Многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок
Полезная модель относится к горному делу, а именно к устройствам диагностики и контроля состояния приконтурного массива и анкерной крепи подготовительных горных выработок.
Техническим результатом полезной модели является расширение точности и диапазона измерений с определением поинтервальной деформации между реперами в скважине и их конвергенции с почвой выработки.
Многореперный измеритель деформации содержит опорный репер 1, установленный у дна скважины и соединенный гибкой связью 2 с корпусом измерительного блока 3, промежуточные реперы 4, размещенные по длине скважины и соединенные гибкими связями 5 через оптические втулки 8 и отклоняющие ролики 7 и 9 с натяжными грузами 10, и контрольный почвенный репер 14, соединенный через дополнительные оптическую втулку и отклоняющий ролик 9 с натяжным грузом 10. При вращении гибкими связями 5 оптических втулок 8 свет от размещенных в них светодиодов через интервалы муавровых полосок поступает в фотоприемники 16 и генерирует электрический сигнал синусоидальной формы, который затем усиливают, преобразуют в прямоугольный, оцифровывают и определяют линейное перемещение и поинтервальную деформацию горного массива между опорным, промежуточными и контрольным почвенным реперами.
Устройство может работать автономно или запитываться через специальную сеть геомеханического мониторинга. Наличие аппаратуры микропроцессора позволяет также повысить точность и диапазон измерений, а также создавать базу данных. 2 з.п.ф., 2 илл.
Полезная модель относится к горному делу, а именно к устройствам диагностики и контроля состояния приконтурного массива и анкерной крепи подготовительных горных выработок.
Известен индикатор смещения угольных пластов, содержащий пружинный репер с гибкой подвеской, закрепленный в скважине, образованной в пласте, направляющую, закрепленную в устье скважины и через которую проходит подвеска и индикаторный элемент, помещенный на указанной подвеске с возможностью смещения направляющей относительно индикатора (патент Великобритании 
2253707, кл. G01B 5/30, E21D 21/02, опубликован в 1993 г.).
Недостатком известного индикатора смещения является отсутствие информации о расслоении кровли на интервале между опорным репером у дна скважины до горизонта анкерования, а также от горизонта анкерования до устья скважины. Отсутствие такой информации не позволяет обосновать рациональный выбор длины анкера и длины закрепляющей втулки, выявить распределение максимумов расслоения по глубине от поверхности контура выработки.
В качестве прототипа принято устройство контроля расслоения приконтурного массива горных выработок, включающее гибкую подвеску, соединяющую опорный репер с опорным индикатором и проходящую от дна скважины и через направляющую, установленную на устье, контрольный индикатор, охватывающий опорный индикатор, цветные полоски индикаторов, промежуточные реперы, соединенные гибкими связями с промежуточными индикаторами, и контрольный репер, установленный в поясе анкерования и соединенный с контрольным индикатором (патент РФ 2206740, кл. Е21С 39/00, дата приоритета 05.03.2001 г., дата публикации 20.06.2003 г.).
Индикаторы с цветными полосками могут быть выполнены из световозвращающего материала и образуют измерительный блок, а реперы могут быть выполнены в виде втулки с упругими усами или состоять из кольцевой пружины, навитой соосно со скважиной.
По сравнению с другими известными устройствами данное имеет повышенные информативность и надежность контроля расслоения приконтурного массива горных выработок.
Основными недостатками известного устройства являются:
- невозможность измерения деформации массива относительно почвы выработки, т.к. устройство может производить измерения только относительно пояса анкерования пород;
- низкая точность измерения деформации массива из-за конструкции измерительного блока;
- отсутствие вычислительной базы, позволяющей на основании полученных измерений сформировать необходимую базу данных.
Техническим результатом полезной модели является расширение точности и диапазона измерений с определением поинтервальной деформации между реперами в скважине и их конвергенции с почвой выработки.
Предложен многореперный измеритель деформаций приконтурного массива горных выработок, включающий опорный репер с гибкой связью, закрепленный у дна скважины, измерительный блок, выполненный в виде набора индикаторов, промежуточные реперы, закрепленные по длине скважины и соединенные гибкими связями через индикаторы и отклоняющие ролики с натяжными грузами, и контрольный репер.
Отличием является то, что опорный репер соединен с корпусом измерительного блока, причем индикаторы выполнены в виде оптических втулок со светодиодами и фотоприемниками, при этом все оптические втулки измерительного блока закреплены общей осью на корпусе блока.
Следующим отличием является то, что измерительный блок снабжен дополнительной гибкой связью, соединяющей через оптическую втулку и отклоняющие ролики контрольный репер с натяжным грузом, причем контрольный репер установлен в почве выработки.
Отличием является также то, что измеритель снабжен микропроцессором, соединенным с выходами фотоприемников оптических втулок измерительного блока.
Выполнение индикаторов измерительного блока в виде оптических втулок со световыми диодами и фотоприемниками позволяет повысить точность измерений, т.к. данный процесс уже не зависит от степени освещенности разными источниками, а обеспечивается специальными источниками с постоянными характеристиками, что позволяет на порядок увеличить точность измерений и расширить количество контролируемых параметров. За счет предложенной связи опорного репера с корпусом измерительного блока, использования в качестве контрольного репера, установленного в почве выработки, и ввод дополнительной связи указанного репера с натяжным грузом, устройство может измерять поинтервально деформации между реперами в скважине и их конвергенции с почвой выработки. Наличие в устройстве микропроцессора позволяет повысить точность и диапазон измерений, а также создать базу данных по проводимому мониторингу.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид многореперного измерителя в продольном разрезе, а на фиг.2 - разрез по I-I фиг.1.
Многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок имеет опорный репер 1, установленный в скважине и связанный гибкой связью 2 (тросиком) с корпусом измерительного блока 3. Промежуточные реперы 4 установлены по длине скважины и имеют гибкие связи 5 (тросики), которые проходят через чистильщики 6, установленные в корпусе измерительного блока, охватывают отклоняющие ролики 7, оптические втулки 8, отклоняющие ролики 9 и связывают промежуточные реперы с натяжными грузами 10. Оптические втулки 8 закреплены на жестких дисках 11 с общей осью 12, закрепленной концами на корпусе измерительного блока 3. Одна оптическая втулка не связана с промежуточным репером и ее охватывает гибкая связь 13, связывающая через отклоняющий ролик 9 контрольный репер 14, установленный в почве выработки, с натяжным грузом 10. Каждая оптическая втулка 8 имеет муавровые полоски, внутри установлен светодиод 15, освещающий внутреннюю полость втулки, а с наружной стороны размещен фотоприемник 16 (фотодиод) с поляроидной пластиной 17. Свет от светодиода 15 проходит через оптическое стекло и поступает на поляроидную пластину 17, где происходит его двулучепреломление, и два луча света на фотоприемнике 16 создают разность потенциалов. При вращении тросиком 5 оптической втулки 8 с диском 11 свет от светодиода 15 периодически прерывается темными муавровыми полосками на оптическом стекле, затем вновь возникает, т.к. свет от светодиода проходит через оптическое стекло между муавровыми полосками. В результате в фотоприемнике возникает электрический сигнал синусоидальной формы, который соответствующей аппаратурой микропроцессора, размещенного в отделах 18 и 19 измерителя, усиливается, преобразуется в прямоугольный и оцифровывается. По числу сигналов определяется линейное перемещение промежуточного репера относительно опорного и одновременно аналогично определяют перемещение корпуса измерительного блока 3, связанного тросиком 2 с опорным репером 1, относительно контрольного репера 14, установленного в почве выработки. Таким же образом определяют перемещение промежуточных реперов 4 относительно опорного и опорного репера 1 относительно контрольного почвенного репера. С помощью оптических втулок и микропроцессора производят определение поинтервальной деформации горного массива между реперами и их конвергенции с контрольным почвенным репером. При вращении оптических втулок по часовой стрелке вычисляется сужение интервалов, а при вращении против часовой стрелки - расширение интервалов.
Устройство может работать автономно или запитываться через специальную сеть геомеханического мониторинга. Информация о проведенных измерениях может храниться в памяти микропроцессора или передаваться в сеть.
1. Многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок, включающий опорный репер с гибкой связью, закрепленный у дна скважины, измерительный блок, выполненный в виде набора индикаторов, промежуточные реперы, закрепленные по длине скважины и соединенные гибкими связями через индикаторы и отклоняющие ролики с натяжными грузами, и контрольный репер, отличающийся тем, что опорный репер соединен с корпусом измерительного блока, причем индикаторы выполнены в виде оптических втулок со светодиодами и фотоприемниками, при этом все оптические втулки измерительного блока закреплены общей осью на корпусе блока.
2. Многореперный измеритель деформации по п.1, отличающийся тем, что измерительный блок снабжен дополнительной гибкой связью, соединяющей через оптическую втулку и отклоняющие ролики контрольный репер с натяжным грузом, причем контрольных репер установлен в почве выработки.
3. Многореперный измеритель деформации по п.1, отличающийся тем, что он снабжен микропроцессором, соединенным с выходами фотоприемников оптических втулок измерительного блока.
