CN105737783B - 一种煤层位移沉降的测量装置及系统 - Google Patents

一种煤层位移沉降的测量装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种煤层位移沉降的测量装置及系统，其中，该测量装置包括圆柱体永磁铁和固定测量单元，其中，固定测量单元至少包括支撑弹簧、通电导线、压电陶瓷、旋转传递弹簧及第一外加电源，圆柱体永磁铁套接于支撑弹簧上，通电导线设置在该圆柱体永磁铁的下方，通电导线的长度等于支撑弹簧的直径，通电导线的一端连接在第一外加电源上，通电导线的另一端连接在旋转传递弹簧的一端，旋转传递弹簧的另一端连接压电陶瓷上，并由压电陶瓷输出电信号，本发明可以通过测量煤层发生位移时的磁通量变化施加在通电导线上的力所引起的差压电动势的变化值来监测煤层位移沉降情况，实现提前预警，起到监测和预警的作用。

Description

一种煤层位移沉降的测量装置及系统
技术领域
本发明涉及矿井安全技术领域，特别是涉及一种煤层位移沉降的测量装置及系统。
背景技术
目前我国煤矿开采过度而且缺乏现有的保障措施，导致问题频发，表现在：煤层沉降问题严重，被采煤掏空后下方形成空心层，上方大量的层土在压力作用下发成位移和沉降。目前采用的预测煤层沉降实际是采用矿井下支柱变形量进行预测，现有的预测方法具备很大的局限性，表现为：矿井支柱的变形需要人工测量，测量存在误差，由于数据的测量和计算监测需要人工进行，就会存在检测人员未巡视至该区域而该区域发生了位移和沉降未被监测到，存在监管盲区。而且数据不能实时传输至中央控制室自动计算输出结果，需要后续的人工测算才能知道位移是否发生，数据处理比较复杂，滞后性较为严重，不能实时反应出煤矿井下煤层的状态。
目前的这些测量方法和技术都有局限，导致现有的煤层发生位移和沉降时的测试手段不科学、不精密，不能提前对发生沉降或即将塌方的煤层块进行监测，导致了较多的安全事故。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种煤层位移沉降的测量装置及系统，用于解决现有技术中煤层发生位移和沉降时的测试手段不科学、不精密的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：
一种煤层位移沉降的测量装置，包括圆柱体永磁铁和固定测量单元，其中，固定测量单元至少包括支撑弹簧、通电导线、压电陶瓷、旋转传递弹簧及第一外加电源，圆柱体永磁铁套接于支撑弹簧上，通电导线设置在该圆柱体永磁铁的下方，通电导线的长度等于支撑弹簧的直径，通电导线的一端连接在第一外加电源上，通电导线的另一端连接在旋转传递弹簧的一端，旋转传递弹簧的另一端连接压电陶瓷上，并由压电陶瓷输出电信号。
优选地，在固定测量单元的中部外侧位置同时设置有滑槽，在滑槽内设置可上下滑动的滑动槽片，槽片内有常开型干簧管连接的报警触发器，并分别在两端与第二外加电源连接。
另外，本发明还提供了一种煤层位移沉降的测量系统，包括上述煤层位移沉降的测量装置，以及采集电路单元、控制器和显示模块，控制器通过所述采集电路单元连接煤层位移沉降的测量装置，所述显示模块连接控制器。
优选地，还包括一红外遥控接收模块，适于接收对控制信号。
如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明解决了测试煤层位移沉降的各种弊端，不受测量监测不及时，不能实时测量和显示等弊端的限制，并且解决了微观测量和精确测量等问题，能实现煤层位移沉降微观状态下的显示，并通过数据能实现实时传输，保证实时监控的精确性，并且设置了干簧管报警并联电路，在位移超过限值时直接报警起到安全保护作用。
附图说明
图1显示为一种煤层位移沉降的测量装置的原理图。
图2显示为一种煤层位移沉降的测量系统的原理图。
元件标号说明
1 圆柱体永磁铁
2 固定测量单元
21 支撑弹簧
22 通电导线
23 第一外加电源
24 旋转传递弹簧
25 压电陶瓷
3 滑槽
4 干簧管
5 报警触发器
6 滑动槽片
7 第二外加电源
8 采集电路单元
9 控制器
10 显示模块
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，本发明提供一种煤层位移沉降的测量装置的原理图，如图所示，该煤层位移沉降的测量装置包括圆柱体永磁铁和固定测量单元2，其中，固定测量单元2至少包括支撑弹簧21、通电导线22、压电陶瓷25、旋转传递弹簧24及第一外加电源23，圆柱体永磁铁1套接于支撑弹簧21上，通电导线22设置在该圆柱体永磁铁1的下方，通电导线22的长度等于支撑弹簧21的直径，通电导线22的一端连接在第一外加电源23上，通电导线22的另一端连接在旋转传递弹簧24的一端，旋转传递弹簧24的另一端连接压电陶瓷25上，并由压电陶瓷25输出电信号。
通过上述方案，可以将圆柱体永磁铁1与煤层接触，当圆柱体永磁铁1向下移动时，此时固定测量单元2内的磁通量将从稀疏变得逐渐密集，通电的金属导线在变化的磁通量下发生洛伦磁力而顺时针偏转，而通电金属导线的左端通过精密感应弹簧连接着压电陶瓷25，发生偏转时的洛伦磁力将通过弹簧的传递作用施加在压电陶瓷25上。压电陶瓷25在外来压力的作用下产生压电效应，在压电陶瓷25两端产生差压电动势，并输出电信号。
在具体实施中，请参阅图2，为一种煤层位移沉降的测量系统的原理图，如图所示，可以将上述煤层位移沉降的测量装置通过一采集电路单元8连接一控制器9，通过控制器9对煤层位移沉降的测量装置输出的电信号进行处理以后进行显示，从而得知煤层的位移情况。一般地，该采集电路单元8可以为一电压放大电路模块，控制器9可以为一单片机，还可以包括一适于显示处理结果的显示模块10，该显示模块10连接在控制器9上。
在具体实施中，还可以设置一红外遥控接收模块，红外遥控接收模块连接在控制器上，适于通过无线接收外来的信号对控制器进行控制，防止了由于物理按键控制容易产生静电的情况，从而避免隐患事故。
在具体实施中，再结合图1，在固定测量单元2的中部外侧位置同时设置有滑槽3，在滑槽内设置可上下滑动的滑动槽片6，槽片内有常开型干簧管4连接的报警触发器5，并分别在两端与第二外加电源7的正负极相连。当固定测量单元2内的磁通量将从稀疏变得逐渐密集时，干簧管4内部的两个触点被磁化后分别形成N级和S级；当固体永磁铁不断接近下沉至报警限值，固定测量单元内的磁通量逐渐增大到N级和S级之间的吸引力大于干簧管4固有的吸合值时，干簧管内的两个触点自动结合，整个线路被导通，报警触发器5将自动被激发，此时提醒煤层位移沉降值超标，起到安全预警的作用。
本发明用于应用在煤矿领域中，通过测量煤层发生位移时的磁通量变化施加在通电导线22上的力所引起的差压电动势的变化值来监测煤层位移沉降情况，以及干簧管在磁通量变化引起的通断情况来实现煤层位移沉降监控，通过设定煤层位移报警限值来实现提前预警，起到监测和预警的作用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种煤层位移沉降的测量系统，其特征在于，包括：
煤层位移沉降的测量装置，包括圆柱体永磁铁和固定测量单元，其中，固定测量单元至少包括支撑弹簧、通电导线、压电陶瓷、旋转传递弹簧及第一外加电源，圆柱体永磁铁套接于支撑弹簧上，通电导线设置在该圆柱体永磁铁的下方，通电导线的长度等于支撑弹簧的直径，通电导线的一端连接在第一外加电源上，通电导线的另一端连接在旋转传递弹簧的一端，旋转传递弹簧的另一端连接压电陶瓷上，并由压电陶瓷输出电信号；在固定测量单元的中部外侧位置同时设置有滑槽，在滑槽内设置可上下滑动的滑动槽片，槽片内有常开型干簧管连接的报警触发器，并分别在两端与第二外加电源连接；
采集电路单元、控制器和适于显示处理结果的显示模块，所述控制器通过所述采集电路单元连接煤层位移沉降的测量装置，所述显示模块连接所述控制器；
所述采集电路单元为一电压放大电路模块，所述控制器为一单片机。
2.根据权利要求1所述的煤层位移沉降的测量系统，其特征在于：还包括一红外遥控接收模块，连接在所述控制器上，适于通过无线接收外来的信号对控制器进行控制。
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