CN105180753A - 一种巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，包括锚固端、一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆、细钢丝绳、位移显示盘、钢丝绳线圈棒和小型里程表；一级位移杆经二级位移杆与三级位移杆固定相连，一级位移杆的下端固定安装有锚固端，三级位移杆的上端与位移显示盘固定相连；位移显示盘分为位移量显示内盘和扣合在其上的位移量显示外盘，位移量显示内盘上分三层各均匀开有12个钢丝绳槽，钢丝绳槽内安装有钢丝绳线圈棒；位移量显示外盘与钢丝绳槽相应位置处均开有位移表槽，位移表槽内安装有小型里程表，小型里程表与相应位置处的钢丝绳线圈棒相连；细钢丝绳一端固定在一、二、三级位移杆的下端，另一端固定并缠绕在钢丝绳线圈棒上。

Description

一种巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置

技术领域

本发明涉及巷道围岩位移测量领域，具体涉及一种巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置。

背景技术

巷道开挖后对巷道稳定性有影响的周围岩体称为巷道围岩；巷道围岩内部岩层的移动是指巷道内部岩层相对于巷道中心而发生的三维空间移动情况。

目前，矿山巷道围岩内部岩层移动测量工具相对欠缺，以往矿上巷道内部围岩移动情况测量使用的是多点位移计或顶板离层测量仪。多点位移计测量围岩内部岩层移动很方便，且被普遍采用，但是多点位移计设计的初衷是为了测量巷道围岩内部岩层相对于巷道中心的前后移动位移大小，如果巷道内部围岩只发生前后移动，多点位移计可以起到很好的效果，假设巷道内部岩层发生了左右或上下位移而引起多点位移计发生示数显示，那么就会被误认为是巷道内部岩层发生了前后位移而误判巷道内部岩层移动形势，进而引起巷道围岩修正支护设计出现偏差，造成支护效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有巷道围岩位移测量装置的不足，提供一种能对巷道围岩进行三维位移测量、位移值由数字显示、精度高、安全可靠的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置包括锚固端、一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆、细钢丝绳、位移显示盘、钢丝绳线圈棒和小型里程表；

一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆两端面均匀开有12个小孔，所述一级位移杆的上端与二级位移杆的下端固定相连，所述二级位移杆的上端与三级位移杆的下端固定相连，所述一级位移杆的下端固定安装有锚固端，所述三级位移杆的上端与位移显示盘固定相连；

所述位移显示盘分为位移量显示内盘和位移量显示外盘，所述位移量显示内盘上依次划分有一级钢丝绳放置环、二级钢丝绳放置环、三级钢丝绳放置环，所述一、二、三级钢丝绳放置环上分别均匀开有12个钢丝绳槽，所述钢丝绳槽内安装有钢丝绳线圈棒；

所述位移量显示内盘上扣合有位移量显示外盘，所述位移量显示外盘与所述位移量显示内盘的一、二、三级钢丝绳放置环相应位置处依次划分有一级小型里程表放置环、二级小型里程表放置环、三级小型里程表放置环，所述位移量显示外盘与所述钢丝绳槽相应位置处均开有位移表槽，所述位移表槽内安装有小型里程表，所述小型里程表与相应位置处的钢丝绳线圈棒相连；

第一批12根细钢丝绳一端分别固定在一级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过一、二、三级位移杆后分别固定在一级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上；第二批12根细钢丝绳一端分别固定在二级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过二、三级位移杆后分别固定在二级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上；第三批12根细钢丝绳一端分别固定在三级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过三级位移杆后分别固定在三级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上。

具体地，所述一级位移杆由为小圆柱实体的一级圆柱段组成，所述一级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为一级位移杆；所述二级位移杆由为小圆柱实体的二级圆柱段组成，所述二级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为二级位移杆；所述三级位移杆由为小圆柱实体的三级圆柱段组成，所述三级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为三级位移杆。

进一步地，所述二级位移杆下端与三级位移杆下端还包含有圆柱段凸起，所述一级位移杆的上端经圆柱段凸起与二级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定；所述二级位移杆的上端经圆柱段凸起与三级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定。

进一步地，所述一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆的长度均为50cm。

具体地，所述锚固端包括一个圆锥体，所述圆锥体底部固定有用于与所述一级位移杆连接的螺纹杆，所述圆锥体底部边缘均匀分布三根用于加强锚固作用的倒刺。

具体地，所述小型里程表与相应位置处的钢丝绳线圈棒通过齿轮相连。

所述齿轮分为驱动齿轮和小齿轮，所述钢丝绳线圈棒两侧各安装有一个驱动齿轮，所述小型里程表两侧各安装有一个小齿轮，所述小齿轮与相应位置处的驱动齿轮卡合。

具体地，所述钢丝绳槽、位移表槽均由一个大方形孔和位于大方形孔两侧的扁形孔组成，所述钢丝绳线圈棒、小型里程表安装在大方形孔内，所述驱动齿轮、小齿轮安装在扁形孔内。

所述钢丝绳线圈棒上缠绕的细钢丝绳长度为1m-2m。

所述细钢丝绳为具有一定强度的细钢丝铰接线。

一、二、三级位移杆可以沿垂直轴向方向任意移动，也可以沿轴向拉伸移动；巷道围岩产生位移将带动一、二、三级位移杆发生相应的位移，则位移杆内相应方位的细钢丝绳会被牵动，进而拉动钢丝绳线圈棒，钢丝绳线圈棒带动驱动齿轮、小齿轮旋转，使小型里程表的数值发生变化，小型里程表显示的数值即为巷道围岩产生的位移值。一、二、三级钢丝绳放置环和一、二、三级小型里程表放置环将360°均分成12等份，通过分析数值发生变化的小型里程表的方位，可以判断巷道围岩产生的是整体拉伸移动、上下错动、左右错动或其他错动及其位移值。

本发明能够直观的观测到巷道内部岩层三维移动位移，依据不同级别的小型里程表放置环、不同方位的小型里程表显示的数据，可以判断出巷道围岩前后左右上下的位移移动距离及方向。且本装置具有可数字显示位移、可分段显示巷道内部围岩移动方向、可区分巷道围岩三维位移大小、安全可靠、技术精良等优点，且能适当控制巷道围岩稳定性。

附图说明

图1为本发明的主示图；

图2为本发明的分解连接示意图；

图3为本发明的位移显示盘分解连接示意图；

图4为本发明的锚固端与一级位移杆分解连接示意图；

图5为本发明的二级位移杆与一级位移杆分解连接示意图；

图6为本发明的三级位移杆与二级位移杆分解连接示意图；

图中：1-倒刺、2-圆锥体、3-螺纹杆、4-一级圆柱段、5-细钢丝绳、6-二级圆柱段、7-圆柱段凸起、8-三级圆柱段、9-位移量显示内盘、10-钢丝绳槽、11-驱动齿轮、12-钢丝绳线圈棒、13-三级钢丝绳放置环、14-二级钢丝绳放置环、15-一级钢丝绳放置环、16-位移量显示外盘、17-小型里程表、18-小齿轮。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置包括锚固端、一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆、细钢丝绳5、位移显示盘、钢丝绳线圈棒12和小型里程表17。

如图4所示，锚固端包括倒刺1、圆锥体2和螺纹杆3，螺纹杆3固定在圆锥体2底部，也可以与圆锥体2一体成型，锚固端通过螺纹杆3与一级位移杆固定连接，三根倒刺1均匀分布在圆锥体底部边缘，用以将锚固端固定于钻孔不易拔出。

一级位移杆由一级圆柱段4组成，二级位移杆由二级圆柱段6组成，三级位移杆由三级圆柱段8组成，一级圆柱段4、二级圆柱段6、三级圆柱段8为一节节的小圆柱实体，一级圆柱段4、二级圆柱段6、三级圆柱段8两端面分别均匀开有12个供细钢丝绳5通过的小孔。如图5、6所示，二级位移杆下端与三级位移杆下端还包含有圆柱段凸起7，一级位移杆可以插入二级位移杆，二级位移杆又可以插入三级位移杆，以此类推，组装成多级位移杆。一级位移杆的上端经圆柱段凸起7与二级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定；二级位移杆的上端经圆柱段凸起7与三级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定。

三级位移杆的上端与位移显示盘固定相连。如图3所示，位移显示盘分为位移量显示内盘9和位移量显示外盘16，位移量显示内盘9上依次划分有一级钢丝绳放置环15、二级钢丝绳放置环14、三级钢丝绳放置环13，一级钢丝绳放置环15、二级钢丝绳放置环14、三级钢丝绳放置环13上分别均匀开有12个钢丝绳槽10，钢丝绳槽10由一个大方形孔和位于大方形孔两侧的扁形孔组成，钢丝绳线圈棒12安装在大方形孔内，驱动齿轮11安装在扁形孔内与钢丝绳线圈棒12连接。

位移量显示外盘16扣合在位移量显示内盘9上，位移量显示外盘16与位移量显示内盘9的一级钢丝绳放置环15、二级钢丝绳放置环14、三级钢丝绳放置环13相应位置处依次划分有一级小型里程表放置环、二级小型里程表放置环、三级小型里程表放置环，位移量显示外盘16与钢丝绳槽10相应位置处均开有位移表槽，位移表槽由一个大方形孔和位于大方形孔两侧的扁形孔组成，小型里程表17安装在大方形孔内，小齿轮18安装在扁形孔内与小型里程表17连接，且小齿轮18与相应位置处的驱动齿轮11相互咬合。

拉动细钢丝绳5带动钢丝绳线圈棒12转动进而驱动齿轮11转动，驱动齿轮11转动带动小齿轮18转动，小齿轮18转动带动小型里程表17转动，使小型里程表17的数值发生变化，显示细钢丝绳5拉动的距离。

第一批12根细钢丝绳5一端分别固定在一级位移杆下端面的12个小孔上，另一端分别穿过一、二、三级位移杆内相应位置的小孔后分别固定在一级钢丝绳放置环15中对应的钢丝绳线圈棒12上；第二批12根细钢丝绳5一端分别固定在二级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过二、三级位移杆内相应位置的小孔后分别固定在二级钢丝绳放置环14中对应的钢丝绳线圈棒12上；第三批12根细钢丝绳5一端分别固定在三级位移杆下端面的12个小孔上，另一端分别穿过三级位移杆内相应位置的小孔后分别固定在三级钢丝绳放置环13中对应的钢丝绳线圈棒12上。将细钢丝绳5在钢丝绳线圈棒12上缠绕1m-2m，保证细钢丝绳5处于拉紧状态。

细钢丝绳5优选为具有一定强度的细钢丝铰接线。当细钢丝绳5拉紧时，一级圆柱段4的节与节之间紧紧连接为一级位移杆，二级圆柱段6的节与节之间紧紧连接为二级位移杆，三级圆柱段8的节与节之间紧紧连接为三级位移杆。

一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆的长度均为50cm，一、二、三级位移杆可以沿垂直轴向方向任意移动，也可以沿轴向拉伸移动。当锚固端固定在钻孔深部之后，一级位移杆可与钻孔最深处50cm范围围岩三维同步移动，对应的一级小型里程表放置环上的小型里程表17可显示其位移情况；二级位移杆与围岩三维同步移动，对应的一、二级小型里程表放置环上的小型里程表17可显示其位移情况；三级位移杆与围岩三维同步移动，对应的一、二、三级小型里程表放置环上的小型里程表17可显示其位移情况。

具体来说，若一级小型里程表放置环上的小型里程表17同时显示一样的数据，则说明一级位移杆沿轴向整体拉伸移动；若一级小型里程表放置环上的小型里程表17十点至十二点方向与四点至六点方向显示相同的位移，则说明一级位移杆沿垂直轴向方向上下错动，通过分析数值发生变化的小型里程表17所处的位置，可以判断一级位移杆产生的是左右错动或其他错动。

若一、二级小型里程表放置环上的小型里程表17同时显示一样的位移量，则说明岩层运动发生在二级位移杆内，一级位移杆是被动运动，则可判断二级位移杆所在钻孔范围内的岩层移动情况；三级位移杆移动也必然同时带动二级位移杆与一级位移杆移动，判断原理相同。通过分析数值发生变化的小型里程表17所处的位置，可以判断具体是哪一级位移杆产生位移或错动。

施工方法：

1）多级位移杆及锚固端组装：用12根细钢丝绳5将一级圆柱段4彼此连接为一级位移杆，将锚固端的螺纹杆3拧进一级位移杆末端；再各用12根细钢丝绳5连接二级位移杆及三级位移杆；将一级位移杆的12根细钢丝绳5穿过二、三级位移杆，将二级位移杆的12根细钢丝绳5穿过三级位移杆；将一、二、三级位移杆固定相连，完成位移杆整体组装；

2）多级位移杆与位移显示盘连接：将三级位移杆上端的细钢丝绳5分别缠绕在钢丝绳线圈棒12上，保证细钢丝绳5拉紧；将缠绕好的钢丝绳线圈棒12分别放置到对应的钢丝绳槽内，保证驱动齿轮11与之连接可转动；将位移量显示外盘16扣合到位移量显示内盘9上，微动细钢丝绳5保证小型里程表17转动显示读数；至此巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置连接完毕。

3）钻孔内安装：将组装好的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置安装到钻孔内，确保接触钻孔底部倒刺1固定牢固。

Claims (10)

1.一种巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，包括锚固端、一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆、细钢丝绳、位移显示盘、钢丝绳线圈棒和小型里程表；

一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆两端面均匀开有12个小孔，所述一级位移杆的上端与二级位移杆的下端固定相连，所述二级位移杆的上端与三级位移杆的下端固定相连，所述一级位移杆的下端固定安装有锚固端，所述三级位移杆的上端与位移显示盘固定相连；

所述位移显示盘分为位移量显示内盘和位移量显示外盘，所述位移量显示内盘上依次划分有一级钢丝绳放置环、二级钢丝绳放置环、三级钢丝绳放置环，所述一、二、三级钢丝绳放置环上分别均匀开有12个钢丝绳槽，所述钢丝绳槽内安装有钢丝绳线圈棒；

所述位移量显示内盘上扣合有位移量显示外盘，所述位移量显示外盘与所述位移量显示内盘的一、二、三级钢丝绳放置环相应位置处依次划分有一级小型里程表放置环、二级小型里程表放置环、三级小型里程表放置环，所述位移量显示外盘与所述钢丝绳槽相应位置处均开有位移表槽，所述位移表槽内安装有小型里程表，所述小型里程表与相应位置处的钢丝绳线圈棒相连；

第一批12根细钢丝绳一端分别固定在一级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过一、二、三级位移杆后分别固定在一级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上；第二批12根细钢丝绳一端分别固定在二级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过二、三级位移杆后分别固定在二级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上；第三批12根细钢丝绳一端分别固定在三级位移杆下端面的12个小孔上，另一端穿过三级位移杆后分别固定在三级钢丝绳放置环中对应的钢丝绳线圈棒上，并缠绕在所述钢丝绳线圈棒上。

2.如权利要求1所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述一级位移杆由为小圆柱实体的一级圆柱段组成，所述一级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为一级位移杆；所述二级位移杆由为小圆柱实体的二级圆柱段组成，所述二级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为二级位移杆；所述三级位移杆由为小圆柱实体的三级圆柱段组成，所述三级圆柱段两端面均匀开有12个小孔，在细钢丝绳的作用下紧紧连接为三级位移杆。

3.如权利要求1或2所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述二级位移杆下端与三级位移杆下端还包含有圆柱段凸起，所述一级位移杆的上端经圆柱段凸起与二级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定；所述二级位移杆的上端经圆柱段凸起与三级位移杆的下端相连，并配合高强度胶结剂进行固定。

4.如权利要求3所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述一级位移杆、二级位移杆、三级位移杆的长度均为50cm。

5.如权利要求1所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述锚固端包括一个圆锥体，所述圆锥体底部固定有用于与所述一级位移杆连接的螺纹杆，所述圆锥体底部边缘均匀分布三根用于加强锚固作用的倒刺。

6.如权利要求1所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述小型里程表与相应位置处的钢丝绳线圈棒通过齿轮相连。

7.如权利要求6所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述齿轮分为驱动齿轮和小齿轮，所述钢丝绳线圈棒两侧各安装有一个驱动齿轮，所述小型里程表两侧各安装有一个小齿轮，所述小齿轮与相应位置处的驱动齿轮卡合。

8.如权利要求7所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述钢丝绳槽、位移表槽均由一个大方形孔和位于大方形孔两侧的扁形孔组成，所述钢丝绳线圈棒、小型里程表安装在大方形孔内，所述驱动齿轮、小齿轮安装在扁形孔内。

9.如权利要求1、6、7或8中任一项所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述钢丝绳线圈棒上缠绕的细钢丝绳长度为1m-2m。

10.如权利要求1所述的巷道围岩三维位移多级别数字化测量装置，其特征在于，所述细钢丝绳为具有一定强度的细钢丝铰接线。