CN108915671B - 一种摆动观测仪及其在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摆动观测仪，包括第一铝板、第二铝板和水准装置，第一铝板的平面中轴线上竖直的开设一V形卡槽，钢丝通过V形卡槽贯穿的卡在第一铝板、第二铝板之间；水准装置包括两个水准管和两个配重，第一水准管、第二水准管均设置于第一铝板的外侧，并分别通过两个三角支架固定，且第一水准管与第二水准管相垂直，第二铝板上设有第一配重和第二配重，且第一配重与第一水准管平行设置，第二配重与第二水准管平行设置，第一配重和第二配重分别置于另外两个三角支架上。本发明有益效果是，结构设计新颖、巧妙，使用该装置，测量方法简单、提高了摆动观测效率，且排除了风速差对于钢丝的影响，实用性强，极大地提高了井筒偏斜检测的准确性。

Description

一种摆动观测仪及其在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量 方法

技术领域

本发明涉及矿井井筒偏斜度测量技术领域，尤其涉及一种摆动观测仪及其在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法。

背景技术

通常，在矿井井筒偏斜测量中，风速差会对钢丝垂直度产生很大的影响。这是因为空气在巷道或井筒中流动时，同一横断面上的风速分布不均匀。靠井筒边壁处有一很薄的层流边层，流速较低，层流边层以外，风道断面上的绝大部分气流属于紊流气流，风速大于边层风速，并向轴心方向逐渐增大，由于风速越大压强越小，则向轴心的吸力就越大。因此，必须通过一定的措施消除风速差的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种能消除风速差对井筒偏斜检测测量影响的摆动观测仪，并提供该摆动观测仪在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种摆动观测仪，包括第一铝板、第二铝板和水准装置，在第一铝板的平面中轴线上竖直的开设一V形卡槽，钢丝通过V形卡槽贯穿的卡在第一铝板、第二铝板之间，所述第一铝板与第二铝板通过多个螺丝固定连接；

水准装置包括两个水准管和两个配重，第一水准管、第二水准管均设置于第一铝板的外侧，并分别通过两个三角支架进行固定，且所述第一水准管与所述第二水准管相垂直，在第二铝板上相应的设有第一配重和第二配重，且所述第一配重与第一水准管平行设置，所述第二配重与第二水准管平行设置，第一配重和第二配重分别置于另外两个三角支架上。

进一步地，所述第一水准管、所述第二水准管均与所述V形卡槽的轴线相垂直。

进一步地，存在的质量关系为：第一配重与第二配重的质量和等于第一水准管与第二水准管且减去V形卡槽的质量和。

进一步地，该摆动观测仪的重心位于V形卡槽上。

进一步地，所述V形卡槽的内切圆直径为1.2-1.5mm，可根据所观测钢丝进行确定。

进一步地，所述螺丝数量为六个，六个螺丝两两一组分别设置于两块铝板的上部、中部和下部。

进一步地，所述第一铝板、所述第二铝板均为平直铝板，平直铝板的厚度均为1.1-1.3cm，宽均为8-10cm，长均为45-55cm。

一种摆动观测仪在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法，使用上述的摆动观测仪在井筒底部获取钢丝的铅垂位置，主要操作步骤如下：

(1)下放双钢丝且在钢丝底部挂上一定重量的重坨，使钢丝处于拉直状态，选取便于观测水准管气泡的位置，将钢丝卡入铝板卡槽中，拧紧螺丝将两块铝板固定；

(2)观测第一水准管中的气泡的位置，左右牵引钢丝，直到气泡居中；

(3)观测第二水准管中气泡的位置，前后牵引钢丝，直到气泡居中；

(4)当第一水准管和第二水准管中的两个水准管气泡同时居中时，用定点盘将钢丝固定，量取底部两钢丝间距；

(5)底部固定后，由于井筒中上部的钢丝仍会受到侧压力影响，因此需在1/3井深处，再次重复步骤1-4，再次量取两钢丝之间的距离，如果两次测得的两钢丝的距离相等，说明摆动观测成功，整根钢丝近似处于铅垂状态；如果不相等，说则明摆动观测不彻底，需要反复再做摆动观测。

本发明的有益效果是，结构设计新颖、巧妙，使得第一水准管、第二水准管均与铝板中轴线上的V形卡槽相垂直，第一配重与第二配重的质量和等于第一水准管与第二水准管且减去V形卡槽的质量和，从而保证了重心落在V形卡槽上；当第一水准管、第二水准管中的气泡同时居中时，水准装置就处于水平状态，由于水准装置与V形卡槽相垂直，就能保证钢丝处于铅垂状态；使用该装置，测量方法简单、提高了摆动观测效率，且排除了风速差对于钢丝的影响，实用性强，极大地提高了井筒偏斜检测的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为不同因素影响下钢丝摆动示意图；

图3为风速差对钢丝垂直度影响示意图。

其中，1、第一铝板；2、第二水准管；3、三角支架；4、第二配重；5、第一水准管；6、第一配重；7、螺丝；8、钢丝；9、V形卡槽；10、第二铝板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种摆动观测仪，包括第一铝板1、第二铝板10和水准装置，在第一铝板1的平面中轴线上竖直的开设一V形卡槽9，钢丝8通过V形卡槽9贯穿的卡在第一铝板1、第二铝板10之间，第一铝板1与第二铝板10通过多个螺丝7固定连接；

水准装置包括两个水准管和两个配重，第一水准管5、第二水准管2均设置于第一铝板1的外侧，并分别通过两个三角支架3进行固定，且第一水准管5与第二水准管2相垂直，在第二铝板10上相应的设有第一配重6和第二配重4，且第一配重6与第一水准管5平行设置，第二配重4与第二水准管2平行设置，第一配重6和第二配重4分别置于另外两个三角支架3上，四个三角支架33均通过焊接方式与铝板1相固定

特别的，第一水准管5、第二水准管2均与V形卡槽9的轴线相垂直，第一水准管5、第二水准管2的格值均为10″。

特别的，存在的质量关系为：第一配重6与第二配重4的质量和等于第一水准管5与第二水准管2且减去V形卡槽的质量和，配重的作用是平衡两个水准管和V形卡槽9的重量改变，保证了水准装置的质量平衡，确保了摆动观测仪的重心落在V形卡槽9上。

特别的，该摆动观测仪的重心位于V形卡槽9上。

特别的，V形卡槽9的内切圆直径为1.2-1.5mm，该V形卡槽9的尺寸可根据实际使用的钢丝8的直径来确定。

特别的，螺丝7数量为六个，六个螺丝7两两一组分别设置于两块铝板的上部、中部和下部，螺丝7分别穿过两块铝板上开设的六对螺孔，将两块铝板牢牢固定且位置不变，保证钢丝8在整个测量过程中不会滑动。

特别的，第一铝板1、第二铝板10均为平直铝板，平直铝板的厚度为1.2cm，宽为9cm，长为50cm。

使用过程中，当第一水准管5、第二水准管2中的气泡同时居中时，水准装置就处于水平状态，由于水准装置与V形卡槽9相垂直，说明钢丝8处于铅垂状态。

本发明在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法，使用上述的摆动观测仪在井筒底部获取钢丝的铅垂位置，主要操作步骤如下：

(1)下放双钢丝8且在钢丝底部挂上一定重量的重坨，使钢丝处于拉直状态，选取便于观测水准管气泡的位置，将钢丝8卡入铝板卡槽9中，拧紧螺丝7将第一铝板1和第二铝板10固定；

(2)观测第一水准管5中的气泡的位置，左右牵引钢丝8，直到气泡居中；

(3)观测第二水准管2中气泡的位置，前后牵引钢丝8，直到气泡居中；

(4)当第一水准管5和第二水准管2中的两个水准管气泡同时居中时，用定点盘将钢丝8固定，量取底部两钢丝8间距；

(5)底部固定后，由于井筒中上部的钢丝8仍会受到侧压力影响，因此需在1/3井深处，再次重复步骤1-5，再次量取两钢丝8之间的距离，如果两次测得的两钢丝8的距离相等，说明摆动观测成功，整根钢丝8近似处于铅垂状态；如果不相等，说则明摆动观测不彻底，需要反复再做摆动观测。

使用本摆动测量仪后，能提高摆动观测效率，排除了风速差对于钢丝8的影响，实用性强，极大地提高了井筒偏斜检测的准确性。

通常，在建井时，由于井筒中风速较小且各处风速均匀，因此，在井筒中投垂的钢丝8通过摆动观测可得到其铅垂位置。在矿井生产过程中，为了不影响罐笼的运行，双钢丝8需要沿井筒两侧靠近井壁位置投放。由于生产矿井立井中风速较大(6～10m/s),并且由于井筒中靠近井壁处安装有罐梁、罐道及管道等装置，使得井筒横断面中不同位置的风速不同。实测结果表明，风速沿井壁至井中方向逐渐增大，造成钢丝8两侧存在风速差。根据翼型的低速气动特性：上表面流速快，压强小；下表面流速慢，压强大，翼型上下表面形成压力差，从而产生升力的原理，得出钢丝8两侧的风速差造成钢丝8两侧出现压力差，使得钢丝8向井中方向偏斜。

在压力差的作用下钢丝8不再围绕铅垂位置摆动，传统的摆动观测得到的摆动平衡位置如2所示(以钢丝8的摆动情况为例)；图中，1表明理想状态下钢丝8围绕铅垂线摆动，2表示只有垂线偏差作用下钢丝8摆动状态，3表示既包含垂线偏差又包含气流影响下钢丝8的摆动状态；u、v分别代表垂线偏差与风速差作用下钢丝8发生的偏移，弧形箭头代表钢丝8在不同情况下的摆动范围，图中只为说明存在该因素影响，夹角大小并不代表实际影响程度。由图2可知，由于多种因素的影响，特别是钢丝8两侧的风速差影响下，在马头门处钢丝8是围绕3线位置进行摆动的，采用传统摆动观测方法无法得出钢丝8的铅垂位置。

矿井生产运行期间始终处于通风状态，在千米立井井筒偏斜测量过程中，常采用钢丝双垂线作为测量基准，由于靠近井壁处风速小于井筒中部风速，则两根钢丝受到相向的吸力，致使钢丝相互靠拢，产生向里的偏移量。风速差对钢丝垂直度影响，如图3所示，其中V代表风速，P代表压强。

根据低速流动的连续方程和伯努利方程，可得剩余压强为：

下放钢丝基准与钢丝投点原理相同，故可根据下式计算钢丝偏移量：

式中S代表单位长度钢丝的截面积，H为井深，G为重砣重量。

通过对某煤矿井筒中钢丝A左右两侧风速的测量得出，钢丝与井壁之间的平均风速V₁＝3.425m/s，而钢丝与井筒中心之间的平均风速V₂＝6.2817m/s，假设井深1000m，重砣质量120kg，钢丝直径1.2mm，依据公式(1)和公式(2)可求得由于风速差造成的A钢丝向井中的偏移量为21.5mm。这充分说明，在风速差影响下，通过摆动观测得到的钢丝摆动平衡位置偏离铅垂位置21.5mm，这么大的测量偏差在井筒偏斜检测中是不能接受的。

但是使用本发明测量方法简单、提高了摆动观测效率，且排除了风速差对于钢丝的影响，实用性强，极大地提高了井筒偏斜检测的准确性

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种摆动观测仪，其特征在于，包括第一铝板、第二铝板和水准装置，在第一铝板的平面中轴线上竖直的开设一V形卡槽，钢丝通过V形卡槽贯穿的卡在第一铝板、第二铝板之间，所述第一铝板与第二铝板通过多个螺丝固定连接；

水准装置包括两个水准管和两个配重，第一水准管、第二水准管均设置于第一铝板的外侧，并分别通过两个三角支架进行固定，且所述第一水准管与所述第二水准管相垂直，在第二铝板上相应的设有第一配重和第二配重，且所述第一配重与第一水准管平行设置，所述第二配重与第二水准管平行设置，第一配重和第二配重分别置于另外两个三角支架上；

所述第一水准管、所述第二水准管均与所述V形卡槽的轴线相垂直；该摆动观测仪的重心位于V形卡槽上；当第一水准管、第二水准管中的气泡同时居中时，水准装置就处于水平状态，由于水准装置与V形卡槽相垂直，此时钢丝处于铅垂状态；

所述第一铝板、所述第二铝板均为平直铝板，平直铝板的厚度均为1.1-1.3cm，宽均为8-10cm，长均为45-55cm。

2.如权利要求1所述的一种摆动观测仪，其特征在于，存在的质量关系为：第一配重与第二配重的质量和等于第一水准管与第二水准管并减去V形卡槽的质量和。

3.如权利要求1所述的一种摆动观测仪，其特征在于，所述V形卡槽的内切圆直径为1.2-1.5mm。

4.如权利要求1所述的一种摆动观测仪，其特征在于，所述螺丝数量为六个，六个螺丝两两一组分别设置于两块铝板的上部、中部和下部。

5.一种摆动观测仪在井筒双钢丝基准偏斜检测中的测量方法，使用如权利要求1-4中任一所述的摆动观测仪，其特征在于，使用该摆动观测仪在井筒底部获取钢丝的铅垂位置，主要操作步骤如下：

（1）下放双钢丝且在钢丝底部挂上一定重量的重坨，使钢丝处于拉直状态，选取便于观测水准管气泡的位置，将钢丝卡入铝板卡槽中，拧紧螺丝将两块铝板固定；

（2）观测第一水准管中的气泡的位置，左右牵引钢丝，直到气泡居中；

（3）观测第二水准管中气泡的位置，前后牵引钢丝，直到气泡居中；

（4）当第一水准管和第二水准管中的两个水准管气泡同时居中时，用定点盘将钢丝固定，量取底部两钢丝间距；

（5）底部固定后，由于井筒中上部的钢丝仍会受到侧压力影响，因此需在1/3井深处，再次重复步骤1-4，再次量取两钢丝之间的距离，如果两次测得的两钢丝的距离相等，说明摆动观测成功，整根钢丝近似处于铅垂状态；如果不相等，说则明摆动观测不彻底，需要反复再做摆动观测。