Устройство для определения деформаций массива горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для дистанционного определения критических величин расслоения, отслоения и разрушения пород кровли и боков горных выработок и шахтных целиков различного назначения. Изобретение решает задачу расширения объема информации, повышения надежности и точности определения деформаций массива горных пород за счет упрощения конструкции. Устройство содержит контрольный репер, базовый репер, датчик линейных перемещений и связанный с ним блок индикации, причем датчик линейных перемещений выполнен в виде корпуса с размещенным в нем герконом и постоянным магнитом. Базовый репер снабжен штоком с жестко закрепленной на нем упорной шайбой. На контрольном репере установлен датчик линейных перемещений с установочным элементом, нижняя часть которого выполнена в виде постоянного магнита, а другая его часть - в виде немагнитного штока. При этом установочный элемент установлен с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса до контакта с упорной шайбой. Геркон расположен неподвижно в плоскости, параллельной установочному элементу, с возможностью воздействия на его контакты магнитным полем постоянного магнита. Установочный элемент может быть снабжен со стороны постоянного магнита пружиной и откалиброван на заданную величину деформации. Датчик линейных перемещений может быть связан с блоком индикации электрическими проводами. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дистанционного определения критических величин расслоения, отслоения и разрушения пород кровли и боков горных выработок и шахтных целиков различного назначения, в т.ч. в условиях, небезопасных для нахождения людей, и в труднодоступных местах.

Известно устройство для дистанционного измерения смещений горных пород, содержащее датчик линейных перемещений в виде многооборотного высокоомного резистора с жестко закрепленным на его оси шкивом, регистрирующий прибор, два репера, связанную с одним из них гибкую тягу, охватывающую шкив без проскальзывания, и дополнительные элементы (авт. свид. СССР 1606659, кл. E 21 C 39/00, 1990 г. ). Для данного устройства характерно то, что наличие гибких тяг значительно усложняет конструкцию, и это снижает его надежность в работе, а использование в датчике линейных перемещений высокоомного резистора с подвижным контактом не позволяет получить объективную информацию о смещениях горных пород из-за меняющегося переходного сопротивления между контактом и резистором, что связано с влиянием влаги, окислений и др. Кроме того, требуется предварительная обработка данных оператором для дальнейшего принятия решений о наличии аварийной ситуации.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения деформации массива горных пород, принятое за прототип, содержащее подвижной (контрольный) и неподвижный (базовый) реперы, соединенные гибкой измерительной тягой, датчик линейных перемещений, установленный на неподвижном репере и содержащий закрепленные в корпусе геркон, подключенный к линии связи, подпружиненный барабан с магнитной лентой, на которую нанесен ферромагнитный слой и которая имеет возможность соприкасаться с блоком магнитных головок, а последние размещены с возможностью перемещения вдоль ленты с помощью исполнительного механизма, выполненного в виде электромагнита, причем ферромагнитный слой магнитной ленты имеет неоднородную намагниченность по длине в виде позиционного кода. При этом лента прикреплена одним концом к измерительному тросику, который закреплен на гибкой измерительной тяге, а на барабане закреплены постоянные магниты геркона с возможностью взаимодействия их магнитного поля с контактами геркона (авт. свид. СССР 1686163, кл. Е 21 С 39/00, 1991 г.).

Такое устройство характеризуется тем, что из-за соединения базового и контрольного реперов единой гибкой измерительной тягой и размещения датчика линейных перемещений на базовом репере можно определять только суммарные деформации массива горных пород между реперами без определения участков и места опасного образования трещин в контролируемом массиве, что не дает возможности оперативно оценить сложившуюся обстановку и принять меры по обеспечению безопасности работ. Кроме того, наличие гибкой тяги, большого количества узлов и элементов в датчике линейных перемещений значительно усложняют конструкцию, что влияет на надежность и точность получаемых результатов.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения объема информации, повышения надежности и точности определения деформаций массива горных пород за счет упрощения конструкции.

Для этого базовый репер снабжен штоком с жестко закрепленной на нем упорной шайбой, на контрольном репере установлен датчик линейных перемещений с установочным элементом, нижняя часть которого выполнена в виде постоянного магнита, а другая его часть - в виде немагнитного штока, причем установочный элемент имеет возможность осевого перемещения вдоль корпуса до контакта с упорной шайбой, а геркон расположен неподвижно в плоскости, параллельной установочному элементу, с возможностью воздействия на его контакты магнитным полем постоянного магнита, со стороны постоянного магнита установочный элемент снабжен пружиной и откалиброван на заданную величину деформации, а датчик линейных перемещений связан с блоком индикации электрическими проводами.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показано заявляемое устройство, размещенное в скважине, с блоком индикации, установленным в горной выработке.

Устройство определения деформаций массива горных пород содержит базовый репер 1 с присоединенным к нему одним концом штоком 2, на другом конце которого жестко закреплена упорная.шайба 3, и контрольный репер 4, с установленным на нем в головной части датчиком 5 линейных перемещений. Датчик 5 состоит из установленных в его корпусе, выполненном из диэлектрического материала, геркона 6 и откалиброванного на заданную величину деформаций установочного элемента 7, выполненного в виде подпружиненного штока 8 с постоянным магнитом 9. В корпусе датчика 5 предусмотрены близко расположенные параллельные каналы для установки геркона 6 и установочного элемента 7. На практике корпус датчика 5 может быть изготовлен цельным из диэлектрического материала с выполненными в нем каналами для геркона 6 и установочного элемента 7. Шток 8 установочного элемента 7 выполнен из трубчатого немагнитного материала, в нижней части которого жестко установлен постоянный магнит 9. Длина штока 8 с магнитом 9 откалибрована на заданную величину критических деформаций массива, т. е. его расслоения, отслоения, разрушения. За счет сжатия пружины 10 шток установочного элемента 7 может свободно перемещаться вдоль корпуса датчика 5 линейных перемещений. Геркон 6 неподвижно установлен в канале на таком его участке, который соответствует заданной величине калибровки установочного элемента 7 при перемещении его до места воздействия поля постоянного магнита 9 на контакты геркона 6. Геркон 6 датчика 5 проводами 11 электрически соединен с размещенным в горной выработке блоком индикации 12, представляющим собой низковольтное искро-взрывобезопасное устройство.

Устройство работает следующим образом. С помощью досылочной штанги в скважину устанавливают базовый репер 1 со штоком 2 и упорной шайбой 3. Базовый репер 1 устанавливается в глубине массива за зоной возможного разрушения пород, где он остается неподвижным по отношению к контрольному реперу 4. При этом длина штока 2 выбирается такой, чтобы упорная шайба 3 находилась на расстоянии от контура горной выработки или породного обнажения камеры, лавы и др., на котором необходимо производить определение критических деформаций горных пород, например, при оценке устойчивости кровли или боков выработок, закрепленных анкерной крепью, предельных или допустимых зон разрушения шахтных целиков и т.д. Затем досылочной штангой в скважину подают контрольный репер 4 с установленным на нем датчиком 5 линейных перемещений и вводят его в контакт с упорной шайбой 3. Шток 8 с магнитом 9 установочного элемента 7 прижимают к упорной шайбе 3 и за счет сжатия пружины 10 утапливают до предела в корпусе датчика 5 линейных перемещений. При этом поле постоянного магнита не оказывает воздействия на геркон 6, и блок индикации 12, установленный в выработке в удобном для обзора месте, переходит в дежурный режим, т. е. находится в обесточенном состоянии, при котором электроэнергия его источника питания не расходуется.

При деформировании массива горные породы начинают разрушаться, расслаиваться, отслаиваться от контура выработки и смещаться в выработку. Если деформации массива захватят область, где установлен контрольный репер 4 или выше его, то он вместе с породами будет смещаться в сторону выработки. При неподвижном базовом репере 1 со штоком 2 и упорной шайбой 3 шток 8 с магнитом 9 установочного элемента 7 под действием пружины 10 будет выдвигаться из корпуса датчика 5 линейных перемещений. Когда постоянный магнит 9 своим полем замкнет контакты геркона 6, включится блок индикации 12 и оповестит о достижении деформаций массива критических величин.

При необходимости в скважине можно установить несколько контрольных реперов 4, упирая их один в другой последовательно. Все они по отношению к базовому реперу 1 со штоком 2 и упорной шайбой 3 будут фиксировать деформации массива на разном удалении от контура выработки. При этом датчики 5 линейных перемещений каждого контрольного репера 4 можно откалибровать на разные заданные величины.

Применение заявленного устройства позволяет расширить диапазон получаемой информации о деформировании массива с фиксацией величин критических деформаций и определением опасных участков и мест в массиве; повысить оперативность определения критических деформаций массива, поскольку не требуется предварительная обработка данных и не нужен оператор для снятия отсчетов, благодаря чему повышается безопасность работ, проводимых в горной выработке; значительно упростить конструкцию устройства за счет исключения ряда элементов, повысить надежность и точность получаемых результатов, снизить трудоемкость работ при установке устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для определения деформаций массива горных пород, содержащее контрольный репер, базовый репер, датчик линейных перемещений и связанный с ним блок индикации, причем датчик линейных перемещений выполнен в виде корпуса с размещенным в нем герконом и постоянным магнитом, отличающееся тем, что базовый репер снабжен штоком с жестко закрепленной на нем упорной шайбой, на контрольном репере установлен датчик линейных перемещений с установочным элементом, нижняя часть которого выполнена в виде постоянного магнита, а другая его часть - в виде немагнитного штока, причем установочный элемент установлен с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса до контакта с упорной шайбой, а геркон расположен неподвижно в плоскости, параллельной установочному элементу, с возможностью воздействия на его контакты магнитным полем постоянного магнита.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что установочный элемент со стороны постоянного магнита снабжен пружиной.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что установочный элемент откалиброван на заданную величину деформаций.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что датчик линейных перемещений связан с блоком индикации электрическими проводами.

РИСУНКИ

Рисунок 1