Устройство для наблюдений за послойными смещениями горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01C15/04 

Изобретение относится к области геодезии, в частности к устройствам для конт- рольных наблюдений за осадками и смещениями горных пород в их естественном состоянии, в том числе при определении величин горизонтальных и вертикальных перемещений отдельных слоев грунта.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для наблюдений за послойными смещениями горных пород; на фиг.2 - узел подвижной рамы; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - муфта подвижного соединения труб; на фиг.5 - центрирующий узел.

Устройство для наблюдений послойных смещений горных пород включает якорь 1, опорный фланец 2, прижимной фланец с репером 3, секцию 4, измерительную струну 5, уровни вертикальной установки измерительной струны 6, корпус подвижной рамы 7, раму подвижную 8, канатный блок со стопором 9, натяжной груз 10, посадочный цен- трир 11.

Узел подвижной рамы (фиг,2 и 3) содержит червячное колесо 12, червяк 13, привод подвижной рамы 14, опору червячного вала 5, зубчатое колесо 16, внешний подвижный контур 17, внутренний подвижный контур 18. Муфта подвижного соединения труб (фиг.4) снабжена уплотнениями 19. Центрирующий узел (фиг.5) содержит пружину 20, корпус 21 установочного цилиндра, установочные цилиндры 22, центрир 23.

В нижней части шахты укладывается железобетонное основание и устанавливаются жестко связанные с ним секция 4 и центрир 23, предназначенный для установки якоря 1 и являющийся в дальнейшем нижней точкой отсчета (нулевым уровнем) при определении относительного сдвига слоев грунта. Для придания точного направления якорю 1 при опускании служат подпружиненные пружинами 20 установочные цилиндры 22, размещенные внутри корпусов 21,

ел

с

со о о

Ю О 00

располагающиеся под углом 120° один относительно другого. Для соединения секций скважины применяется специальная муфта, обеспечивающая их подвижное соединение и возможность перемещения под действием сил деформации грунта как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости.

Промежуточную секцию 4 с прижимным фланцем и репером 3 размещают на опорном фланце 2, установленном на нижней секции 4 на соответствующем уровне и имеющем возможность осевого перемещения в вертикальной плоскости под действием сдвига нижележащих пластов грунта.

Опорный фланец 2 представляет из себя двухплоскостный шарикоподшипник прямолинейного движения и состоит из двух независимых подшипниковых узлов. Подшипник вертикального движения обеспечивает возможность взаимодействую щим частям относительные перемещения в вертикальной плоскости. Наружным кольцом данного подшипника является корпус опорного фланца 2, а внутренним - корпус нижней секции 4. Для предотвращения преждевременного выхода узла из строя в результате наличия в рабочей зоне посторонних абразивных частиц он оснащен верхним и нижним кольцевыми уплотнениями 19. Подшипник горизонтального перемещения обеспечивает возможность перемещения прижимного фланца с репером 3 относительно опорного фланца 2, или наоборот, и также оснащен двумя кольцевыми уплотнениями с аналогичными функциями. Количество промежуточных секций 4 зависит от глубины шахты и частоты расположения подлежащих контролю уровней.

В качестве измерительного прибора можно использовать микроскоп, фиксирующий перемещения меток измерительной струны 5 в процессе замера. Установка струны 5 осуществляется по уровням вертикальной установки 6.

Для осуществления измерений служит подвижная рама 8, смонтированная внутри корпуса 7 и включающая в себя систему из внешнего 17 и внутреннего 18 подвижных контуров, имеющих возможность перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также канатный блок со стопором 9.

Перемещение подвижной рамы 8 в вертикальной плоскости осуществляется с помощью самостопорящейся червячной передачи, включающей червяк 13, размещенный внутри опор червячного вала 15, червячное колесо 12 и привод 14. Соединение подвижной рамы 8 с корпусом 7 осуществляется через цилиндрические зубчатые

-

колеса 16. Для придания измерительной струне 5 первоначального натяжения служит груз 10. В качестве индикаторов относительного смещения пластов грунта

5 служит посадочный центрир 11 и репер прижимного фланца 3. Посадочный центрир 11 представляет из себя элемент с кольцевой впадиной. Репер прижимного фланца 3 представляет из себя элемент с кольцевым

Ю выступом. Взаимная фиксация осуществляется совпадением соответствующих выступов с соответствующими впадинами.

Измерительная система работает следующим образом.

15 При проведении замеров относительного сдвига пластов грунта относительно друг доуга в шахту опускается измерительная струна 5 с посадочными центрирами 11 до контакта якоря 1 струны 5 с центриром 23 и

20

последующим ее натяжением с помощью

натяжного груза 10 через подвижный при отпущенном стопоре канатный блок 9.

Установка измерительной струны 5 вертикально производится относительным пе25 ремещением внутреннего 18 и внешнего 17 подвижных контуров, связанных с канатным блоком 9, по подвижной раме 8 и реги- стрируется уровнями 6 вертикальной установки измерительной струны 5. По до30 стижению вертикального положения струны 5 включают стопор канатного блока 9, и измерительная система готова к проведению замеров.

По меткам с помощью микроскопа опре35 деляется начальная точка отсчета. Величина сдвига пластов грунта определяется по изменению положения меток струны 5 и подвижки контуров 17 и 18 по сравнению с первоначально снятыми показаниями.

40 Для проведения данных замеров производится опускание подвижной рамы 8 с помощью привода рамы 14, приводящего во вращение червяк 13, закрепленный в опорах червячного вала 15 и контактирующий с

45 червячным колесом 12, которое располагается на одном валу с зубчатым колесом 6 и вращается с ним совместно, что приводит к перемещению подвижной рамы 8 относительно корпуса рамы 7 до контакта впадин

50 посадочного центрира 11с выступами репера прижимного фланца 3 очередной секции 4. Величина вертикального смещения грунта определяется через микроскоп по разности положения меток струны 5 текущего и

55 предшествующего замеров.

Наличие горизонтального смещения пластов соответствующего уровня грунта устанавливается по перемещению по подвижной раме 8 внешнего 17 и внутреннего 18 подвижных контуров до установки верхнего рабочего участка измерительной струны 5 в вертикальное положение с помощью уровней 6. Величина горизонтального смещения также определяется как разность между текущим и предшествующим замера- ми,

Величины первоначальных зазоров между посадочными центрирами 11 струны 5 и реперами прижимного фланца 3 берутся различными с увеличением от нижних сек- ций к верхним. Этим будет обеспечиваться работоспособность всей измерительной системы, заключающейся в обязательности первоначального контакта центриров и реперов нижних секций по сравнению с верх- ними.

.Применяемая самостопорящаяся червячная передача исключает самопроизвольное опускание подвижной рамы 8.

Определение габаритных размеров эле- ментов устройства для наблюдений послойных смещений горных пород производят исходя из величины предлагаемого смещения пластов грунта с учетом их прочностных характеристик.

Высоты промежуточных секций 4, а также количество реперов секций 4 и центриров 11 измерительной струны 5 определяются конструктивно и зависят от общей глубины шахты и частоты расположе- ния подлежащих контролю уровней.

Использование предлагаемого устройства позволит по сравнению с существующими, повысить производительность измерительного процесса, так как все сме- щения определяются во всех плоскостях и на различных уровнях с помощью одного измерительного элемента, и снизить затра6.

ты исследований. Одновременно повышается надежность и точность наблюдений при увеличении количества реперов.

Предлагаемое устройство может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства, использующих системы контроля за смещениями объектов различного назначения или осадками пород.

Формула изобретения

1. Устройство для наблюдений за послойными смещениями горных пород, содержащееопорный столик, многосекционную обсадную трубу, в которой расположена струна с якорем, в верхней части которой размещены шкала, уровни, блок натяжения и отсчетное приспособление, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, секции соединены между собой с возможностью взаимных перемещений вдоль оси обсадной трубы и в плоскости, ортогональной ее оси, а отсчетное приспособление выполнено в виде рамы, установленной с возможностью перемещения в опорном столике и связанной с блоком натяжения, при этом на струне закреплены узлы принудительной центровки по числу секций обсадной трубы.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что узлы принудительной центровки выполнены с различными размерами, уменьшающимися от верхних секций к нижним.

3. Устройство по пп.1 и2,отличающе- е с я тем, что секции обсадной трубы выполнены с различными размерами, уменьшающимися от верхних секций к нижним в соответствии с размерами узлов принудительной центровки, расположенных внутри секций.

Использование: изобретение относится к области геодезии, в частности к устройствам для контрольных наблюдений за осадками и смещениями горных пород в их естественном состоянии, в том числе при определении величин горизонтальных и вертикальных перемещений отдельных слоев грунта. Сущность изобретения: работа устройства основана на последовательном опускании измерительной струны до контакта расположенных на ней посадочных центриров с реперами прижимных фланцев соответствующего уровня, последующей установки ее в вертикальное положение по уровням и определении смещения грунта по разности показаний отсчетного приспособления текущего и предшествующего замеров. 5 ил.

Т|