CN117589246B - 在线监测巷道围岩应力和变形的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在线监测巷道围岩应力和变形的装置，包括适配于巷道内部结构的支架，支架上设置有可在其架体上移动的连接座，连接座一侧通过定位机构安装有设备箱，设备箱内收容有用于监测巷道围岩应力与变形的监测组件；定位机构不仅用于设备箱与连接座间的锁紧固定，还能够在设备箱固定在连接座上的同时，引导监测组件突出至设备箱外侧，本发明通过设置定位机构，不仅提高设备箱与所述连接座间的连接稳定性，还能够在所述设备箱固定在所述连接座上的同时，自动引导监测组件突出至设备箱外侧，以便后续对巷道内的围岩应力和变形进行在线监测，稳定高效。

Description

在线监测巷道围岩应力和变形的装置

技术领域

本发明涉及煤矿井下巷道围岩控制技术领域，尤其涉及在线监测巷道围岩应力和变形的装置。

背景技术

巷道开挖时，对于厚层状或块体状岩体内的巷道顶拱，顶板岩体除瞬时完成的弹性变形外，还可由塑性变形及其他原因而继续变形，使顶壁轮廓发生明显改变，但仍可保持稳定状态。开挖后，当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构造裂隙时，即使产生的拉应力很小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝。为了巷道的安全需要对巷道围岩应力和变形进行监测。

公告号为CN114623953B的中国发明专利公开了一种在线监测巷道围岩应力和变形的装置，属于煤矿井下巷道围岩控制技术领域。一种在线监测巷道围岩应力和变形的装置，包括支撑架，支撑架，支撑架包括一弧形架以及设置在弧形架两侧的支撑杆，支撑架内还设置有滑槽；移动座，移动座卡设在滑槽中；设备箱，设备箱设置在移动座的一侧，且能够随移动座移动；监测组件，监测组件设置在设备箱中，监测组件包括一移动板，移动板的一侧设置有监测应力与变形的传感器，移动板能够在外部驱动下将传感器推出设备箱。在该申请文件中，监测组件可以围绕巷道内壁进行大范围的监测，代替人工检测，从而减少了操作人员劳动强度，且提高了操作安全性，同时能够对监测组件进行保护。

上述方案虽然可代替人工检测且操作安全性，但具有监测组件的设备箱在支撑架上的安装是通过弹簧卡扣的方式进行连接，此方式的安装稳定度较低，且在拆卸时需要手动按压卡块产生避让空间导致拆卸不便捷，另外安装后还需要额外控制电推杆来推出监测组件以进行后续的监测作业，操作繁琐。

发明内容

为解决上述背景技术中所提出的技术问题，本发明提供在线监测巷道围岩应力和变形的装置。

本发明采用以下技术方案实现：在线监测巷道围岩应力和变形的装置，包括适配于巷道内部结构的支架，所述支架上设置有可在其架体上移动的连接座，所述连接座一侧通过定位机构安装有设备箱，所述设备箱内收容有用于监测巷道围岩应力与变形的监测组件；

其中，所述定位机构不仅用于所述设备箱与所述连接座间的锁紧固定，还能够在所述设备箱固定在所述连接座上的同时，引导所述监测组件突出至所述设备箱外侧。

作为上述方案的进一步改进，所述支架包括呈拱形的弯曲段以及分别竖立设置在所述弯曲段两端底部的竖直段，两个所述竖直段底部均安装有移动轮。

作为上述方案的进一步改进，所述支架上设置有与其架体延伸方向匹配的轨道槽，所述连接座远离所述设备箱的一侧设置有与轨道槽滑动卡接配合的轨道块。

作为上述方案的更进一步改进，所述轨道块内部安装有电机，所述电机输出轴上固定有轮体突出轨道块外侧的第一齿轮，所述轨道槽内铺设有与第一齿轮相啮合的齿条。

作为上述方案的进一步改进，所述定位机构包括对接块、对接杆、定位组件和动作组件，所述对接块活动设置于所述连接座远离所述轨道块的一侧，所述对接块上开设有可供对接杆插置的第一通孔；

所述定位组件设置于所述连接座内，用于锁紧固定住插入至第一通孔中的对接杆；

所述动作组件设置于所述设备箱中，所述动作组件受驱动于所述对接杆在所述设备箱上的插置作用，能够引导所述监测组件移动至所述设备箱外侧。

作为上述方案的更进一步改进，所述定位组件包括基块，所述连接座上开设有对接槽，所述基块固定于所述对接槽内，所述对接块螺纹插接在所述对接槽的槽口处，所述基块面向所述对接块的一侧相对设置有两个摆臂，两个所述摆臂一端均设置有可向中心聚拢的承压块，两个所述承压块之间形成用于夹持固定住所述对接杆外壁的夹持空间，所述对接块一侧开设有与所述承压块接触后滑动挤压配合的施压坡。

作为上述方案的更进一步改进，所述对接块另一侧同心间隔设置有盘体，所述盘体与所述对接块之间设置有伸缩杆，所述盘体中心开设有可供对接杆穿过的第二通孔。

作为上述方案的更进一步改进，所述动作组件包括转动插设在所述设备箱面向所述连接座一侧的第一筒体，所述第一筒体一端具有可供对接杆插入的筒口，所述第一筒体内壁轴向开设有呈螺旋线形的第一凹槽，所述对接杆外壁设置有与第一凹槽滑动卡接配合的凸块，所述第一筒体远离其筒口的一端设置有第一锥齿，所述设备箱内转动设置有第二筒体，第二筒体一端设置有与所述第一锥齿相配合的第二锥齿，所述第二筒体另一端螺纹插设有螺杆，所述螺杆一端设置有定位板，所述设备箱内开设有与定位板滑动卡接配合的定位槽，所述监测组件安装在所述定位板上。

作为上述方案的更进一步改进，所述设备箱上开设有可供监测组件进出的出入口。

作为上述方案的更进一步改进，所述第一筒体筒口处的筒壁开设有可将所述凸块接引入所述第一凹槽的接引口。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，通过设置定位机构，不仅提高设备箱与所述连接座间的连接稳定性，还能够在所述设备箱固定在所述连接座上的同时，自动引导监测组件突出至设备箱外侧，以便后续对巷道内的围岩应力和变形进行在线监测，稳定高效。

2、本发明的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，通过定位机构中的对接杆、对接块及定位组件，可便捷可靠地实现对接杆在连接座上的锁紧固定。

3、本发明的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，通过动作组件，可将对接杆在设备箱内第一筒体中的轴向插置进行转化，以引导监测组件自动移至设备箱外侧，以对巷道进行后续的监测作业。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中设备箱、对接杆、连接座、轨道块及支架之间处于连接状态下的局部俯视剖面结构示意图；

图3为图2中A处放大的结构示意图；

图4为图2中B处放大的结构示意图；

图5为图2中连接座处于非组装状态下的局部剖面结构示意图；

图6为图2中设备箱处于非组装状态下的剖面结构示意图；

图7为图2中对接杆处于非组装状态下的剖面结构示意图；

图8为图7中C处放大的结构示意图；

图9为图7中D处放大的结构示意图；

图10为图2中第二卡块的剖面结构示意图；

图11为图2中盘体的侧视结构示意图。

主要符号说明：

1、支架；2、轨道槽；3、设备箱；4、监测组件；5、连接座；6、轨道块；7、齿条；8、电机；9、第一齿轮；10、对接槽；11、对接块；12、施压坡；13、第一通孔；14、盘体；141、伸缩杆；15、第二通孔；16、基块；17、摆臂；18、承压块；19、对接杆；20、凸块；21、第一筒体；22、第一凹槽；23、第一锥齿；24、第二锥齿；25、第二筒体；26、螺杆；27、定位板；28、挡板；29、线轮；30、固定杆；31、第一卡槽；32、承压杆；33、第二凹槽；34、传动杆；35、第一斜槽；36、第一卡块；37、第二斜槽；38、第一插槽；39、第二卡块；40、弧向槽；41、第二卡槽；42、滚轮；43、第二齿轮；44、第三齿轮；45、第三筒体；46、锁杆；47、锁槽。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

请结合图1至图11，在线监测巷道围岩应力和变形的装置，包括适配于巷道内部结构的支架1，支架1上设置有可在其架体上移动的连接座5，连接座5一侧通过定位机构安装有设备箱3，设备箱3内收容有用于监测巷道围岩应力与变形的监测组件4。本实施例中监测组件4可为用于监测巷道内围岩应力与变形的监测传感器。

定位机构不仅用于设备箱3与连接座5间的锁紧固定，还能够在设备箱3固定在连接座5上的同时，引导监测组件4突出至设备箱3外侧。

当需要对煤矿巷道围岩应力和变形进行在线监测时，可以利用移动轮使得装置移动到巷道内的待监测位置，通过定位机构将设备箱3安装在连接座5上，并使监测组件4突出至设备箱3外，随后通过连接座5使设备箱3在支架1上移动至指定位置，使得监测传感器可以对巷道内壁的特定位置进行监测。

支架1包括呈拱形的弯曲段（未标示）以及分别竖立设置在弯曲段两端底部的竖直段（未标示），两个竖直段底部均安装有移动轮。

本实施例中，弯曲段与竖直段之间可以通过铰链铰接，以便弯曲段的弯曲收纳，在其他实施例中弯曲段与竖直段之间还可为固定相连，以提高支架1的整体稳定性。

支架1上设置有与其架体延伸方向匹配的轨道槽2，连接座5远离设备箱3的一侧设置有与轨道槽2滑动卡接配合的轨道块6。

轨道块6内部安装有电机8，电机8输出轴上固定有轮体突出轨道块6外侧的第一齿轮9，轨道槽2内铺设有与第一齿轮9相啮合的齿条7。

本实施例中，通过电机8输出轴带动第一齿轮9转动以与齿条7相啮合，从而带动连接座5在支架1的轨道槽2上进行移动。

定位机构包括对接块11、对接杆19、定位组件和动作组件，对接块11可转动地设置于连接座5远离轨道块6的一侧，对接块11上开设有可供对接杆19插置的第一通孔13。

定位组件设置于连接座5内，用于锁紧固定住插入至第一通孔13中的对接杆19。

动作组件设置于设备箱3中，动作组件受驱动于对接杆19在设备箱3上的插置作用，能够引导监测组件4移动至设备箱3外侧。

定位组件包括基块16，连接座5上开设有对接槽10，基块16固定于对接槽10内，对接块11螺纹插接在对接槽10的槽口处，基块16面向对接块11的一侧相对设置有两个摆臂17，两个摆臂17一端均设置有可向中心聚拢的承压块18，两个承压块18之间形成用于夹持固定住对接杆19外壁的夹持空间，对接块11一侧开设有与承压块18接触后滑动挤压配合的施压坡12。

对接块11另一侧同心间隔设置有盘体14，盘体14与对接块11之间设置有伸缩杆141，盘体14中心开设有可供对接杆19穿过的第二通孔15。

动作组件包括转动插设在设备箱3面向连接座5一侧的第一筒体21，第一筒体21一端具有可供对接杆19插入的筒口，第一筒体21内壁轴向开设有呈螺旋线形的第一凹槽22，对接杆19外壁设置有与第一凹槽22滑动卡接配合的凸块20，第一筒体21远离其筒口的一端设置有第一锥齿23，设备箱3内转动设置有第二筒体25，第二筒体25一端设置有与第一锥齿23相配合的第二锥齿24，第二筒体25另一端螺纹插设有螺杆26，螺杆26一端设置有定位板27，设备箱内开设有与定位板27滑动卡接配合的定位槽，监测组件4安装在定位板27上。

设备箱3上开设有可供监测组件4进出的出入口（未标示）。

第一筒体21筒口处的筒壁开设有可将凸块20接引入第一凹槽22的接引口（未标示）。

在本实施例中，当需要将设备箱3组装在连接座5上时，先将对接杆19依序穿过第二通孔15、第一通孔13以置于两个承压块18之间，随后旋转盘体14以通过伸缩杆141带动对接块11同步转动，使对接块11外壁与对接槽10槽壁之间相互螺纹作用，使对接块11在旋转的同时可同步地向对接槽10内进行轴向移动，以使施压坡12的坡面触压承压块18，使两个承压块18带动摆臂17向中心聚拢偏转，以对对接杆19进行夹紧固定。

随后将设备箱3的第一筒体21的筒口靠近对接杆19的另一端，使对接杆19的凸块20通过第一筒体21的接引口进入第一凹槽22中，随着对接杆19相对设备箱3的轴向移动，可使凸块20不断摩擦挤压呈螺旋形的第一凹槽22的槽壁，以迫使第一筒体21单向转动从而带动第一锥齿23、第二锥齿24、第二筒体25转动，使第二筒体25与螺杆26之间相互螺纹作用且在定位板27及定位槽的限位作用下，使螺杆26从第二筒体25中轴向伸出，进而带动定位板27及监测组件4伸出至设备箱3外侧，以便后续对巷道指定位置处的监测作业。

此外，设备箱3上的出入口处设置有挡板28，挡板28可将出入口完全封闭住，以避免监测组件4在不使用时（收容于设备箱3内时）受到来自外界环境的污染。

挡板28滑动插设在设备箱3的箱壁内，设备箱3内设置有第一垫板（未标示），第一垫板与挡板28之间设置有第一弹簧（未标示），当第一弹簧未发生形变时，挡板28将出入口完全封闭住。第一筒体21外侧套接固定有线轮29，线轮29上绕置有呈张紧状态的拉绳（未标示），第一垫板一侧设置有定滑轮（未标示），拉绳一端绕过定位滑轮并贯穿第一垫板后连接在挡板28上。

当监测组件4伸出至设备箱3外侧时，第一筒体21转动可带动线轮29转动，以通过拉绳拉动挡板28移动（第一弹簧压缩），使挡板28脱离出入口，以使出入口暴露出来。

实施例2

本实施例为实施例1的改进方案，连接座5一侧设置有与对接块11轴向平行的第二卡块39，设备箱3一侧开设有与第二卡块39卡接配合的第二卡槽41。通过第二卡块39与第二卡槽41，可提高设备箱3与连接座5之间的连接稳定度。

盘体14上周向开设有弧向槽40，第二卡块39贯穿该弧向槽40，弧向槽40在盘体14径向上的槽体长度大于第二卡块39的最大长度，则盘体14可通过弧向槽40相对第二卡块39进行转动。第二卡块39内转动设置有滚轮42，滚轮42部分轮体突出至第二卡块39外侧、并与弧向槽40的槽壁之间接触配合。

滚轮42上同轴固定有第二齿轮43，第二卡块39内设置有与第二齿轮43相啮合的第三齿轮44，第三齿轮44上同轴固定有第三筒体45，第三筒体45一端同轴滑动卡设有锁杆46，锁杆46一端与第三筒体45内壁之间通过第二弹簧连接。第二卡槽41的槽壁开设有与锁杆46另一端螺纹配合的锁槽47。

在本实施例中，当设备箱3靠近连接座5时，还可使第二卡块39卡入至第二卡槽41中，而当盘体14转动时可通过弧向槽40的槽壁摩擦滚轮42使其转动，滚轮42带动第二齿轮43、第三齿轮44、第三筒体45及锁杆46同步转动，且在第二弹簧弹力的顶紧作用下，可使锁杆46另一端旋转螺接入锁槽47中，提高设备箱3与连接座5之间的连接稳定性。

另外，对接杆19靠近设备箱3的一端开设有第一插槽38，对接杆19上相对插设有两个径向分布的承压杆32，承压杆32上开设有第二凹槽33，对接杆19内设置有第二垫板（未标示），两个承压杆32分别与第二垫板的两侧均设置有第三弹簧（未标示），当第三弹簧未发生形变时，承压杆32一端突出至对接杆19外侧。承压杆32突出至对接杆19外侧的一端与承压块18外壁之间接触挤压配合。

对接杆19内轴向滑动插设有传动杆34，传动杆34上开设有第一斜槽35，当承压块18未触压承压杆32时，传动杆34的第一斜槽35对置在第二凹槽33中。而当承压块18触压承压杆32时，会通过第二凹槽33的槽壁挤压第一斜槽35的槽壁直至第二凹槽33错位于第一斜槽35，期间会使传动杆34朝设备箱3方向轴向移动。

对接杆19内部且位于第一插槽38的两侧相对径向插设有两个第一卡块36，对接杆19内部设置有第三垫板（未标示），第三垫板与对接杆19之间设置有第四弹簧（未标示），当第四弹簧未发生形变时，第一卡块36收容于对接杆19内。第一卡块36上开设有与传动杆34端部接触后滑动挤压配合的第二斜槽37。设备箱3内固定有与第一筒体21同心的固定杆30，第一筒体21套设在固定杆30外侧且可相对固定杆30转动，固定杆30一端伸入第一筒体21内且外壁上相对开设有两个与对应第一卡块36卡接配合的第一卡槽31。

在本实施例中，为提高对接杆19与连接座5之间的连接稳定性，本实施例的安装步骤与实施例1有所不同，具体步骤如下：

先将对接杆19一端插入连接座5，使对接杆19位于两个承压块18之间，随后将对接杆19另一端轴向插入设备箱3的第一筒体21，直至对接杆19上的第一插槽38与固定杆30之间相互插接，之后当对接块11螺纹旋转使两个承压块18相互靠近对对接杆19进行夹持固定时，两个承压块18会分别挤压相应的承压杆32使承压杆32向心移动，以使第二凹槽33的槽壁挤压第一斜槽35的槽壁，直至第二凹槽33错位于第一斜槽35，如此会使传动杆34在对接杆19内部朝设备箱3的方向轴向移动，使传动杆34的相应端部触压第二斜槽37，迫使第一卡块36朝向固定杆30方向移动（第四弹簧拉伸形变），以使第一卡块36直接卡入至第一卡槽31中，实现对接杆19与固定杆30间的相互锁定，进而使设备箱3可利用对接杆19来提高其与连接座5之间的连接稳定性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.在线监测巷道围岩应力和变形的装置，其特征在于，包括适配于巷道内部结构的支架，所述支架上设置有可在其架体上移动的连接座，所述连接座一侧通过定位机构安装有设备箱，所述支架上设置有与其架体延伸方向匹配的轨道槽，所述连接座远离所述设备箱的一侧设置有与轨道槽滑动卡接配合的轨道块，所述设备箱内收容有用于监测巷道围岩应力与变形的监测组件；

其中，所述定位机构不仅用于所述设备箱与所述连接座间的锁紧固定，还能够在所述设备箱固定在所述连接座上的同时，引导所述监测组件突出至所述设备箱外侧；

所述定位机构包括对接块、对接杆、定位组件和动作组件，所述对接块活动设置于所述连接座远离所述轨道块的一侧，所述对接块上开设有可供对接杆插置的第一通孔；

所述定位组件设置于所述连接座内，用于锁紧固定住插入至第一通孔中的对接杆；

所述动作组件设置于所述设备箱中，所述动作组件受驱动于所述对接杆在所述设备箱上的插置作用，能够引导所述监测组件移动至所述设备箱外侧；

所述定位组件包括基块，所述连接座上开设有对接槽，所述基块固定于所述对接槽内，所述对接块螺纹插接在所述对接槽的槽口处，所述基块面向所述对接块的一侧相对设置有两个摆臂，两个所述摆臂一端均设置有可向中心聚拢的承压块，两个所述承压块之间形成用于夹持固定住所述对接杆外壁的夹持空间，所述对接块一侧开设有与所述承压块接触后滑动挤压配合的施压坡；

所述对接块另一侧同心间隔设置有盘体，所述盘体与所述对接块之间设置有伸缩杆，所述盘体中心开设有可供对接杆穿过的第二通孔；

所述动作组件包括转动插设在所述设备箱面向所述连接座一侧的第一筒体，所述第一筒体一端具有可供对接杆插入的筒口，所述第一筒体内壁轴向开设有呈螺旋线形的第一凹槽，所述对接杆外壁设置有与第一凹槽滑动卡接配合的凸块，所述第一筒体远离其筒口的一端设置有第一锥齿，所述设备箱内转动设置有第二筒体，第二筒体一端设置有与所述第一锥齿相配合的第二锥齿，所述第二筒体另一端螺纹插设有螺杆，所述螺杆一端设置有定位板，所述设备箱内开设有与定位板滑动卡接配合的定位槽，所述监测组件安装在所述定位板上。

2.如权利要求1所述的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，其特征在于，所述支架包括呈拱形的弯曲段以及分别竖立设置在所述弯曲段两端底部的竖直段，两个所述竖直段底部均安装有移动轮。

3.如权利要求1所述的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，其特征在于，所述轨道块内部安装有电机，所述电机输出轴上固定有轮体突出轨道块外侧的第一齿轮，所述轨道槽内铺设有与第一齿轮相啮合的齿条。

4.如权利要求1所述的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，其特征在于，所述设备箱上开设有可供监测组件进出的出入口。

5.如权利要求1所述的在线监测巷道围岩应力和变形的装置，其特征在于，所述第一筒体筒口处的筒壁开设有可将所述凸块接引入所述第一凹槽的接引口。