CN110672018B - 一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置 - Google Patents

一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,包括安装在巷道顶壁上的安装板,所述安装板的下端安装有测量机构,所述巷道的侧壁上对称开设有两个检测槽,每个所述检测槽内和巷道底部共同安装有平衡机构,所述测量机构包括测量盒。本发明通过两个平衡机构增加检测的全面性,通过绳索连接平衡机构和测量机构进行检测,较高精密设备更加适应巷道环境并进行实时监测,通过调整螺丝实现测量盒的水平放置,通过配重柱实现测量盒的平衡,便于装置长期使用,平衡机构、绳索和双轮槽机械结构位于测量盒外侧传动,反馈圆盘、光线传感器和光线发射器位于测量盒内,减少外界对测量的干扰并增加测量的精确度。

Description

一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置
技术领域
本发明涉及地下工程安全领域,尤其涉及一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置。
背景技术
在我国,煤矿资源丰富,煤矿的开采使用提供了大部分电量供给,在煤矿开采过程中,需要先钻井挖煤矿巷道,巷道的牢固性关乎开采人员的生命安全,因此,在巷道中通常设置测量岩层位移的测量装置,实时监测岩层动态,保障开采人员生命安全,而在道路建设中过上隧道,地下隧道等均需要对地层进行检测,避免出现地层位移塌陷时却无预警造成人员损失。
现有的位移监测装置通常为安装在巷道单侧的光学装置,通过检测巷道一侧岩层的位移情况进行预警,不能够同时检测巷道两侧情况,其如专利申请号为201710544794.1的专利文件中所述的“地下工程围岩位移实时观测装置”,还有一些检测装置通过多次周期性测量来检测岩层位移情况,其如专利申请号为201210269947.3的专利文件中所述的“一种地下工程岩体位移激光测量装置”,其检测不具有实时性,且多次手动调节会产生误差,造成计算失误等。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在单侧监测存在另一侧失测情况,且手动调节多次测量误差较大的缺点,而提出的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,包括安装在巷道顶壁上的安装板,所述安装板的下端安装有测量机构,所述巷道的侧壁上对称开设有两个检测槽,每个所述检测槽内和巷道底部共同安装有平衡机构,所述测量机构包括测量盒,所述测量盒的外侧壁上固定安装有安装框,所述安装框上对称安装有多个调整螺丝,多个调整螺丝在安装时能够根据安装板的倾斜情况调整测量盒至水平状态,所述测量盒内从上到下分别开设有检测腔和反馈腔,所述检测腔内安装有检测机构;
所述反馈腔内转动插设有转轴,所述转轴的上端安装有反馈圆盘,所述转轴的下端延伸至测量盒的下端并安装有双槽轮,所述双槽轮上绕设有绳索,所述反馈腔的内底壁上对称开设有两个反馈槽,两个反馈槽内分别安装有光线发射器和配重柱,配重柱能够使得测量盒处于自然重力平衡状体,避免长时间放置导致安装框弯曲损坏。
优选地,每个所述平衡机构均包括平衡杆,所述平衡杆的一端对称固定安装有四个弹簧,且四个弹簧分别固定在检测槽的四个槽壁上,且四个弹簧分别呈水平、垂直状态,所述平衡杆上固定套设有杆套,所述杆套的下端转动安装有支撑杆,且杆套可在支撑杆上水平转动和垂直转动,且支撑杆固定在巷道的底部,且支撑杆靠近检测槽,即平衡杆靠近检测槽的一侧长度小于平衡杆远离检测槽的一侧长度;
四个弹簧成水平垂直状态将平衡杆固定在检测槽的中心,当岩层发生任意朝向的位移,四个弹簧均能够捕捉并传动至平衡杆,使得平衡杆位于检测槽内的一端偏离检测槽的中心,且通过支撑杆的支撑,使得平衡杆通过杆套在支撑杆上转动,由于存在平衡杆靠近检测槽的一侧长度小于平衡杆远离检测槽的一侧长度,则平衡杆在检测槽内偏移小段位移即可通过平衡杆远离检测槽的一端偏移较大的距离反馈,增加检测的精确度。
优选地,所述反馈圆盘上嵌设有透明度对称且双向依次递减的透明环;
透明度能够反映光线的透过率,透明度越低的区域光线透过率越低,则背光侧越暗,反之,透明度越高的区域光线透过率越高,则背光侧越亮,而透明环的透明度呈环形对称分布,即在反馈圆盘正转或反转均经过相同的透明度过程。
优选地,所述检测机构包括固定安装在检测腔内的检测电路板,所述检测电路板上焊接有无线通信模块、芯片和光线传感器,芯片分别电性连接无线通信模块和光线传感器,所述检测腔和反馈腔之间开设有光线孔,且光线传感器、光线孔、光线发射器的轴线均位于同一垂直线上;
当光线发射器发射光线时,光线透过反馈圆盘上的透明环并从光线孔内射向光线传感器,光线传感器检测到光线强度信息并将光线强度信息输出至芯片内进行处理,在初始正常运行状态下,光线透过透明环的透明度最低处,此时光线传感器检测到的光线强度最低。
优选地,所述安装板的下端分别安装有短杆和长杆,所述短杆和长杆的下端均转动安装有导向轮,且绳索绕设在两个导向轮上,导向轮能够使得绕设在双槽轮上的绳索改变方向,且能够改变绳索上的力的方向却不改变力的大小。
优选地,所述绳索的两端分别安装在两个平衡杆相对的一端;
即通过绳索和四个弹簧使得平衡杆呈水平状态,当其中一个平衡杆检测到岩层位移时,则四个弹簧的状态发生变化,则平衡杆偏离原位置,则平衡杆远离检测槽一端的位移较大,使得平衡杆扯动绳索,则通过导向轮拉动双槽轮和对向双导向轮转动,双槽轮转动通过转轴带动反馈圆盘转动,则透明环转动,即光线传感器检测到光线发射器发射的光线强度增加,则光线传感器将信息传递至芯片内,芯片处理计算并通过无线通信模块传递至管理计算机岩层位移情况,以及判断是否需要撤离,增加装置的安全预警能力。
本发明具有以下有益效果:
1、采用两个平衡机构对巷道的两侧同时进行检测,当巷道的任意一侧发生岩层位移时,均会导致平衡机构失衡,则使得平衡机构触发测量机构检测岩层位移情况,增加装置检测的全面性,且使得检测结果更加准确。
2、通过绳索联动平衡机构和测量机构传递岩层位移的情况,且岩层的位移通过平衡杆转换成拉动绳索的拉力,相较于激光等高精密设备在巷道恶劣环境内检测更加具有可靠性,不会因巷道内的灰尘会潮湿环境而影响测量结果,且能够长期置于巷道内进行实时监测。
3、调整螺丝通过安装框将测量盒固定在安装板上,即当安装板手动安装到巷道顶部时,能够在安装板位置倾斜后,通过调整多个调整螺丝来改变安装框各处与安装板之间的距离,以达到保证测量盒水平的目的,增加装置安装的准确性。
4、在反馈腔内对称开设有两个反馈槽,一个反馈槽内安装有光线发射器,另一个反馈槽内安装有配重柱,配重柱能够保证测量盒处于自然重力平衡状态,避免测量盒一侧过重导致长时间使用压弯安装框,从而影响测量精度。
5、绳索绕设在双槽轮上,当平衡机构的平衡杆发生偏移时,平衡杆扯动绳索,则绳索带动导向轮和双槽轮转动,而双槽轮转动通过转轴带动反馈圆盘转动,即平衡机构将岩层位移转换成平衡杆的拉力,平衡杆的拉力通过绳索转换成双槽轮的旋转量,即转换成反馈圆盘的旋转量,将复杂的岩层位移变化转换成可测精度较高的力,然后将力转换成测量精度更高的的反馈圆盘旋转量,增加了装置测量的精度。
6、光线发射器和光线传感器均位于测量盒内部,降低了外界灰尘或潮湿对光线感应的干扰,且在光线传递时,光线通过透明度对称且渐变的透明环时,背光一侧的光线轻度发生变化,在使得光线传感器检测到的光线强度发生变化,即反馈圆盘的旋转量转换成精确度更高的光线强度的变化,进一步增加测量的精细度,即通过不断细分放大能够检测到岩层细微的位移,便于总体分析延岩层的位移情况。
综上所述,本发明通过两个平衡机构增加检测的全面性,通过绳索连接平衡机构和测量机构进行检测,较高精密设备更加适应巷道环境并进行实时监测,通过调整螺丝实现测量盒的水平放置,通过配重柱实现测量盒的平衡,便于装置长期使用,平衡机构、绳索和双轮槽机械结构位于测量盒外侧传动,反馈圆盘、光线传感器和光线发射器位于测量盒内,减少外界对测量的干扰并增加测量的精确度。
附图说明
图1为本发明提出的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置的结构示意图;
图2为本发明提出的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置的测量机构部分放大图;
图3为本发明提出的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置的测量盒部分放大图;
图4为本发明提出的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置的反馈圆盘部分放大图;
图5为图1中A处放大图。
图中:1巷道、2安装板、3短杆、4长杆、5测量盒、6绳索、7平衡杆、8检测槽、9支撑杆、10双槽轮、11导向轮、12安装框、13调整螺丝、14检测腔、15反馈腔、16反馈槽、17配重柱、18检测电路板、19反馈圆盘、20光线发射器、21透明环、22光线孔、23光线传感器、24芯片、25无线通信模块、26转轴、701杆套、702弹簧。
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。
参照图1-5,一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,包括安装在巷道1顶壁上的安装板2,安装板2的下端安装有测量机构,巷道1的侧壁上对称开设有两个检测槽8,每个检测槽8内和巷道1底部共同安装有平衡机构,测量机构包括测量盒5,测量盒5的外侧壁上固定安装有安装框12,安装框12上对称安装有多个调整螺丝13,多个调整螺丝13在安装时能够根据安装板2的倾斜情况调整测量盒5至水平状态,测量盒5内从上到下分别开设有检测腔14和反馈腔15,检测腔14内安装有检测机构;
反馈腔15内转动插设有转轴26,转轴26的上端安装有反馈圆盘19,转轴26的下端延伸至测量盒5的下端并安装有双槽轮10,双槽轮10上绕设有绳索6,反馈腔15的内底壁上对称开设有两个反馈槽16,两个反馈槽16内分别安装有光线发射器20和配重柱17,配重柱17能够使得测量盒5处于自然重力平衡状体,避免长时间放置导致安装框12弯曲损坏。
每个平衡机构均包括平衡杆7,平衡杆7的一端对称固定安装有四个弹簧702,且四个弹簧702分别固定在检测槽8的四个槽壁上,且四个弹簧702分别呈水平、垂直状态,平衡杆7上固定套设有杆套701,杆套701的下端转动安装有支撑杆9,且杆套701可在支撑杆9上水平转动和垂直转动,且支撑杆9固定在巷道1的底部,且支撑杆9靠近检测槽8,即平衡杆7靠近检测槽8的一侧长度小于平衡杆7远离检测槽8的一侧长度;
四个弹簧702成水平垂直状态将平衡杆7固定在检测槽8的中心,当岩层发生任意朝向的位移,四个弹簧702均能够捕捉并传动至平衡杆7,使得平衡杆7位于检测槽8内的一端偏离检测槽8的中心,且通过支撑杆9的支撑,使得平衡杆7通过杆套701在支撑杆9上转动,由于存在平衡杆7靠近检测槽8的一侧长度小于平衡杆7远离检测槽8的一侧长度,则平衡杆7在检测槽8内偏移小段位移即可通过平衡杆7远离检测槽8的一端偏移较大的距离反馈,增加检测的精确度。
反馈圆盘19上嵌设有透明度对称且双向依次递减的透明环21;
透明度能够反映光线的透过率,透明度越低的区域光线透过率越低,则背光侧越暗,反之,透明度越高的区域光线透过率越高,则背光侧越亮,而透明环21的透明度呈环形对称分布,即在反馈圆盘19正转或反转均经过相同的透明度过程。
检测机构包括固定安装在检测腔14内的检测电路板18,检测电路板18上焊接有无线通信模块25、芯片24和光线传感器23,芯片24分别电性连接无线通信模块25和光线传感器23,检测腔14和反馈腔15之间开设有光线孔22,且光线传感器23、光线孔22、光线发射器20的轴线均位于同一垂直线上;
当光线发射器20发射光线时,光线透过反馈圆盘19上的透明环21并从光线孔22内射向光线传感器23,光线传感器23检测到光线强度信息并将光线强度信息输出至芯片24内进行处理,在初始正常运行状态下,光线透过透明环21的透明度最低处,此时光线传感器23检测到的光线强度最低。
安装板2的下端分别安装有短杆3和长杆4,短杆3和长杆4的下端均转动安装有导向轮11,且绳索6绕设在两个导向轮11上,导向轮11能够使得绕设在双槽轮10上的绳索6改变方向,且能够改变绳索6上的力的方向却不改变力的大小。
绳索6的两端分别安装在两个平衡杆7相对的一端;
即通过绳索6和四个弹簧702使得平衡杆7呈水平状态,当其中一个平衡杆7检测到岩层位移时,则四个弹簧702的状态发生变化,则平衡杆7偏离原位置,则平衡杆7远离检测槽8一端的位移较大,使得平衡杆7扯动绳索6,则通过导向轮11拉动双槽轮10和对向双导向轮11转动,双槽轮10转动通过转轴26带动反馈圆盘19转动,则透明环21转动,即光线传感器23检测到光线发射器20发射的光线强度增加,则光线传感器23将信息传递至芯片24内,芯片24处理计算并通过无线通信模块25传递至管理计算机岩层位移情况,以及判断是否需要撤离,增加装置的安全预警能力。
本发明在使用时,当巷道1处发生岩层位移时,岩层之间的位移使得检测槽8内的四个弹簧702分别发生压缩和拉伸,则导致平衡杆7在检测槽8内的一端偏离检测槽8的中轴线,则平衡杆7偏移通过杆套701在支撑杆9上转动,因为平衡杆7靠近检测槽8的一侧长度小于平衡杆7远离检测槽8的一侧长度,则平衡杆7远离检测槽8的一端发生较大的偏移,则平衡杆7拉动绳索6,绳索6在两个导向轮11上转动并交错带动双槽轮10转动,则双槽轮10通过转轴26带动反馈圆盘19转动,则反馈圆盘19上的透明环21转动,则使得透明环21不透明区域远离光线孔22的下方,即较透明区域靠近光线孔22的下方,则光线发射器20发生的光线透过透明环21的光线量较多,则使得入射进光线孔22内的光线强度增加,即使得光线传感器23检测到的光线强度增加,光线传感器23将检测到的光线强度信息传输到芯片24内分析处理,然后通过无线通信模块25将分析处理结果发送到管理计算机端,便于外部监测员实时观察岩层情况,减少因塌陷导致的安全事故的发生概率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,包括安装在巷道(1)顶壁上的安装板(2),其特征在于,所述安装板(2)的下端安装有测量机构,所述巷道(1)的侧壁上对称开设有两个检测槽(8),每个所述检测槽(8)内和巷道(1)底部共同安装有平衡机构,所述测量机构包括测量盒(5),所述测量盒(5)的外侧壁上固定安装有安装框(12),所述安装框(12)上对称安装有多个调整螺丝(13),所述测量盒(5)内从上到下分别开设有检测腔(14)和反馈腔(15),所述检测腔(14)内安装有检测机构,所述反馈腔(15)内转动插设有转轴(26),所述转轴(26)的上端安装有反馈圆盘(19),所述转轴(26)的下端延伸至测量盒(5)的下端并安装有双槽轮(10),所述双槽轮(10)上绕设有绳索(6),所述反馈腔(15)的内底壁上对称开设有两个反馈槽(16),两个反馈槽(16)内分别安装有光线发射器(20)和配重柱(17),每个所述平衡机构均包括平衡杆(7),所述平衡杆(7)的一端对称固定安装有四个弹簧(702),且四个弹簧(702)分别固定在检测槽(8)的四个槽壁上,所述平衡杆(7)上固定套设有杆套(701),所述杆套(701)的下端转动安装有支撑杆(9),且支撑杆(9)固定在巷道(1)的底部,所述绳索(6)的两端分别安装在两个平衡杆(7)相对的一端。
2.根据权利要求1所述的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,其特征在于,所述反馈圆盘(19)上嵌设有透明度对称且双向依次递减的透明环(21)。
3.根据权利要求1所述的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,其特征在于,所述检测机构包括固定安装在检测腔(14)内的检测电路板(18),所述检测电路板(18)上焊接有无线通信模块(25)、芯片(24)和光线传感器(23),所述检测腔(14)和反馈腔(15)之间开设有光线孔(22),且光线传感器(23)、光线孔(22)、光线发射器(20)的轴线均位于同一垂直线上。
4.根据权利要求1所述的一种地下工程用开采巷道岩层位移监测装置,其特征在于,所述安装板(2)的下端分别安装有短杆(3)和长杆(4),所述短杆(3)和长杆(4)的下端均转动安装有导向轮(11),且绳索(6)绕设在两个导向轮(11)上。
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