CN110514093B - 一种大量程顶底板移近量测试仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大量程顶底板移近量测试仪及其使用方法，要解决的是现有煤矿巷道顶底板移近量测量中存在的问题。本产品包括移近量测试模块、喷水除尘模块和固定连接模块，固定连接模块将移近量测试模块和喷水除尘模块集成在防尘壳体内，并将整个仪器固定在巷道顶底板之间。本发明通过齿状凹槽杆和齿轮位移计相对移动来记录巷道顶底板移近量，齿状凹槽杆深入顶板钻孔防护管，测试量程大，并有特殊的喷水除尘模块对齿状凹槽杆进行定时清洗，保证位移测试模块不被煤尘入侵，同时兼具移近量预警和防撞报警功能。本发明适用于煤矿巷道顶底板移近量的长期观测，具有量程大、测试准确，保证测试精度和仪器安全，现场适用性强等优点。

Description

一种大量程顶底板移近量测试仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿领域，具体是一种大量程顶底板移近量测试仪及其使用方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的加大，受到高地应力影响，巷道变形严重支护困难。要想控制围岩变形，保证生产安全，需要对巷道顶底版的变形进行测量，以掌握其变形特征。

目前，对巷道顶底板变形特征测量的手段主要有收敛仪手动测量、激光测距仪测测量和顶底板动态仪测量等。其中，收敛仪手动测量，需要测量人员反复下井，工作量繁重，应用来越少。激光测距仪在巷道煤尘较大时，激光测距信号无法在巷道内传输，测试失效。现有顶底板动态仪，多安装在巷道顶板中间，由弹簧提供机械支撑力，使其变形测量杆支撑在巷道顶底板之间。在顶底板移近过程中弹簧被压缩，变形测量杆向下移动，位移被内部的装置记录。

现有的顶底板移近量测试仪器存在下述问题：首先，变形测量杆由弹簧提供支撑力，在围岩在过程变形测量杆被压入测量装置内，弹簧变形空间越来越小；其次，目前顶底板移近量测试仪器的量程有限，一般为300-400mm，达到测量上限后，顶底板变形压力会将变形测量杆压断失稳，从而导致仪器损坏测试失效；再次，煤矿巷道湿度大，粉尘多，容易附着在变形测量杆表面，且变形测量杆大多为向下位移变形，若不及时清理，极易被变形测量杆带入测量装置内部，造成测量误差。最后，常用的顶底板移近量测试仪器，在巷道底板对仪器无任何固定措施，巷道底板变形为向上鼓起，底板围岩开裂松软，在巷道内有水条件下，导致底板附着不稳，仪器偏斜。此外巷道作为人员、材料运输通道，顶底板移近量测试仪器使用过程中，难免被行人、材料碰到，造成数据采集不准确，甚至损坏仪器设备。

在本发明之前，申请号为2017106954708的发明，公布了采空区顶底板变形与充填体应力监测一体化装置及方法，其采用测杆和附着在测杆上的额定地板位移量的位移传感器组成，其测杆分为上杆体、中部连接杆和下杆体依次套装组成，由于其为套装组成，则杆体之间通过导向件相对滑动，其杆体之间的相对位移量有限，当顶板下沉剧烈，下沉量超过其上杆体的长度时，此装置将无法进一步变形，从而无法测量后续的变形量。

申请号为2017113942315的发明，提供了一种滑动式顶底板移近量测量装置及顶底板移近量测量方法，通过两端设置活塞杆分别测量顶板和底板各自的绝对位移变化量，但是其活塞杆及活塞杆套筒相对滑动，通过读取刻度，测试顶底板各自的移近量，但是其活塞杆套筒套筒长度有限， 最大比例计算，其位移量仅为巷道高度的一半，超过巷道高度的一半时，就达到其量程上限，且此发明暴露在巷道煤尘环境中，活塞杆套筒极易被煤尘附着，导致滑移受阻，刻度污损，从而影响测试结果。

相关方面的研究改进仍在进行中。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种大量程顶底板移近量测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种大量程顶底板移近量测试仪，包括移近量测试模块、喷水除尘模块和固定连接模块；所述的移近量测试模块位于固定连接模块的防尘壳体内部，可监测记录巷道顶底板的移近量；喷水除尘模块位于固定连接模块的防尘壳体内部，可对移近量测试模块的齿状凹槽杆进行清洗除尘，保证测试精度；固定连接模块将移近量测试模块和喷水除尘模块集成在防尘壳体内，并将整个仪器固定在巷道顶底板之间。

作为本发明实施例进一步的方案：移近量测试模块包括齿状凹槽杆、下导向槽、上导向槽、齿轮位移计、顶板钻孔防护管和显示屏；齿状凹槽杆由铝合金制成，断面为正方形，杆体表面刻有齿状凹槽，并与齿轮位移计咬合，通过上导向槽和下导向槽限制其垂向移动，齿状凹槽杆相对于下导向槽的位移量为巷道顶底板的移进量，齿状凹槽杆有外螺纹，可与连接头的内螺纹连接；下导向槽设置在防尘壳体中央下部，由耐磨不锈钢制成，中间有矩形开口，开口尺寸与齿状凹槽杆的断面尺寸相同，为齿状凹槽杆提供限位与导向作用，防止齿状凹槽杆在移近过程中发生偏移，下导向槽和齿状凹槽杆接触部分涂抹黄油润滑；上导向槽设置在防尘壳体中央上部，由耐磨不锈钢制成，中间有矩形开口，开口尺寸与齿状凹槽杆的断面尺寸相同，为齿状凹槽杆提供限位与导向作用，防止齿状凹槽杆在移近过程中发生偏移，上导向槽和齿状凹槽杆接触部分涂抹黄油润滑；齿轮位移计竖向设置在防尘壳体中央，是记录顶底板移近量的机构，齿轮位移计的外侧齿轮与齿状凹槽杆咬合，在齿状凹槽杆带动下发生转动并记录位移发生的时间及位移量，将记录数据传输至中央控制器进行储存和处理；顶板钻孔防护杆是设置在顶板钻孔内的保护管，由铝合金制成，外径25-35mm，壁厚2-4mm，管长等于巷道高度，为齿状凹槽杆提供变形空间，防止顶板钻孔坍塌导致齿状凹槽杆无法向钻孔移动，其顶端封闭，防止孔底坍塌，岩石岩屑落入顶板钻孔防护杆内；显示屏设置在防尘壳体外侧，是具有触控操作功能的屏幕，可显示顶底板移近量的数值，通过屏幕设置巷道顶底板移近量的报警值、除尘时间间隔等数值。

作为本发明实施例进一步的方案：喷水除尘模块包括电磁开关、喷雾头、输水管、供水接头、中央控制器、红外报警器和防爆电池；电磁开关是置在防尘壳体内的控制喷水的开关，由中央控制器控制其打开和关闭，当电磁开关打开，外部高压水接入，可对齿状凹槽杆的表面煤尘进行冲洗，保持齿状凹槽杆表面清洁，清洗后的水顺杆体向下流入巷道底板、汇入水沟，可减少煤尘侵入齿轮位移计，减少测试误差；喷雾头设置在防尘壳体下部，共有两个，在高压水通过时喷雾头时，成雾状喷洒至齿状凹槽杆表面，可对齿状凹槽杆进行清洗；输水管为高压橡胶管，一端连接电磁开关，一端连接喷雾头，起到输送高压水的功能；供水接头是位于防尘壳体外侧的高压水接头，可与巷道高压除尘水管连接。中央控制器为控制电磁开关的机构，接收屏幕设置的喷水除尘时间间隔，定时进行除尘操作，接收红外报警器发出的信号，控制电磁开关的打开和关闭，接收并储存齿轮位移计采集的数据；红外报警器设置在防尘壳体外侧，共设置两个，当感应到2.5米范围内有人员行走时，过中央控制器打开电磁开关，此时喷雾头内喷出高压水，既起到预警提醒作用，也可对齿状凹槽杆进行清，喷雾30s后电磁开关自动关闭；防爆电池设置在防尘壳体内部，为齿轮位移计、电磁开关、中央控制器、红外报警器和显示屏提供电能。

作为本发明实施例进一步的方案：固定连接模块包括防尘壳体、顶板安装锚杆、底板安装锚杆、连接头、安装孔；防尘壳体由厚度2~4mm不锈钢壳体制成，整体为长方体状，左右两侧上部有安装孔，防尘壳体上表面中央安装有上导向槽，防尘壳体下表面中央安装有下导向槽，可供齿状凹槽杆穿过，防尘壳体内部有齿轮位移计、电磁开关、输水管、中央控制器和防爆电源；顶板安装锚杆为长度1m，直径16~18mm的螺纹钢锚杆，使用一卷树脂锚固剂锚固，将本防尘壳体安装固定在巷道顶板上；底板安装锚杆为长度0.8m，直径16~18mm的螺纹钢锚杆，使用一卷树脂锚固剂锚固，将齿状凹槽杆固定到巷道底板，保证底板在开裂鼓起时，齿状凹槽杆连接稳固，底板安装锚杆上部有外螺纹，可与连接头的内螺纹连接；连接头是底板安装锚杆和齿状凹槽杆的连接构件，内部有连接内螺纹，可将底板安装锚杆和齿状凹槽杆连接在一起；安装孔为设置在防尘壳体左右两侧上部的圆孔，顶板安装锚杆从安装孔穿过，将防尘壳体固定在巷道顶板。

所述一种大量程顶底板移近量测试仪的使用方法，具体步骤如下：

（1）在安装位置向顶板打孔，打孔直径25-35mm，，打孔深度等于巷道高度，安装顶板钻孔防护管；

（2）在顶板钻孔防护管两侧打设顶板锚杆孔，直径22mm，钻孔深度1m，孔将本发明安装孔对准锚杆孔，顶板安装锚杆将其固定在顶板上，防尘壳体中央下方打设底板锚杆孔，打孔直径22mm、深度1m，将底板安装锚杆安装至打设的钻孔内；

（3）将齿状凹槽杆穿过下导向槽，深入防护壳体内部，并与齿轮位移及咬合，穿过上导向槽，最后插钻孔防护管内，使用连接头，将底板安装锚杆和齿状凹槽杆连接起来；

（4）将巷道内的高压水管与供水接头连接，开机并进行清零操作，设置喷雾时间间隔和报警值，本发明一种大量程顶底板移近量测试仪开始进行工作。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本发明的量程大，使用齿状凹槽杆测试并传动顶底板的移近量，齿状凹槽杆上部连接下导向槽，下部连接底板安装锚杆，杆体通长设有齿状凹槽，变形空间预留在巷道顶板内部，通过顶板钻孔防护管将钻孔保护，顶底板移近后，齿状凹槽杆深入到顶板钻孔防护管内，齿状凹槽杆不受限制，使其量程接近巷道顶板的高度。

本发明的测试准确，齿状凹槽杆与齿轮位移计咬合，不使用弹簧为其提供支撑力，避免了在长期高压高移近量条件下，弹性减弱失效问题，上导向装置和下导向装置，使齿状凹槽杆在移动过程中不会发生偏斜，确保于位于齿轮的咬合度，测试更加准确。

本发明独有齿状凹槽杆的清洗功能，对齿状凹槽杆定时清洗，保证表面清洁不被煤尘污染，煤尘颗粒不会带入壳体内部，保证测量的精确性。

本发明具有红外探测报警功能，有人员在仪器2.5米范围内时，红外报警器通过中央控制器打开电磁开关，喷雾头内喷出高压水，起到预警提醒作用，提醒现场施工人员避开仪器，保证测试精度和仪器安全。

附图说明

图1为本发明一种大量程顶底板移近量测试仪的结构图。

图2为本发明一种大量程顶底板移近量测试仪防尘壳体内部结构图。

图3为本发明一种大量程顶底板移近量测试仪防尘壳体俯视图。

其中：1—移近量测试模块；11—齿状凹槽杆；12—下导向槽；13—上导向槽；14—齿轮位移计；15—顶板钻孔防护管；16—显示屏；2—喷水除尘模块；21—电磁开关；22—喷雾头；23—输水管；24—供水接头；25—中央控制器；26—红外报警器；27—防爆电池；3—固定连接模块；31—防尘壳体；32—顶板安装锚杆；33—底板安装锚杆；34—连接头；35—安装孔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种大量程顶底板移近量测试仪，包括移近量测试模块1、喷水除尘模块2和固定连接模块3；所述的移近量测试模块1位于固定连接模块3的防尘壳体31内部，可监测记录巷道顶底板的移近量；喷水除尘模块2位于固定连接模块3的防尘壳体31内部，可对移近量测试模块1的齿状凹槽杆11进行清洗除尘，保证测试精度；固定连接模块3将移近量测试模块1和喷水除尘模块2集成在防尘壳体31内，并将整个仪器固定在巷道顶底板之间。

为了使用方便，移近量测试模块1包括齿状凹槽杆11、下导向槽12、上导向槽13、齿轮位移计14、顶板钻孔防护管15和显示屏16；齿状凹槽杆11由铝合金制成，断面为正方形，杆体表面刻有齿状凹槽，并与齿轮位移计14咬合，通过上导向槽13和下导向槽12限制其垂向移动，齿状凹槽杆11相对于下导向槽12的位移量为巷道顶底板的移进量，齿状凹槽杆11有外螺纹，可与连接头34的内螺纹连接；下导向槽12设置在防尘壳体31中央下部，由耐磨不锈钢制成，中间有矩形开口，开口尺寸与齿状凹槽杆11的断面尺寸相同，为齿状凹槽杆11提供限位与导向作用，防止齿状凹槽杆11在移近过程中发生偏移，下导向槽12和齿状凹槽杆11接触部分涂抹黄油润滑；上导向槽13设置在防尘壳体31中央上部，由耐磨不锈钢制成，中间有矩形开口，开口尺寸与齿状凹槽杆11的断面尺寸相同，为齿状凹槽杆11提供限位与导向作用，防止齿状凹槽杆11在移近过程中发生偏移，上导向槽12和齿状凹槽杆11接触部分涂抹黄油润滑；齿轮位移计14竖向设置在防尘壳体31中央，是记录顶底板移近量的机构，齿轮位移计14的外侧齿轮与齿状凹槽杆11咬合，在齿状凹槽杆11带动下发生转动并记录位移发生的时间及位移量，将记录数据传输至中央控制器25进行储存和处理；顶板钻孔防护杆15是设置在顶板钻孔内的保护管，由铝合金制成，外径25-35mm，壁厚2-4mm，管长等于巷道高度，为齿状凹槽杆11提供变形空间，防止顶板钻孔坍塌导致齿状凹槽杆11无法向钻孔移动，其顶端封闭，防止孔底坍塌，岩石岩屑落入顶板钻孔防护杆15内；显示屏16设置在防尘壳体31外侧，是具有触控操作功能的屏幕，可显示顶底板移近量的数值，通过屏幕设置巷道顶底板移近量的报警值、除尘时间间隔等数值。

进一步的，喷水除尘模块2包括电磁开关21、喷雾头22、输水管23、供水接头24、中央控制器25、红外报警器26和防爆电池27；电磁开关21是置在防尘壳体内的控制喷水的开关，由中央控制器25控制其打开和关闭，当电磁开关21打开，外部高压水接入，可对齿状凹槽杆11的表面煤尘进行冲洗，保持齿状凹槽杆11表面清洁，清洗后的水顺杆体向下流入巷道底板、汇入水沟，可减少煤尘侵入齿轮位移计14，减少测试误差；喷雾头22设置在防尘壳体下部，共有两个，在高压水通过时喷雾头时，成雾状喷洒至齿状凹槽杆11表面，可对齿状凹槽杆11进行清洗；输水管23为高压橡胶管，一端连接电磁开关21，一端连接喷雾头22，起到输送高压水的功能；供水接头24是位于防尘壳体31外侧的高压水接头，可与巷道高压除尘水管连接。中央控制器25为控制电磁开关21的机构，接收屏幕设置的喷水除尘时间间隔，定时进行除尘操作，接收红外报警器26发出的信号，控制电磁开关21的打开和关闭，接收并储存齿轮位移计14采集的数据；红外报警器26设置在防尘壳体31外侧，共设置两个，当感应到2.5米范围内有人员行走时，过中央控制器25打开电磁开关21，此时喷雾头内喷出高压水，既起到预警提醒作用，也可对齿状凹槽杆11进行清，喷雾30s后电磁开关21自动关闭；防爆电池27设置在防尘壳体31内部，为齿轮位移计14、电磁开关21、中央控制器25、红外报警器26和显示屏16提供电能。

进一步的，固定连接模块3包括防尘壳体31、顶板安装锚杆32、底板安装锚杆33、连接头34、安装孔35；防尘壳体31由厚度2~4mm不锈钢壳体制成，整体为长方体状，左右两侧上部有安装孔35，防尘壳体31上表面中央安装有上导向槽13，防尘壳体31下表面中央安装有下导向槽12，可供齿状凹槽杆11穿过，防尘壳体31内部有齿轮位移计14、电磁开关21、输水管23、中央控制器25和防爆电源27；顶板安装锚杆32为长度1m，直径16~18mm的螺纹钢锚杆，使用一卷树脂锚固剂锚固，将本防尘壳体31安装固定在巷道顶板上；底板安装锚杆33为长度0.8m，直径16~18mm的螺纹钢锚杆，使用一卷树脂锚固剂锚固，将齿状凹槽杆11固定到巷道底板，保证底板在开裂鼓起时，齿状凹槽杆11连接稳固，底板安装锚杆33上部有外螺纹，可与连接头34的内螺纹连接；连接头34是底板安装锚杆33和齿状凹槽杆11的连接构件，内部有连接内螺纹，可将底板安装锚杆33和齿状凹槽杆11连接在一起；安装孔35为设置在防尘壳体31左右两侧上部的圆孔，顶板安装锚杆32从安装孔35穿过，将防尘壳体31固定在巷道顶板。

所述一种大量程顶底板移近量测试仪的使用方法，具体步骤如下：

（1）在安装位置向顶板打孔，打孔直径25-35mm，，打孔深度等于巷道高度，安装顶板钻孔防护管；

（2）在顶板钻孔防护管两侧打设顶板锚杆孔，直径22mm，钻孔深度1m，孔将本发明安装孔35对准锚杆孔，顶板安装锚杆32将其固定在顶板上，防尘壳体31中央下方打设底板锚杆孔，打孔直径22mm、深度1m，将底板安装锚杆33安装至打设的钻孔内；

（3）将齿状凹槽杆11穿过下导向槽，深入防护壳体内部，并与齿轮位移及咬合，穿过上导向槽，最后插钻孔防护管内，使用连接头34，将底板安装锚杆33和齿状凹槽杆11连接起来；

（4）将巷道内的高压水管与供水接头24连接，开机并进行清零操作，设置喷雾时间间隔和报警值，本发明一种大量程顶底板移近量测试仪开始进行工作。

Claims (1)

1.一种大量程顶底板移近量测试仪的使用方法，其特征在于，一种大量程顶底板移近量测试仪包括移近量测试模块、喷水除尘模块和固定连接模块；固定连接模块将移近量测试模块和喷水除尘模块集成在防尘壳体内；所述的移近量测试模块包括齿状凹槽杆、下导向槽、上导向槽、齿轮位移计、顶板钻孔防护管和显示屏；齿状凹槽杆和齿轮位移计相互咬合，齿状凹槽杆带动齿轮位移计转动，齿轮位移计记录顶底板移近量；所述的喷水除尘模块包括电磁开关、喷雾头、输水管、供水接头、中央控制器、红外报警器和防爆电池；喷雾头可定时对齿状凹槽杆进行清洗，防止煤尘侵入，红外报警器具有人员靠近报警防撞功能；所述的固定连接模块包括防尘壳体、顶板安装锚杆、底板安装锚杆、连接头、安装孔，顶板安装锚杆将防尘壳体安装在巷道顶板保证稳固；使用方法具体包括以下步骤：（1）在安装位置向顶板打孔，打孔直径25-35mm，打孔深度等于巷道高度，安装顶板钻孔防护管；（2）在顶板钻孔防护管两侧打顶板锚杆孔，直径22mm，打孔深度1m，将安装孔对准顶板锚杆孔，顶板安装锚杆将防尘壳体固定在顶板上，防尘壳体中央下方打底板锚杆孔，打孔直径22mm、深度1m，将底板安装锚杆安装至底板锚杆孔内；（3）将齿状凹槽杆穿过下导向槽，深入防尘壳体内部，并与齿轮位移计咬合，穿过上导向槽，最后插入顶板钻孔防护管内，使用连接头将底板安装锚杆和齿状凹槽杆连接起来；（4）将巷道内的高压水管与供水接头连接，开机并进行清零操作，设置喷雾时间间隔和报警值，一种大量程顶底板移近量测试仪开始进行工作。