Устройство для измерения смещений горных пород Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для дистанционного измерения смещений горных пород в труднодоступных местах и в выработках, опасных по газу и пыли.

Цель изобретения - повышение надежности и безопасности измерений, расширение диапазона измерений.

На фиг.1 показаны репер с поляризатором и уголковым отражателем; на фиг.2 - шкив с уголковым отражателем, разрез; на фиг.З - регистрирующий прибор; на фиг.4 - измерительная насадка регистрирующего прибора; на фиг.5 - анализатор с лимбом. Устройство для измерения смещений горных пород содержит нижний 1 и верхний 2 реперы, закрепленны в почве и кровле выработки (фиг.1), шкив 3, который огибает металлическая лента 4, прикрепленная одним концом к реперу 1, а другим - к грузу 5. На шкиве 3 (фиг.2) закреплен датчик перемещения в виде уголкового отражателя 6 и поляризатора 7. К ленте 4 прикреплены светоотражающие метки 8 из цветной пленки, а к реперу 2 - метка 9 из такой же пленки. Интервал между метками 8 равен длине окружности шкива 3.

Регистрирующий прибор (фиг.З) выполнен на основе теодолита 10 путем установок па его зрительную трубу (не показана) измерительной насадки 11 и осветителя 12. Осветитель 12 закрепляется на зрительной трубе теодолита с помощью хомута 13 и гнезда 14. В корпусе осветителя 12 установлен проекционный объектив 15, головной щахтный светильник 16, перископическая зеркальная система, состоящая из зеркал 17 и 18, установленных под углом 45° к оптической оси осветителя, и защитное стекло 19. Измерительная насадка 11 фиксируется зажимом на зрительной трубе после установки ее по цилиндрическому уровню 20, ось которого перпендикулярна направлению пропускания анализатора. В корпусе измерительной насадки (фиг.4) установлен червяк 21, входящий в зацепление с червячным колесом, имеющим лимб 22 с двумя шкалами. Начала шкал диаметрально противопложны и совпадают с направлением, показанным стрелкой 23 (фиг.5), пропускания анализатора 24. Последний установлен с возмож- нсотью вращения вокруг оптической оси зрительной трубы теодолита, снабженного лимбом 22, при этом оптические оси зрительной трубы и осветителя параллельны, а расстояние между ними не превышает апертуры уголкового отражателя 6.

Шкалы лимба 22 предназначены для грубого отсчета, а шкалы ручки 25 вращения червяка - для точного отсчета угла поворота анализатора 24, закрепленного в лимбе. Каждая из шкал лимба 22 содержит 50 делений. При червячной передаче 1:20 точность отсчета составит от половины

оборота анализатора, т. е. 0,18° или примерно 10

После установки иасадки по уровню 20 на зрительную трубу теодолита и выставления шкал грубого и точного отсчета на нуль, направление пропускания анализатора станет перпендикулярным оси уровня 20 насадки, т. е. перпендикулярным к горизонтали. Таким образом, начало отсчета привязывается к горизонтальной плоскости, а регистрирующий прибор тем самым может сниматься с места, переноситься, устанавливаться для повторных измерений или заменяться другим.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно в местах измерения смещений горных пород монтируют реперные устройства со шкивами, в которых закреплены поляризатор и уголковый отражатель. Шкивы с отражателями и, следовательно, метки из светоотражающей пленки ориентируют отражающими плоскостями в ту сторону, где устанавливается регистрирующий прибор. Точной ориентировки при этом не требуется, так как угловая апертура уголкового отражателя с поляриодом составляет

телесный угол ±30° от нормали к их плоскости.

В дальнейшем доступа к местам измерений может не быть. Измерения проводят дистанционно. Для этого в доступном участке, например в щтреке, устанавливают на

треноге по уровню теодолит с насадкой и направляют луч света в зону измерений, например в незакрепленную выработку большого сечения. Зтрительную трубу теодолита наводят на видимый по блеску отражатель. Сфокусированный осветителем световой луч падает на уголковый отражатель, отражается им строго параллельно падающему лучу и, пройдя через поляризатор, линейно поляризуется. Направление поляризации совпадает с направлением пропускания света поляризатором.

Интенсивный отраженный луч линейно поляризованного света падает на вход зрительной трубы теодолита, проходит анализатор и попадает в глаз наблюдателя с интенсивностью, пропорциональной в соответствии

С законом Малюса квадрату косинуса угла между направлениями пропускания поляризатора и анализатора. При совпадении этих направлений свет проходит поляризатор и анализатор полностью. Если угол между ними равен 90° (поляризатор и анализатор скрещены), то свет гасится. Эти экстремальные положения повторяются через каждые 180°. Измерения проводят по методу гашения. Поворачивают анализатор до момента гашения света и берут отсчет по лимбу.

Если горные породы смещаются, то изменяется расстояние между реперами 1 и 2 (фиг.1), например, между почвой и кровлей, шкив вместе с отражателем поворачивается вокруг своей оси, а метки 8 перемепдаются относительно метки 9. Число целых оборотов шкива определяется визуально с помощью зрительной трубы теодолита по положению индекса относительно подсвеченных меток, а угол поворота шкива в пределах угла 180° определяется с высокой точностью по лимбу методом гашения света. Разность между последуюш,им и предыду- шим отсчетами представляет собой прираш.е- ние смёш,ений горных пород в угловой величине за интервал между этими отсчетами.Зная диаметр шкива, легко перейти от угловых измеренных величин к линейным, так как углу 180° поворота поляризатора с отражателем соответствует измеряемое линейное перемещение, равное половине окружности шкива. Чем меньше диаметр шкива, тем выше чувствительность измерений.

Формула изобретения

. Устройство для измерения смешений горных пород, содержащее верхний и нижний реперы, установленные в кровле и почве выработки, шкив, установленный на верхнем репере и соединенный с датчиком перемещений, ленту, огибаюшую шкив, один конец которой закреплен на нижнем репере, а второй снабжен грузом, и дистанционный регистрирующий прибор, отличающеесятем, что, с целью повышения надежности и безопас

ности измерений, датчик перемешения выполнен в виде поляризатора с уголковым отражателем, а регистрирующий прибор выполнен в виде насадки на зрительную трубу теодолита, состоящий из осветителя и анализатора, установленного с возможностью вращения вокруг оптической оси зрительной трубы теодолита и снабженного лимбом, при этом оптические оси зрительной трубы и осветителя параллельны, а расстояние между ними не превышает линейной апертуры уголкового отражателя.

2.Устройство по п. 1, отличающеесятем,что осветитель выполнен в виде головного шахтного светильника, соединенного с перископической зеркальной системой.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что лимб снабжен двумя шкалами, начала которых диаметрально противоположны и совпадают с направлением пропускания анализатора.

4.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что насадка снабжена цилиндрическим уровнем, ось которого перпендикулярна направлению пропускания анализатора.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, верхний репер снабжен светоотражающей меткой, а на ленте установлены такие же метки с интервалом, равные длине окруж ности шкива.

Изобретение относится к области горного дела и позволяет повысить надежность и безопасность измерений. Устр-во содержит нижний 1 и верхний 2 реперы, закрепленные в почве и кровле выработки. Одним концом к реперу 1 прикреплена лента 4, огибающая шкив (Ш) 3, а другим концом она связана с грузом 5. На Ш 3 установлен датчик перемещения в виде уголкового отражателя (УО) 6 и поляризатора 7. С целью расширения диапазона измерений репер 2 снабжен светоотражающей меткой 9, на ленте 4 установлены такие же метки 8 с интервалом, равным длине окружности Ш 3. Регистрирующий прибор выполнен в виде насадки на зрительную трубу теодолита (ЗТТ) с лимбом, осветителя и анализатора. Последний установлен с возможностью вращения вокруг оптической оси ЗТТ, которая параллельна оптической оси осветителя, а расстояние между ними не превышает линейной апертуры УО 6. При смешении горных пород изменяется расстояние между реперами 1 и 2. При этом Ш 3 вместе с УО 6 поворачивается вокруг своей оси, а метки 8 перемещаются относительно метки 9. Число целых оборотов Ш 3 определяется с помощью ЗТТ по положению меток. Угол поворота Ш 3 определяется по лимбу методом гашения света. Разность между двумя отсчетами является приращением смещения горных пород в угловой величине за интервал между этими отсчетами. Зная диаметр Ш 3, переходят от угловых величин к линейным. 4 з.п.ф-лы, 5 ил. сл ю оо сх s5 ;о со

фиг. г

Фиг.-д

/7

20

фигЛ

zi

фиг. 5