表面上与支撑臂的位置对应处开设有多个镂空槽；初始状态下，支撑臂收拢于镂空槽中。

9、可选的，连杆一端铰接于支撑臂的中部，另一端铰接于滑动套筒的外壁面上。

10、可选的，固定套筒的侧壁上开设有至少两个间隔分布的第一限位孔，滑动套筒与固定套筒相接触的内壁上开设有至少两个间隔分布的第二限位孔；每个第二限位孔旁侧均设置有弹簧片，弹簧片一端设置于滑动套筒的内壁，其自由端延伸至第二限位孔处。

11、弹簧片的自由端上设置有与第二限位孔配合的限位小球；当第一限位孔和第二限位孔对齐时，弹簧片处于自然状态，限位小球嵌入第一限位孔和第二限位孔中；当第一限位孔和第二限位孔错开时，固定套筒的侧壁推动限位小球从第一限位孔中移出，限位小球仅嵌入第二限位孔中，弹簧片发生形变。

12、可选的，多个第一限位孔两两一组在固定套筒的侧壁上对称分布，同组的两个第一限位孔的连线平行于固定套筒的轴线；多个第二限位孔两两一组在滑动套筒的内壁面上对称分布，同组的两个第二限位孔的连线平行于滑动套筒的轴线。

13、可选的，第二筒段的端面设置有筒形的推柄，将推杆置入推柄中以将固定装置送入孔底；顶杆位于第一筒段之外的端面设置有用于限制顶杆的插入深度的限位帽。

14、可选的，推柄为多个续接的标准四分镀锌管。

15、可选的，多个支撑臂沿固定装置的周向均匀分布在固定装置内部。

16、可选的，第二筒段中设置有第二隔板，第二隔板设置于限位平台和第二筒段的端面之间以形成监测传感器的容置空间。

17、可选的，在第二筒段的端面上开设小孔，监测传感器的供电线缆从小孔中穿出。

18、可选的，顶杆的外径和固定套筒的内径间隙配合，滑动套筒的内径和固定套筒的外径间隙配合。

19、本发明的有益效果在于：

20、本发明提供的煤岩体监测传感器的固定装置，将监测传感器牢固地保护在装置内部，有效隔绝了传感器在钻孔内推送及后续使用过程中可能遭遇的外界冲击和损害，确保了传感器能够稳定、准确地采集煤岩体内部的物理信号，进而保障了监测数据的可靠性和长期监测精度。

21、在固定装置进入钻孔之前，支撑臂为收拢状态并藏于装置内部，这使得整个固定装置的外形类似于子弹头，极大地减小了推送过程中的阻力，便于装置顺畅地在钻孔内穿行，提高了安装效率，同时也降低了因推送阻力过大而导致装置损坏或推送失败的风险。

22、当固定装置到达钻孔底部并完成传感器的定位后，支撑臂在滑动套筒的带动下迅速展开，呈倒刺状紧密地与钻孔壁接触耦合，不仅显著增大了固定装置与钻孔壁之间的接触面积和摩擦力，还形成了机械锁定机构，从而牢固地将固定装置及其内部的监测传感器固定在钻孔中，有效防止了推送杆撤出后装置因外力作用而从钻孔内掉落，确保了监测工作的连续性和稳定性。

23、不仅如此，弹簧片-小球限位机构能够锁定滑动套筒和固定套筒的相对位置，从而进一步锁定支撑臂的张开角度，使得支撑臂和钻孔壁之间保持稳定的机械接触。监测传感器成功安装后，在弹簧片-小球限位机构的作用下，第一弹簧保持压缩状态，第二弹簧保持拉伸状态，二者的压力和拉力互相平衡，使得顶杆和固定装置能够保持在当前状态不发生彼此滑动，进而保证支撑臂的旋转角度不会发生变化，进一步提高了固定装置的稳定性。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。