煤礦鉆孔應力計是用于監(jiān)測井下巖體內部應力變化的關鍵設備，主要應用于采場周圍、巷道圍巖或斷層帶等區(qū)域，通過實時捕捉巖體應力的動態(tài)變化，為預測沖擊地壓、頂板垮落等地質災害提供數(shù)據(jù)支持。

其工作原理可從力學感知、信號轉化、數(shù)據(jù)輸出三個核心環(huán)節(jié)解析：

一、核心組成與力學感知

• 若巖體受壓，壓力會擠壓探頭的彈性元件（如空心圓柱、活塞式結構），使其發(fā)生微小形變（壓縮或彎曲）；
• 若巖體受拉（少數(shù)情況），彈性元件則會產生拉伸形變。
  形變的程度與巖體作用于探頭的應力大小成正比（在彈性限度內遵循胡克定律）。

二、應力信號的轉化（基于應變效應或液壓傳遞）

1. 應變式鉆孔應力計（*常用）

• 核心原理：利用金屬電阻應變效應。在彈性元件表面粘貼多組應變片（金屬箔片或半導體材料），應變片通過導線連接成惠斯通電橋電路。
• 轉化過程：
  當彈性元件因巖體應力發(fā)生形變時，應變片隨其同步拉伸或壓縮，導致自身電阻值變化（拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減?。?；
  電阻變化打破惠斯通電橋的平衡，輸出與電阻變化量對應的微弱電壓信號（毫伏級），該信號與巖體應力呈線性關聯(lián)。

2. 液壓式鉆孔應力計

• 核心原理：通過液壓油傳遞壓力。探頭內充滿液壓油，彈性元件（如金屬膜片）直接與巖體接觸，另一端連接液壓傳感器。
• 轉化過程：
  巖體應力擠壓彈性膜片，使內部液壓油壓力升高，液壓傳感器將壓力信號轉化為電信號（如電壓或電流），進而反映巖體應力大小。
  此類應力計抗干擾性強，適用于高濕度、高粉塵的井下環(huán)境。

三、信號處理與數(shù)據(jù)輸出

• 有線傳輸：應力計輸出的原始電信號（電壓或電流）通過屏蔽電纜傳輸至井下分站或地面監(jiān)控系統(tǒng)，經放大、濾波、A/D 轉換后，轉化為數(shù)字信號，直接顯示為應力值（單位通常為 MPa）。
• 無線傳輸：部分*應力計內置電池和無線模塊（如 LoRa、4G），信號處理后通過無線方式發(fā)送至接收基站，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測。
• 校準與換算：出廠前需通過標準壓力源（如壓力試驗機）對設備進行校準，建立 “電信號值 - 實際應力值” 的對應關系，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

四、應用邏輯與監(jiān)測意義

• 當應力計監(jiān)測到應力持續(xù)升高并接近巖體強度極限時，可能預示沖擊地壓、頂板冒落風險；
• 若應力突然下降，可能表明巖體已發(fā)生塑性變形或裂隙擴展，支護結構需及時補強。

結