CN204043661U - 一种岩层倾角监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种岩层倾角监测仪，包括高强防爆屏蔽壳体、倾角监测模块、信号管理模块、电源管理模块、内部连接线缆、自锁装置、电磁脱钩器、外部连接线缆。其中，高强防爆屏蔽壳体为胶囊状。对岩层角度的监测依靠重力方向作为基准，无需其他参照物，相对位移监测需要固定参照物而言，本实用新型省去了因选取参照物及参照物本身可能发生位移而导致的误差，从而保证了监测数据的准确性。

Description

一种岩层倾角监测仪

技术领域

本实用新型属于岩体变形监测装置领域，具体是一种岩层倾角监测仪。

背景技术

在采矿、土木、水利等工程施工过程中，施工区域岩层的运动会对工作空间结构稳定性及工程质量产生影响，准确、及时地掌握覆岩运动状态，分析研究岩层运动规律、并做出精准预测预报，对施工安全、保障质量、提高效率具有极为重要的意义。仅我国某省，在过去的几年中，就有多个煤矿发生过矿震事故，在这些事故中有些煤矿没有对覆岩运动进行监测，有些煤矿即使做了监测，但仍旧发生了事故，说明现有覆岩运动监测技术仍存在不足。现有的岩层监测仪器多是对于岩层的位移、应力等物理参数的变化等进行监测。并且现有的监测手段也存在许多问题，如位移监测在参照物的选取上就存在困难，致使监测结果本身就存在较大误差，而应力监测由于应力传感器的安装角度等问题导致监测数据同样存在很大无法消除的误差，并且以上监测手段都要求较高的监测仪密度，监测成本高，工程量大，周期长。如专利：矿层采动过程覆岩位移连续监测系统及其构建方法（申请号：201010244473.8），矿山压力位移监测系统（申请号：201020126703.6）都基于较多数量测仪安装的基础上才能实现一定精度的监测。

在该领域中，现有技术主要存在下述问题：

（1）位移监测需要参照物，由于位移监测仪是安装于地下岩层之中，而在开采过程中整个覆岩是处于动态变化的过程之中，因此要在覆岩中寻找某处基准点作为参照物是非常困难的。

（2）应力监测漂移大，应力监测仪安装的角度不同、与岩层的接触程度不同、岩层的运动趋势不同等因素，都会造成应力监测结果的较大变化。

（3）监测仪安装数量多、施工工程量大、成本高，由于位移、应力在整个覆岩中处处不同，因此要想得到面的覆岩运动状态需要很多监测点进行监测，监测点安装数量的增大就不可避免的造成了施工强度的增大与安装成本的提高。

岩层角度监测突破传统方式对位移、应力等物理量的监测，而是对岩层倾角的变化进行监测，该方式具有以下优点： 

（1）对角度的监测无需参照物，从而保证了监测数据的准确性。

（2）同一运动状态下岩层（即同一岩梁上）的角度变化处处相同，监测仪无论安装于何处均对于岩层运动具有同样的敏感性，保证测的完整性。

（3）角度的变化可反应出岩层倾向与走向的空间变化状态，不但在走向上可以进行岩层运动的分析，也可以对岩层倾向运动进行分析，从而具有更完整的岩层运动分析结果。

（4）角度监测仪安装时的岩层角度与变化后岩层角度的方向延长线的交点即为岩层的断裂危险区，因此，理论上仅需一个检测仪就可以对岩层的运动尤其是初次来压进行预测。

基于以上种种优势，岩层倾角变化的监测数据可更加准确判断出岩层的运动状态及发展趋势，本专利提出的一种岩层倾角监测仪及监测系统，可以实现对岩层倾角变化的实时、精确监测。

发明内容

本实用新型一种岩层倾角监测仪，包括高强防爆屏蔽壳体、倾角监测模块、信号管理模块、电源管理模块、内部连接线缆、自锁装置、电磁脱钩器、外部连接线缆。其中，高强防爆屏蔽壳体为胶囊状，在其底部及与自锁装置相连的地方均设有出线口，在其内部设有固定板，固定板固定于高强防爆屏蔽壳体内侧，固定板用于固定倾角监测模块、信号管理模块、电源管理模块等装置；倾角监测模块能够将其自身相对于大地的角度变化数值转化成电信号，并将该信号传送给信号管理模块；信号管理模块能够接收倾角监测模块的信号，并对信号进行放大、整理，信号通过外部连接线缆传输给地面、井下计算机；电源管理模块负责给倾角监测模块、信号管理模块和电磁脱钩器等装置供电；内部连接线缆分为信号线和电源线，信号线负责各模块之间信号传输，电源线给各模块提供电力；自锁装置和电磁脱钩器相互配合，当本实用新型安装到所需位置后，电磁脱钩器可以将自锁装置解锁，自锁装置解锁后，能够将本实用新型牢牢地固定于所需安装位置，保证本实用新型不会因为外界震动等原因而移动，以防不能真实反应所处岩层的角度变化，自锁装置分别布设于本实用新型的顶部和底部，构成顶部自锁装置和底部自锁装置，顶部自锁装置打开后直径为120毫米，底部自锁装置打开后直径为140毫米；外部连接线缆为4芯屏蔽线缆，2芯信号线，2芯为电源线。

作为改进，所述高强防爆屏蔽壳体材质优选为Q390D或Q390E，壳体外径80毫米，高度140毫米。

作为改进，倾角监测模块监测范围在双轴上均为0~±90°，测量倾角在0~±45°时测量精度为0.15°、测量倾角在±45°~±90°时测量精度为0.30°。

作为改进，电源管理模块输入交流电流36V，可多路输出，输出电压5~36V、电流0.05~1A。

作为改进，所述自锁装置由卡脚扭转弹簧，卡脚扭转弹簧转轴，卡嘴头组成，卡脚扭转弹簧通过卡脚扭转弹簧转轴连接于高强防爆屏蔽壳体外表面，卡嘴头位于卡脚扭转弹簧的末端，卡嘴头的内侧表面还设有凹口，凹口可以和电磁脱钩器的凸起卡舌相配合。电磁脱钩器解锁后，卡脚扭转弹簧在自身扭力作用下，便可以与周围岩体接触，起到固定本实用新型的作用。

作为改进，所述电磁脱钩器由底座，弹出弹簧，凸起卡舌，压紧推杆，压紧弹簧，电磁铁组成，底座为“凹”字状，固定于高强防爆屏蔽壳体外表面，压紧弹簧能够顶紧压紧推杆，使凸起卡舌与卡嘴头凹口相配合，能够锁住卡嘴头，电磁铁通电后产生吸附力，凸起卡舌向电磁铁方向移动，卡嘴头解锁，在弹出弹簧作用下，卡脚扭转弹簧弹出。

作为改进，所述外部连接线缆为螺旋线缆，螺旋线缆中部设有中线，中线为尼龙材质，中线通过连接头母头和连接头子头连接在一起，中线具有良好的抗拉能力，一方面可以保证在安装过程中，螺旋线缆不会过大变形，能够保持螺旋形状，另一方面在使用过程中，主要靠中线受力，中线受力过大后会断裂，螺旋线缆还可以释放螺旋变形，保证螺旋线缆安全。多段螺旋线缆通过连接头母头、连接头子头可以相互连接延长。

作为改进，高强防爆屏蔽壳体内侧设有多道环状加劲肋，以增强高强防爆屏蔽壳体的抗压能力。

本实用新型的有益效果是：

（1）对岩层角度的监测依靠重力方向作为基准，无需其他参照物，相对位移监测需要固定参照物而言，本实用新型省去了因选取参照物及参照物本身可能发生位移而导致的误差，从而保证了监测数据的准确性。

（2）同一运动状态下岩层的角度变化处处相同，本实用新型无论安装于何处均对于岩层运动具有同样的敏感性，只需要一个监测装置，就能监测岩层的整体运动情况。而位移监测为了获得完整数据，需要大量布点，成本代价高。

（3）本实用新型所监测的角度的变化可反应出岩层倾向与走向的空间变化状态，不但在走向上可以进行岩层运动的分析，也可以对岩层倾向运动进行分析，从而具有更完整的岩层运动分析结果。

（4）本实用新型安装时的岩层角度与变化后岩层角度的方向延长线的交点即为岩层的断裂危险区，因此理论上，仅需一个检测仪就可以对岩层的运动尤其是初次来压进行预测，能够大幅节省监测成本，提高监测效率。

（5）本实用新型坚固耐用、安装方便、自动化程度高、数据监测精度高、适应面广。

附图说明

图1为本实用新型的剖面图

图2为本实用新型的俯视图

图3为本实用新型的仰视图

图4为本实用新型顶部自锁装置局部放大图

图5为本实用新型底部自锁装置局部放大图

图6为本实用新型自锁装置打开状态示意图

图7为本实用新型电磁脱钩器局部放大图

图8为加劲肋示意图

图9为加劲肋剖面图

图10为本实用新型外部线缆示意图

图中：

高强防爆屏蔽壳体11，出线口12，固定板13，加劲肋14

倾角监测模块2

信号管理模块3

电源管理模块4

内部连接线缆5，信号线51，电源线52

自锁装置6，卡脚扭转弹簧61，卡脚扭转弹簧转轴62，卡嘴头63

电磁脱钩器7，底座71，弹出弹簧72，凸起卡舌73，压紧推杆74，压紧弹簧75，电磁铁76。

外部连接线缆8，螺旋线缆81，中线82，连接头母头 83，连接头子头 84。

具体实施方式

根据附图，本实用新型是一种岩层倾角监测仪，包括高强防爆屏蔽壳体（11）、倾角监测模块（2）、信号管理模块（3）、电源管理模块（4）、内部连接线缆（5）、自锁装置（6）、电磁脱钩器（7）、外部连接线缆（8）。其中，高强防爆屏蔽壳体（11）为胶囊状，在其底部及与自锁装置（6）相连的地方均设有出线口（12），在其内部设有固定板（13），固定板固定于高强防爆屏蔽壳体（11）内侧，固定板（13）用于固定倾角监测模块（2）、信号管理模块（3）、电源管理模块（4）等装置，固定板能够将各模块牢固的固定于本实用新型内部，防止因震动等原因出现各模块相对于高强防爆屏蔽壳体产生位移；倾角监测模块（2）能够将其自身相对于大地的角度变化数值转化成电信号，该信号是以重力方向作为参照物，无需人为指定参照物，并将该信号传送给信号管理模块（3）；信号管理模（3）块能够接收倾角监测模块（2）的信号，并对信号进行放大、整理，并将信号通过外部连接线缆传输给地面、井下计算机；电源管理模块（4）负责给倾角监测模块、信号管理模块和电磁脱钩器等装置供电；内部连接线缆（5）分为信号线（51）和电源线（52），信号线负责各模块之间信号传输，电源线给各模块提供电力；自锁装置（6）和电磁脱钩器（7）相互配合，当本实用新型安装到所需位置后，电磁脱钩器（7）可以将自锁装置（6）解锁，自锁装置（6）解锁后，能够将本实用新型牢牢地固定于所需安装位置，保证本实用新型不会因为外界震动等原因而移动，以防不能真实反应所处岩层的角度变化，自锁装置（6）分别布设于本实用新型的顶部和底部，构成顶部自锁装置和底部自锁装置，顶部自锁装置和底部自锁装置均有四套装置组成，顶部自锁装置打开后直径为120毫米，底部自锁装置打开后直径为140毫米。所述自锁装置（6）由卡脚扭转弹簧（61），卡脚扭转弹簧转轴（62），卡嘴头（63）组成，卡脚扭转弹簧通过卡脚扭转弹簧转轴连接于高强防爆屏蔽壳体外表面，卡嘴头（63）位于卡脚扭转弹簧的末端，卡嘴头的内侧表面还设有凹口，凹口可以和电磁脱钩器的凸起卡舌（73）相配合。电磁脱钩器（7）解锁后，卡脚扭转弹簧（62）在自身扭力作用下，便可以与周围岩体接触，起到固定本实用新型的作用。所述电磁脱钩器由底座（71），弹出弹簧（72），凸起卡舌（73），压紧推杆（74），压紧弹簧（75），电磁铁（76）组成，底座为“凹”字状，固定于高强防爆屏蔽壳体外表面，压紧弹簧能够顶紧压紧推杆，使凸起卡舌与卡嘴头凹口相配合，能够锁住卡嘴头（63），电磁铁（76）通电后产生吸附力，凸起卡舌向电磁铁方向移动，卡嘴头解锁，在弹出弹簧作用下，卡脚扭转弹簧弹出。外部连接线缆（8）为4芯屏蔽线缆，2芯分为信号线，2芯为电源线。

在需要进行倾角监测的岩层钻孔后，将本实用新型投入钻孔所需安装位置后，通过控制装置给电磁脱钩器（7）的电磁铁（76）供电，电磁铁产生吸附力后，卡脚扭转弹簧（61）弹出，便可将本装置固定于所需安装位置。在确认安装位置正确，电源供应、信号传输正常后，通过对钻孔灌浆，可以将本实用新型永久固定于所需监测的岩体内。本实用新型永久固定于岩体内后，需要进行初次校准，以确定岩层的初始角度，并以此角度作为参照，将后续监测到的角度与初始角度进行对比便可以得出岩层的角度变换情况。

Claims (8)

1.一种岩层倾角监测仪，其特征在于：包括高强防爆屏蔽壳体（11）、倾角监测模块（2）、信号管理模块（3）、电源管理模块（4）、内部连接线缆（5）、自锁装置（6）、电磁脱钩器（7）、外部连接线缆（8）；所述高强防爆屏蔽壳体（11）为胶囊状，在其底部及与自锁装置（6）相连的地方均设有出线口（12），在其内部设有固定板（13），固定板（13）固定于高强防爆屏蔽壳体（11）内侧；倾角监测模块（2）能够将其自身相对于大地的角度变化数值转化成电信号；信号管理模块（3）能够接收倾角监测模块（2）的信号，并对信号进行放大、整理；电源管理模块（4）负责给倾角监测模块（2）、信号管理模块（3）和电磁脱钩器（7）供电；内部连接线缆（5）分为信号线（51）和电源线（52），信号线（51）负责各模块之间信号传输，电源线（52）给各模块提供电力；自锁装置（6）和电磁脱钩器（7）相互配合，能够将本实用新型牢牢地定于所需安装位置，顶部自锁装置打开后直径为120毫米，底部自锁装置打开后直径为140毫米；外部连接线缆（8）为4芯屏蔽线缆，2芯信号线，2芯为电源线。

2.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述高强防爆屏蔽壳体（11）材质为Q390D或Q390E，壳体外径80毫米，高度140毫米。

3.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述倾角监测模块（2）监测范围在双轴上均为0~±90°，测量倾角在0~±45°时测量精度为0.15°、测量倾角在±45°~±90°时测量精度为0.30°。

4.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述电源管理模（3）块输入交流电流36V，可多路输出，输出电压5~36V、电流0.05~1A。

5.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述自锁装置由卡脚扭转弹簧（61），卡脚扭转弹簧转轴（62），卡嘴头（63）组成，卡脚扭转弹簧（61）通过卡脚扭转弹簧转轴（62）连接于高强防爆屏蔽壳体（11）外表面，卡嘴头（63）位于卡脚扭转弹簧（61）的末端，卡嘴头（63）的内侧表面还设有凹口，凹口可以和电磁脱钩器的凸起卡舌（73）相配合。

6.如权利要求5所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述电磁脱钩器由底座（71），弹出弹簧（72），凸起卡舌（73），压紧推杆（74），压紧弹簧（75），电磁铁（76）组成，底座（71）为“凹”字状，固定于高强防爆屏蔽壳体（11）外表面，压紧弹簧（75）能够顶紧压紧推杆（74），使凸起卡舌（73）与卡嘴头凹口相配合，能够锁住卡嘴头。

7.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述外部连接线缆（8）为螺旋线缆（81），螺旋线缆中部设有中线（82），中线为尼龙材质，中线通过连接头母头（83）和连接头子头（84）连接在一起，多段螺旋线缆通过连接头母头、连接头子头可以相互连接延长。

8.如权利要求1所述的一种岩层倾角监测仪，其特征在于：所述高强防爆屏蔽壳体（11）内侧设有多道环状加劲肋（14）。