Устройство для измерения смещения поверхностей горных выработок

Устройство для измерения смещения поверхностей горных выработок предназначено для измерения размеров их деформаций, возникающих в течении времени под действием нагрузок со стороны горного массива. Устройство содержит репера 1, выполненные из светоотражающего материала и закрепленные на боковых поверхностях и кровле контролируемой горной выработки 2 в местах, подлежащих контролю. Репер 3, вмонтированный в почву в начале контролируемой горной выработки 2. Штангу 4 с подставкой 5, закрепленную в репере 3. Базовую плиту 6, размещенную на подставке 5 и снабженную установочными винтами 7 и двумя взаимно-перпендикулярными уровнями 8. На базовой плите 6 посредством шарнира 10 закреплен планшет 9. Планшет 9, снабжен микрометрическим винтом 11, электронными угломерами 12, 13. На планшете 9 установлены лазерный дальномер 14 и формирователь 15 выходных сигналов лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12, 13. Формирователь 15 выходных сигналов лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12, 13 соединен с компьтером 16 электрической связью.

Настоящая полезная модель относится к горному делу, в частности к измерительной аппаратуре для контроля состояния горной выработки и предназначена для измерения размеров их деформаций, возникающих в течении времени под действием нагрузок со стороны горного массива.

Известно устройство контроля расслоения приконтурного массива горных выработок сопровождающееся деформацией последних, включающее скважину, пробуренную из горной выработки, установленный у дна скважины репер, снабженный гибкой подвеской, свободный конец которой закреплен на опорном индикаторе снабженным цветными полосами и выполненном из свето-возвращающего материала расположенные в горной выработке, контрольный индикатор, соединенный с контрольным репером и снабженный линейной разметкой.

(см. патент на изобретение RU 2206740).

Недостатком известного устройства является невозможность контролировать деформацию по всей длине горной выработке.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существующих признаков к заявленному является устройство для измерения смещения кровли, содержащее два репера, закрепленные в почве и кровле пласта, планшет, установленный на репере в почве, проецирующую оптическую систему с источником света и два угломера, размещенные в корпусе, который укреплен на репере в кровле. (см. Авт. Св. 588374).

Недостатком известного устройства является значительная трудоемкость при проведении измерений большого количества участков с постоянно установленными двумя реперами, отсутствие информации о деформации соседних участков горной выработки, ограниченность информации местами установки парных реперов.

Задачей полезной модели является создание устройства для измерения смещения поверхностей горных выработок, обеспечивающего повышение информируемости, надежности и достоверности о деформации участков горной выработки с одновременным снижением трудоемкости измерений за счет обеспечения возможности проведения измерений любых участков горной выработки за одну установку устройства.

Поставленная задача решена путем создания устройства для измерения смещения поверхностей горных выработок, содержащего реперы, закрепленные на поверхностях горной выработки, планшет, установленный на репере в почве горной выработки, проецирующую оптическую систему и два угломера, отличием которого, согласно полезной модели, является то, что планшет шарнирно закреплен на базовой плите с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях и снабжен электронными угломерами, обеспечивающими определение угла наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях, базовая плита закреплена на репере в почве горной выработки с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и снабжена установочными винтами и двумя взаимно перпендикулярными уровнями, проецирующая оптическая система выполнена в виде закрепленного на планшете электронного лазерного дальномера и формирователя выходных сигналов лазерного дальномера и электронных угломеров, соединенного с компьютером электрической связью, при этом реперы, установленные на боковых поверхностях и кровле горной выработки, выполнены из светоотражающего материала.

При использовании заявленного устройства достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности результатов измерений деформации участков поверхностей горной выработки с одновременным снижением трудоемкости измерений благодаря обеспечению возможности проведения измерений любых участков горной выработки за одну установку устройства.

На фиг.1 показана горная выработка с размещенным в ней устройством для измерения смещения поверхностей горных выработок, на фиг.2 показан общий вид устройства, на фиг.3 показано устройство, вид сверху.

Устройство содержит репера 1, выполненные из светоотражающего материала и закрепленные на боковых поверхностях и кровле контролируемой горной выработки 2 в местах, подлежащих контролю, репер 3, например, в виде вмонтированного в почву в начале контролируемой горной выработки 2 штыря с конусообразным отверстием. Закрепленную в репере 3 штангу 4 с подставкой 5, базовую плиту 6, размещенную на подставке 5 и снабженную установочными винтами 7 и двумя взаимно-перпендикулярными уровнями 8. На базовой плите 6 закреплен планшет 9 посредством шарнира 10, обеспечивающим возможность наклона планшета 9 относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей. Планшет 9, снабжен микрометрическим винтом 11, электронным угломером 12 для измерения в вертикальной плоскости и электронный угломером 13 для измерения в горизонтальной плоскости. На планшете 9 установлены лазерный дальномер 14 и формирователь 15 выходных сигналов лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12, 13. Формирователь 15 выходных сигналов лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12, 13 соединен с компьтером 16 электрической связью.

В качестве лазерного дальномера и электронных дальномеров может быть использован лазерный дальномер-угломер.

Устройство работает следующим образом.

В контролируемой горной выработке 2 по длине выбираются прямолинейные участки, исходя из условия обеспечения беспрепятственного совмещения луча лазерного дальномера 14 с любым репером 1 на поверхности горной выработки 2 до конца выбранного участка.

В начале контролируемой горной выработки 2 и при необходимости по ее длине оборудуются места размещения измерительного устройства путем внедрения репера 3, выполненного в виде штыря с внутреннем конусообразным отверстием, в почву выработки 2 для установки штанги 4. Предпочтительно что бы репер 3 существовал в течении всего периода проведения контрольных измерений. Репер 3 можно расположить в любой части горной выработки, однако наиболее оптимальным представляется на почве т.к. она меньше всего подвержена влиянию деформации.

На поверхности горной выработки 2 в предполагаемых проблемных местах подлежащих измерению устанавливаются репера 1, снабженные светоотражающей поверхностью, причем их количество не ограничено. В конусообразное отверстие репера 3 вставляется штанга 4, с подставкой 5 и обеспечивается постоянная высота подставки 5 над почвой выработки. На подставке 5 размещается базовая плита 6. С помощью установочных винтов 7 придают базовой плите 6 горизонтальное положение по двум взаимно перпендикулярным уровням 8. На базовой плите 6 посредством шарнира 10 закрепляется планшет 9 с микрометрическим винтом 11, электронным угломером 12 измеряющим угол наклона планшета в вертикальной плоскости и электронным угломером 13 измеряющим угол поворота планшета в горизонтальной плоскости. На планшете 9 закрепляется лазерный дальномер 14. После установки измерительного устройства луч лазерного дальномера направляется в сторону репера 1 и вращением микрометрического винта 11 обеспечивается попадание луча на репер 1. При попадании луча лазера на репер 1 происходит свечение его светоотражающей поверхности, что является сигналом для оператора зафиксировать показания лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12, 13 и включить формирователь выходных сигналов 15. Показания лазерного дальномера 14 и электронных угломеров 12 и 13 через формирователь 15 выходного сигнала по электрической связи поступают в компьютер 16, где первоначальные значения положения реперов запоминаются и служат в качестве контрольных при проведении последующих измерений.

Затем последовательно производят аналогичные измерения для всех установленных на поверхности горной выработки 2 реперов 1. Таким образом, можно зафиксировать положения неограниченного количества реперов в любых местах на кровле, боках и почве выработки за одну установку устройства.

При деформации участка горной выработки с установленным репером 1 происходит смещение последнего, и при последующих измерениях фиксируются изменения расстояния до него и угол наклона лазерного луча, новые значения вышеуказанных измеряемых параметров и по формуле рассчитывается величина смещения репера.

h=L_к·sin_к-L_з·sin_з, м

где L_к - контрольное значение расстояния до нанесенной точки измеренное лазерным дальномером, мм

_к - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, измеренное лазерным угломером, град

L_з - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное лазерным дальномером через заданный временной интервал, мм

_з - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град

h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, мм.

Пример:

Работа предлагаемого устройства проиллюстрирована на примере.

Горизонтальная выработка 2 сечением 3,6 м² пройдена на расстоянии 200 м. В местах контроля установлены репера 1, снабженные светоотражающей поверхностью. Базовую плиту 6 устанавливают горизонтально и направляют луч лазера лазерного дальномера 14 на репер 1. При попадании луча на репер 1 происходит свечение его светоотражающего элемента и оператор включает формирователь 15 выходных сигналов и компьютер 16. Происходит фиксация расстояния (L) от точки измерения до репера и угла между горизонтальной осью и лазерным лучом ().

В качестве лазерного дальномера используется электронная лазерная линейка (Leica DISTO D8) имеющая диапазон измерений до 200 метров с точностью ±1 миллиметр на всей длине измерения, в качестве угломера - электронный лазерный угломер-уровень (geo-Fennel Multi) с точностью измерения углов до 0,1°.

При наличии смещения репера 2 изменяются показания дальномера и угломеров. Величина смещения рассчитывается по формуле:

h=L_к·sin_к-L_з·sin_з, м

где L_к - контрольное значение расстояния до нанесенной точки измеренное лазерным дальномером, мм

_к - контрольное значение угла наклона лазерного луча совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, измеренное лазерным угломером, град

L_з - значение расстояния до нанесенной точки повторно измеренное лазерным дальномером через заданный временной интервал, мм

_з - значение угла наклона лазерного луча совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град

h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, мм.

Результаты первого измерения занесенные в компьютер (базовые значения) и вычисленное расстояние до репера:

L_к=30 м _к=5° sin_к=0,087

Результаты второго измерения занесенные в компьютер составили:

L_з =29,8 м _з=4,7° sin_з=0,082

В компьютере вычисляется величина смещения репера:

h=30·0,087-29,6·0,082=0,18 м.

Таким образом, за время между измерениями кровля выработки просела на 0,18 м.

Проводя измерения координат неограниченного количества реперов, этим устройством, на стенках, почве и кровле горной выработки можно за одну установку определить все деформации горной выработки.

Устройство для измерения смещения поверхностей горных выработок, содержащее реперы, закрепленные на поверхностях горной выработки, планшет, установленный на репере в почве горной выработки, проецирующую оптическую систему и два угломера, отличающееся тем, что планшет шарнирно закреплен на базовой плите с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях и снабжен электронными угломерами, обеспечивающими определение угла наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях, базовая плита закреплена на репере в почве горной выработки с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и снабжена установочными винтами и двумя взаимно перпендикулярными уровнями, проецирующая оптическая система выполнена в виде закрепленного на планшете электронного лазерного дальномера и формирователя выходных сигналов лазерного дальномера и электронных угломеров, соединенного с компьютером электрической связью, при этом реперы, установленные на боковых поверхностях и кровле горной выработки, выполнены из светоотражающего материала.