УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в маpкшейдерской технике и других отраслях народного хозяйства, связанных с проведением высокоточных измерений на местности.

Известно устройство для определения деформаций массива горных пород, включающее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а другой соединен с контактной группой, расположенной на неподвижном репере, блок питания, радиопередающей аппаратуры.

В этом устройстве информация о величине деформации массива горных пород определяется по замыканию контактов контактной группы.

Однако в данном устройстве трудно обеспечить съем информации при значительной величине смещения массива горных пород, так как это требует большого числа контактов контактной группы, что технически трудно осуществить. Кроме того, наличие контактной группы в устройстве снижает его надежность и точность. В устройстве трудно обеспечить точность выше 5 мм.

Известно устройство для измерения деформаций массива горных пород, содержащее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а другой пропущен через направляющий блок неподвижного репера, в котором размещен датчик, содержащий первичный датчик-преобразователь угловых величин, подключенный к вторичной аппаратуре. Датчик выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором с возможностью перемещения вдоль корпуса установлен стакан, нижняя часть которого присоединена с помощью пружин к дну цилиндрического корпуса, на верхней части стакана и нижней части крышки корпуса закреплены полиспасные блоки, через которые проходит измерительная тяга. Причем вторичная аппаратура и первичный датчик-преобразователь размещены в стакане, а вал первичного датчика-преобразователя соединен с вернерным блоком, охваченным вернерной тягой, нижний конец которой через пружину соединен с дном цилиндрического корпуса, а верхний конец закреплен на юстировочном блоке, вал которого соединен с редуктором точной установки первичного датчика-преобразователя, закрепленным на верхней части крышки корпуса.

Перед началом измерений устанавливают стакан в цилиндрическом корпусе в верхнем его положении. Вращая цилиндрический блок, через редуктор перемещают измерительную тягу, что приводит к вращению вала датчика угол-цифровой код при неподвижном стакане, при этом устанавливается нулевое положение датчика. При смещениях массива горных пород перемещается измерительная тяга, что приводит к перемещениям стакана цилиндрическом корпусе под действием пружин. Так как вернерная тяга неподвижна, то при этом вращается вернерный блок и соответственно прозрачный диск датчика-преобразователя.

При измерении величины смещения массива горных пород на вход дешифратора датчика подают прямоугольные импульсы, по количеству равные количеству разрядов кодовой маски. С выхода дешифратора импульсы последовательно направляются им на светодиоды блока сканирующих светодиодов. В зависимости от того как нанесена на диске против светодиодов маска, на фотон или фотодиод поступает световой поток, т. е. снимается информация о положении диска и соответственно о величине смещения массива. С фотодиода после усиления усилителем импульсы поступают на вход радиопередающего устройства или проводной линии связи и передаются на диспетчерский пункт, где осуществляется обработка полученной информации о величине смещения массива горных пород.

Однако скручивание измерительной тяги, пропущенной через полистпасные блоки и люфт в осях этих блоков, приводит к погрешностям измерений, которые трудно учесть. Кроме того, достаточно трудоемка подготовка датчика к измерениям, что связано с необходимостью пропуска измерительной тяги через полистпасные блоки в то время, как они через цилиндр связаны с пружинами. Это затрудняет эксплуатацию и снижает в итоге надежность в работе устройства.

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения деформаций массива горных пород, содержащее подвижный и неподвижный реперы, а другой пропущен через направляющий блок неподвижного репера, спиральную пружину, датчик, выполненный в виде цилиндрического корпуса с размещенным в нем преобразователем угловых величин, подключенным к измерительной аппаратуре, снабжено удлиненным цилиндрическим валом и трубой, направляющий блок расположен горизонтально и соединен с преобразователем угловых величин посредством удлиненного цилиндрического вала, установленного соосно цилиндрическому корпусу, при этом спиральная пружина закреплена между цилиндрическим валом и корпусом датчика, а тяга пропущена через трубу.

В предлагаемом устройстве горизонтальное расположение направляющего блока и соединение его с первичным датчиком-преобразователем угловых величин позволяет значительно упростить устройство и соответственно повысить его надежность. Жесткость связи направляющего блока с преобразователем угловых величин посредством удлиненного цилиндрического вала обеспечивает высокую точность измерений. Расположение датчика-преобразователя в нижней части цилиндрического корпуса, ниже поверхности земли, позволяет обеспечить более высокую температурную стабильность работы аппаратуры и ее защищенность от доступа некомпетентных лиц, что также повышает надежность ее в работе. Кроме того, наличие в устройстве спиральной пружины позволяет уменьшить габариты устройства и упростить его, обеспечивая при этом большие пределы измерений.

На фиг. 1 изображено оборудование подвижного репера; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, неподвижного репера; на фиг. 4 - датчик.

Предлагаемое устройство содержит подвижный (фиг. 1) и неподвижный (фиг. 2) реперы, соединенные измерительной тягой.

Подвижный репер расположен в скважине 1 и включает металлический штырь 2, который своей нижней частью закреплен в бетоне 3, а на верхней части штыря надета металлическая втулка 4. На глубине, соответствующей 400-600 мм от поверхности земли, штырь 2 имеет отверстие, в которое вставлена шпилька 5. К последней прикреплена пропущенная через трубу 6 измерительная тяга 7. В качестве измерительной тяги 7 целесообразно использовать инварную проволоку диаметром 1-2 мм, что позволяет обеспечить компенсацию температурного расширения измерительной тяги. Диаметр трубы 6 может лежать в пределах 25-50 мм и прокладывается она вдоль линии измерений. Глубина закладки трубы 6 (400-600 мм) обеспечивает возможность измерений при движении по данному участку горного массива транспортной техники и, кроме того, стабильность температуры измерительной тяги 7. Втулка 4 защищает подвижный репер от попадания осадков.

Неподвижный репер располагается в прямоугольном углублении 8, в котором пробурена скважина 1. В последнюю вставлена обсадная труба 9. На дне углубления 8 размещена бетонная подушка 10, на которой расположены датчик 11 смещения массива горных пород, антенное устройство 12 и блок 13 питания. Углубление 8 неподвижного репера закрыто щитом 14, снабженным люком 15. В щите 14 имеется отверстие, через которое пропущено вставленное в резиновую муфту 16 антенное устройство 12. Вокруг неподвижного репера оборудуется дренажная канавка 17.

Датчик смещения массива горных пород (фиг. 3) включает подкладку 18, закрепленную на бетонной подушке 10 и имеющую в центре отверстие, через которое вставлена в скважину обсадная труба 9. На подкладке 18 закреплено основание датчика 19, к которому болтами прикручен защитный колпак 20. С нижней стороны основания датчика 19 приварены трубы 21, которых целесообразно брать три или четыре, другие концы труб 21 приварены к фланцам 22. К фланцу 22 прикреплен винтами датчик-преобразователь угловых величин (не показан), размещенный в стакане 23. К верхней стороне основания датчика 19 приварена П-образная подставка 24, имеющая в центре отверстие с закрепленным в нем подшипником 25. Внутри подшипника 25 установлена втулка 26, на верхнем конце которой закреплен направляющий блок 27, а к нижнему концу которой прикреплен удлиненный цилиндрический вал 28, который соединен с первичным датчиком-преобразователем с помощью втулки 29. На втулке 26 подставке 24 закреплена одним концом спиральная пружина 30, которая другим концом закреплена на подставке 24. На направляющем блоке 27 закреплена своим концом измерительная тяга 7. Длина цилиндрического вала 28 выбирается в пределах 0,8-1,2 м с таким расчетом, чтобы первичный датчик-преобразователь находился на глубине, на которой не сказываются колебания температуры воздуха. Спиральная пружина 30 должна обеспечивать натяжение измерительной тяги 7 с усилием не менее 10 кг.

Преобразователь может, например, содержать дешифратор, соединенный своими выходами со светодиодами, входящими в состав позиционного датчика угол-цифровой код. Количество светодиодов равно количеству дорожек кодирующего диска датчика и соответственно принимающих световой поток фотодиодов.

Выход датчика угол-цифровой код (выходы фотодиодов) соединен с усилителем напряжения, который связан с радиопередающим устройством, имеющим антенное устройство для связи с аппаратурой на центральном посту. Возможно также подключение усилителя-преобразователя к аппаратуре центрального поста с помощью проводной линии связи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После оборудования подвижного и неподвижного реперов прикрепляют к установленному в скважине 1 металлическому штырю 2 измерительную тягу 7 с помощью шпильки 5. Измерительную тягу 7 пропускают через трубу 6. Закрывают скважину 1 втулкой 4, надевая ее на металлический штырь 2. На бетонной подушке 10 закрепляют датчик смещения, вставив его в обсадную трубу 9. Другой конец измерительной тяги 7 пропускают через отверстие в защитном колпаке 20, закрепляют на барабане (блок 27) и, предварительно закрутив барабан, обеспечивают натяжение спиральной пружиной тяги 7. После установки защитного колпака 20 и его закрепления барабан, а следовательно, цилиндрический вал 28 и вал соединенного с ним датчика-преобразователя принимают начальное положение.

В ходе измерений при смещении массива горных пород изменяется расстояние между подвижным и неподвижным реперами. При этом измерительная тяга 7, закрепленная одним концом на металлическом штыре, скручивается с блока 27, преодолевая сопротивление спиральной пружины 30. Вместе с направляющим блоком 27 вращается при этом ось втулки 26, удлиненный цилиндрический вал 28 и вал первичного датчика-преобразователя. Втулка 29 компенсирует возможную несоосность оси и вала первичного датчика-преобразователя.

На выходе преобразователя угол-цифровой код сигнал о величине смещения, пропорциональный углу поворота вала датчика, по проводным линиям связи или с помощью радиопередающей аппаратуры передается на центральный пост и там фиксируется.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений благодаря упрощению связи датчика с измерительной тягой и горизонтальному расположению датчика. Это также повышает его надежность. Наличие спиральной пружины позволяет уменьшить размеры устройства. Заглубленное расположение реперов и измерительной тяги повышает надежность устройства и его защищенность от вмешательства некомпетентных лиц, а также снижает влияние изменения температурных условий.

Предлагаемое устройство может широко применяться при контроле состояния массивов горных пород как при открытых, так и при подземных разработках месторождений полезных ископаемых.

Использование: в маркшейдерской технике при проведении высокоточных измерений на местности. Сущность изобретения: подвижный и неподвижный реперы соединены посредством измерительной тяги (ИТ) 7, пропущенной через трубу. Один конец ИТ 7 прикреплен к металлическому штырю подвижного репера, а другой закреплен на направляющем блоке (НБ) 27 датчика смещения. Направляющий блок 27 горизонтально расположен на бетонной подушке 10 и посредством удлиненного цилиндрического вала (В) 28 соединен с первичным датчиком-преобразователем. Предварительно закрученный НБ 27 обеспечивает натяжение спиральной пружинной 30 ИТ 7. При деформациях массива ИТ 7 поворачивает НБ 27 с В 28 и первичный датчик-преобразователь. Величина смещения пропорциональна углу поворота вала датчика. Сигнал о величине смещения передают по линиям связи на центральный пост. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а второй пропущен через направляющий блок неподвижного репера, спиральную пружину, датчик цилиндрической формы с размещенным в нем преобразователем угловых величин, подключенный к измерительной аппаратуре, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и повышения надежности устройства, оно снабжено удлиненным цилиндрическим валом и трубой, направляющий блок расположен горизонтально и соединен с преобразователем угловых величин посредством удлиненного цилиндрического вала, установленного соосно цилиндрическому корпусу, при этом спиральная пружина закреплена между цилиндрическим валом и корпусом датчика, а тяга пропущена через трубу.