RU2013544C1

RU2013544C1 - Device for rock mass deformation measurement

Info

Publication number: RU2013544C1
Authority: RU
Inventors: В.Л. Лядский; Б.Д. Половов; А.К. Мартынов; Ю.А. Тренин
Original assignee: Уральский горный институт им.В.В.Вахрушева
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: mining industry, mine surveying. SUBSTANCE: movable and fixed bench marks are connected via measuring pull rod 7. Measuring pull rod 7 passes through pipe 6. An end of measuring pull rod 7 is attached to metal pin 2 of the fixed bench mark, another end is secured on guiding pulley 27 of a displacement sensor. Guiding pulley 27 is disposed horizontally on concrete pad 10 and connected via extended cylindric shaft 28 to a primary transducer. Preliminary wound-up guiding pulley 27 provides for tensioning of measuring pull rod 7 by spiral spring 30. By deformations of the rock mass, measuring pull rod 7 turns guiding pulley 27 with extended cylindric shaft 28 and primary transducer. The displacement amount is proportional to the angle of displacement sensor shaft turning. A displacement amount signal is transmitted through communications lines to the central operation control room. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в маpкшейдерской технике и других отраслях народного хозяйства, связанных с проведением высокоточных измерений на местности. The invention relates to mining and can be used in surveying equipment and other sectors of the economy related to conducting high-precision measurements on the ground.

Известно устройство для определения деформаций массива горных пород, включающее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а другой соединен с контактной группой, расположенной на неподвижном репере, блок питания, радиопередающей аппаратуры. A device is known for determining deformations of a rock mass, including a movable and a fixed frame connected by a measuring rod, one end of which is mounted on a movable frame, and the other connected to a contact group located on a fixed frame, a power supply unit, and radio transmission equipment.

В этом устройстве информация о величине деформации массива горных пород определяется по замыканию контактов контактной группы. In this device, information about the magnitude of the deformation of the rock mass is determined by closing the contacts of the contact group.

Однако в данном устройстве трудно обеспечить съем информации при значительной величине смещения массива горных пород, так как это требует большого числа контактов контактной группы, что технически трудно осуществить. Кроме того, наличие контактной группы в устройстве снижает его надежность и точность. В устройстве трудно обеспечить точность выше 5 мм. However, in this device it is difficult to provide information retrieval with a significant amount of displacement of the rock mass, since this requires a large number of contacts of the contact group, which is technically difficult to implement. In addition, the presence of a contact group in the device reduces its reliability and accuracy. It is difficult to ensure accuracy above 5 mm in the device.

Известно устройство для измерения деформаций массива горных пород, содержащее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а другой пропущен через направляющий блок неподвижного репера, в котором размещен датчик, содержащий первичный датчик-преобразователь угловых величин, подключенный к вторичной аппаратуре. Датчик выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором с возможностью перемещения вдоль корпуса установлен стакан, нижняя часть которого присоединена с помощью пружин к дну цилиндрического корпуса, на верхней части стакана и нижней части крышки корпуса закреплены полиспасные блоки, через которые проходит измерительная тяга. Причем вторичная аппаратура и первичный датчик-преобразователь размещены в стакане, а вал первичного датчика-преобразователя соединен с вернерным блоком, охваченным вернерной тягой, нижний конец которой через пружину соединен с дном цилиндрического корпуса, а верхний конец закреплен на юстировочном блоке, вал которого соединен с редуктором точной установки первичного датчика-преобразователя, закрепленным на верхней части крышки корпуса. A device is known for measuring deformations of a rock mass comprising movable and fixed frames connected by a measuring rod, one end of which is mounted on a movable frame, and the other passed through a stationary block of a fixed frame, in which a sensor is located, containing a primary sensor-transmitter of angular values connected to secondary equipment. The sensor is made in the form of a cylindrical body, in which a cup is mounted with the possibility of moving along the body, the lower part of which is attached by means of springs to the bottom of the cylindrical body, on the upper part of the glass and the lower part of the housing cover, the chain blocks are passed through which the measuring rod passes. Moreover, the secondary equipment and the primary transducer are placed in a glass, and the shaft of the primary transducer is connected to a werner block covered by a werner rod, the lower end of which is connected through the spring to the bottom of the cylindrical body, and the upper end is fixed to the adjustment block, the shaft of which is connected to a reducer for the exact installation of the primary transducer mounted on the top of the housing cover.

Перед началом измерений устанавливают стакан в цилиндрическом корпусе в верхнем его положении. Вращая цилиндрический блок, через редуктор перемещают измерительную тягу, что приводит к вращению вала датчика угол-цифровой код при неподвижном стакане, при этом устанавливается нулевое положение датчика. При смещениях массива горных пород перемещается измерительная тяга, что приводит к перемещениям стакана цилиндрическом корпусе под действием пружин. Так как вернерная тяга неподвижна, то при этом вращается вернерный блок и соответственно прозрачный диск датчика-преобразователя. Before starting the measurements, a glass is installed in a cylindrical body in its upper position. Rotating the cylindrical block, the measuring rod is moved through the gearbox, which leads to the rotation of the sensor shaft with an angle-digital code when the glass is stationary, and the sensor is set to zero. With displacements of the rock mass, the measuring rod moves, which leads to displacements of the glass to the cylindrical body under the action of springs. Since the werner rod is stationary, the werner block and, accordingly, the transparent disk of the transducer are rotated.

При измерении величины смещения массива горных пород на вход дешифратора датчика подают прямоугольные импульсы, по количеству равные количеству разрядов кодовой маски. С выхода дешифратора импульсы последовательно направляются им на светодиоды блока сканирующих светодиодов. В зависимости от того как нанесена на диске против светодиодов маска, на фотон или фотодиод поступает световой поток, т. е. снимается информация о положении диска и соответственно о величине смещения массива. С фотодиода после усиления усилителем импульсы поступают на вход радиопередающего устройства или проводной линии связи и передаются на диспетчерский пункт, где осуществляется обработка полученной информации о величине смещения массива горных пород. When measuring the magnitude of the displacement of the rock mass, rectangular pulses equal in number to the number of bits of the code mask are fed to the input of the sensor decoder. From the output of the decoder, the pulses are sequentially directed to the LEDs of the block of scanning LEDs. Depending on how the mask is applied on the disk against the LEDs, the light flux arrives at the photon or photodiode, i.e. information about the position of the disk and, accordingly, the magnitude of the displacement of the array is taken. After amplification by the amplifier, the pulses from the photodiode are fed to the input of a radio transmitting device or a wired communication line and transmitted to a control room, where the received information on the magnitude of the displacement of the rock mass is processed.

Однако скручивание измерительной тяги, пропущенной через полистпасные блоки и люфт в осях этих блоков, приводит к погрешностям измерений, которые трудно учесть. Кроме того, достаточно трудоемка подготовка датчика к измерениям, что связано с необходимостью пропуска измерительной тяги через полистпасные блоки в то время, как они через цилиндр связаны с пружинами. Это затрудняет эксплуатацию и снижает в итоге надежность в работе устройства. However, the twisting of the measuring rod passed through the half-block blocks and the play in the axes of these blocks leads to measurement errors that are difficult to take into account. In addition, the preparation of the sensor for measurements is rather laborious, which is associated with the need to pass the measuring rod through the half-block blocks while they are connected to the springs through the cylinder. This complicates the operation and ultimately reduces the reliability of the device.

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности устройства. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy and reliability of the device.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения деформаций массива горных пород, содержащее подвижный и неподвижный реперы, а другой пропущен через направляющий блок неподвижного репера, спиральную пружину, датчик, выполненный в виде цилиндрического корпуса с размещенным в нем преобразователем угловых величин, подключенным к измерительной аппаратуре, снабжено удлиненным цилиндрическим валом и трубой, направляющий блок расположен горизонтально и соединен с преобразователем угловых величин посредством удлиненного цилиндрического вала, установленного соосно цилиндрическому корпусу, при этом спиральная пружина закреплена между цилиндрическим валом и корпусом датчика, а тяга пропущена через трубу. This goal is achieved by the fact that the device for measuring deformations of the rock mass, containing movable and fixed benchmarks, and the other is passed through the guide block of the fixed benchmark, a spiral spring, a sensor made in the form of a cylindrical body with an angular transducer placed in it, connected to a measuring the apparatus is equipped with an elongated cylindrical shaft and a pipe, the guide block is located horizontally and connected to the angular transducer by means of an elongated qi indricheskogo shaft mounted coaxially with the cylindrical body, the spiral spring is supported between a cylindrical shaft and a sensor housing, and passed through the rod tube.

В предлагаемом устройстве горизонтальное расположение направляющего блока и соединение его с первичным датчиком-преобразователем угловых величин позволяет значительно упростить устройство и соответственно повысить его надежность. Жесткость связи направляющего блока с преобразователем угловых величин посредством удлиненного цилиндрического вала обеспечивает высокую точность измерений. Расположение датчика-преобразователя в нижней части цилиндрического корпуса, ниже поверхности земли, позволяет обеспечить более высокую температурную стабильность работы аппаратуры и ее защищенность от доступа некомпетентных лиц, что также повышает надежность ее в работе. Кроме того, наличие в устройстве спиральной пружины позволяет уменьшить габариты устройства и упростить его, обеспечивая при этом большие пределы измерений. In the proposed device, the horizontal arrangement of the guide block and its connection with the primary sensor-transducer of angular quantities can significantly simplify the device and, accordingly, increase its reliability. The stiffness of the connection of the guide block with the Converter of angular quantities by means of an elongated cylindrical shaft provides high measurement accuracy. The location of the transducer in the lower part of the cylindrical body, below the surface of the earth, allows for higher temperature stability of the equipment and its protection from access by incompetent persons, which also increases its reliability. In addition, the presence of a spiral spring in the device allows to reduce the dimensions of the device and simplify it, while ensuring large measurement limits.

На фиг. 1 изображено оборудование подвижного репера; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, неподвижного репера; на фиг. 4 - датчик. In FIG. 1 shows the equipment of a moving rapper; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - the same motionless rapper; in FIG. 4 - sensor.

Предлагаемое устройство содержит подвижный (фиг. 1) и неподвижный (фиг. 2) реперы, соединенные измерительной тягой. The proposed device contains a movable (Fig. 1) and fixed (Fig. 2) frames connected by a measuring rod.

Подвижный репер расположен в скважине 1 и включает металлический штырь 2, который своей нижней частью закреплен в бетоне 3, а на верхней части штыря надета металлическая втулка 4. На глубине, соответствующей 400-600 мм от поверхности земли, штырь 2 имеет отверстие, в которое вставлена шпилька 5. К последней прикреплена пропущенная через трубу 6 измерительная тяга 7. В качестве измерительной тяги 7 целесообразно использовать инварную проволоку диаметром 1-2 мм, что позволяет обеспечить компенсацию температурного расширения измерительной тяги. Диаметр трубы 6 может лежать в пределах 25-50 мм и прокладывается она вдоль линии измерений. Глубина закладки трубы 6 (400-600 мм) обеспечивает возможность измерений при движении по данному участку горного массива транспортной техники и, кроме того, стабильность температуры измерительной тяги 7. Втулка 4 защищает подвижный репер от попадания осадков. The movable benchmark is located in the well 1 and includes a metal pin 2, which is fixed in concrete 3 with its lower part, and a metal sleeve 4 is put on the upper part of the pin. At a depth corresponding to 400-600 mm from the ground surface, pin 2 has an opening into which a stud 5. is inserted. The measuring rod 7, passed through the pipe 6, is attached to the latter. It is advisable to use an invar wire with a diameter of 1-2 mm as a measurement rod 7, which allows compensation of the thermal expansion of the measurement rod. The diameter of the pipe 6 may lie in the range of 25-50 mm and it is laid along the measurement line. The depth of the pipe laying 6 (400-600 mm) provides the possibility of measurements when moving along this section of the mountain massif of transport equipment and, in addition, the temperature stability of the measuring rod 7. Sleeve 4 protects the moving bench from rainfall.

Неподвижный репер располагается в прямоугольном углублении 8, в котором пробурена скважина 1. В последнюю вставлена обсадная труба 9. На дне углубления 8 размещена бетонная подушка 10, на которой расположены датчик 11 смещения массива горных пород, антенное устройство 12 и блок 13 питания. Углубление 8 неподвижного репера закрыто щитом 14, снабженным люком 15. В щите 14 имеется отверстие, через которое пропущено вставленное в резиновую муфту 16 антенное устройство 12. Вокруг неподвижного репера оборудуется дренажная канавка 17. The fixed benchmark is located in a rectangular recess 8, in which a well 1 is drilled. A casing pipe 9 is inserted into the latter. A concrete pad 10 is placed at the bottom of the recess 8, on which a rock mass displacement sensor 11, an antenna device 12, and a power supply unit 13 are located. The recess 8 of the fixed frame is closed by a shield 14 provided with a hatch 15. There is a hole in the panel 14 through which an antenna device 12 inserted into the rubber sleeve 16 is passed. A drainage groove 17 is equipped around the stationary frame.

Датчик смещения массива горных пород (фиг. 3) включает подкладку 18, закрепленную на бетонной подушке 10 и имеющую в центре отверстие, через которое вставлена в скважину обсадная труба 9. На подкладке 18 закреплено основание датчика 19, к которому болтами прикручен защитный колпак 20. С нижней стороны основания датчика 19 приварены трубы 21, которых целесообразно брать три или четыре, другие концы труб 21 приварены к фланцам 22. К фланцу 22 прикреплен винтами датчик-преобразователь угловых величин (не показан), размещенный в стакане 23. К верхней стороне основания датчика 19 приварена П-образная подставка 24, имеющая в центре отверстие с закрепленным в нем подшипником 25. Внутри подшипника 25 установлена втулка 26, на верхнем конце которой закреплен направляющий блок 27, а к нижнему концу которой прикреплен удлиненный цилиндрический вал 28, который соединен с первичным датчиком-преобразователем с помощью втулки 29. На втулке 26 подставке 24 закреплена одним концом спиральная пружина 30, которая другим концом закреплена на подставке 24. На направляющем блоке 27 закреплена своим концом измерительная тяга 7. Длина цилиндрического вала 28 выбирается в пределах 0,8-1,2 м с таким расчетом, чтобы первичный датчик-преобразователь находился на глубине, на которой не сказываются колебания температуры воздуха. Спиральная пружина 30 должна обеспечивать натяжение измерительной тяги 7 с усилием не менее 10 кг. The displacement sensor of the rock mass (Fig. 3) includes a lining 18 mounted on a concrete cushion 10 and having a hole in the center through which a casing 9 is inserted into the well. The base of the sensor 19 is fixed to the lining 18, to which the protective cap 20 is bolted. On the lower side of the base of the sensor 19, pipes 21 are welded, which it is advisable to take three or four, the other ends of the pipes 21 are welded to the flanges 22. An angle transducer (not shown) is screwed to the flange 22, located in the glass 23. To the upper side the base of the sensor 19 is welded to a U-shaped stand 24, having a hole in the center with a bearing 25 fixed therein. Inside the bearing 25 is a sleeve 26, at the upper end of which a guide block 27 is fixed, and an elongated cylindrical shaft 28 is attached to its lower end, which is connected with the primary transducer with the help of the sleeve 29. On the sleeve 26 of the stand 24, a spiral spring 30 is fixed at one end, which is fastened to the stand 24 at the other end. A measuring rod is fixed at its guide unit 27 with its end ha 7. The length of the cylindrical shaft 28 is selected in the range of 0.8-1.2 m so that the primary transducer is at a depth that is not affected by fluctuations in air temperature. The spiral spring 30 should provide the tension of the measuring rod 7 with a force of at least 10 kg.

Преобразователь может, например, содержать дешифратор, соединенный своими выходами со светодиодами, входящими в состав позиционного датчика угол-цифровой код. Количество светодиодов равно количеству дорожек кодирующего диска датчика и соответственно принимающих световой поток фотодиодов. The converter may, for example, contain a decoder connected to its outputs with LEDs that are part of the position sensor angle-digital code. The number of LEDs is equal to the number of tracks of the encoder disk of the sensor and, accordingly, receiving the light flux of the photodiodes.

Выход датчика угол-цифровой код (выходы фотодиодов) соединен с усилителем напряжения, который связан с радиопередающим устройством, имеющим антенное устройство для связи с аппаратурой на центральном посту. Возможно также подключение усилителя-преобразователя к аппаратуре центрального поста с помощью проводной линии связи. The sensor output is an angle-digital code (photodiode outputs) connected to a voltage amplifier, which is connected to a radio transmitting device having an antenna device for communication with equipment at a central post. It is also possible to connect the amplifier-converter to the equipment of the central post using a wired communication line.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

После оборудования подвижного и неподвижного реперов прикрепляют к установленному в скважине 1 металлическому штырю 2 измерительную тягу 7 с помощью шпильки 5. Измерительную тягу 7 пропускают через трубу 6. Закрывают скважину 1 втулкой 4, надевая ее на металлический штырь 2. На бетонной подушке 10 закрепляют датчик смещения, вставив его в обсадную трубу 9. Другой конец измерительной тяги 7 пропускают через отверстие в защитном колпаке 20, закрепляют на барабане (блок 27) и, предварительно закрутив барабан, обеспечивают натяжение спиральной пружиной тяги 7. После установки защитного колпака 20 и его закрепления барабан, а следовательно, цилиндрический вал 28 и вал соединенного с ним датчика-преобразователя принимают начальное положение. After equipping the movable and stationary benchmarks, a measuring rod 7 is attached to the metal pin 2 installed in the well 1 with the help of a pin 5. The measuring rod 7 is passed through the pipe 6. The well 1 is closed with a sleeve 4, putting it on a metal pin 2. A sensor is fixed on the concrete pad 10 displacements by inserting it into the casing 9. The other end of the measuring rod 7 is passed through the hole in the protective cap 20, mounted on the drum (block 27) and, after twisting the drum, provide the tension of the coil springs th thrust 7. After installation of the protective cap 20 and its fixing drum, and therefore, the cylindrical shaft 28 and the shaft connected thereto of the transmitter taking the initial position.

В ходе измерений при смещении массива горных пород изменяется расстояние между подвижным и неподвижным реперами. При этом измерительная тяга 7, закрепленная одним концом на металлическом штыре, скручивается с блока 27, преодолевая сопротивление спиральной пружины 30. Вместе с направляющим блоком 27 вращается при этом ось втулки 26, удлиненный цилиндрический вал 28 и вал первичного датчика-преобразователя. Втулка 29 компенсирует возможную несоосность оси и вала первичного датчика-преобразователя. In the course of measurements, when the massif of rocks is shifted, the distance between the moving and fixed benchmarks changes. In this case, the measuring rod 7, fixed at one end on a metal pin, is twisted from the block 27, overcoming the resistance of the coil spring 30. Together with the guide block 27, the axis of the sleeve 26, the elongated cylindrical shaft 28 and the shaft of the primary transducer rotate. The sleeve 29 compensates for the possible misalignment of the axis and shaft of the primary transducer.

На выходе преобразователя угол-цифровой код сигнал о величине смещения, пропорциональный углу поворота вала датчика, по проводным линиям связи или с помощью радиопередающей аппаратуры передается на центральный пост и там фиксируется. At the output of the converter, an angle-digital code signal about the offset value, proportional to the angle of rotation of the sensor shaft, is transmitted to the central post via wire lines or using radio transmitting equipment and is fixed there.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений благодаря упрощению связи датчика с измерительной тягой и горизонтальному расположению датчика. Это также повышает его надежность. Наличие спиральной пружины позволяет уменьшить размеры устройства. Заглубленное расположение реперов и измерительной тяги повышает надежность устройства и его защищенность от вмешательства некомпетентных лиц, а также снижает влияние изменения температурных условий. Using the proposed device can improve the accuracy of measurements by simplifying the connection of the sensor with the measuring rod and the horizontal location of the sensor. It also increases its reliability. The presence of a spiral spring allows to reduce the size of the device. An in-depth arrangement of benchmarks and measuring traction increases the reliability of the device and its protection from the intervention of incompetent persons, and also reduces the influence of changes in temperature conditions.

Предлагаемое устройство может широко применяться при контроле состояния массивов горных пород как при открытых, так и при подземных разработках месторождений полезных ископаемых. The proposed device can be widely used in monitoring the state of rock massifs both in open and underground mining of mineral deposits.

Claims

DEVICE FOR MEASURING ROCK MASS DEFORMATIONS, containing movable and fixed frames connected by a measuring rod, one end of which is mounted on a moving frame, and the other passed through a guide block of a fixed frame, a coil spring, a cylindrical sensor with an angular converter placed in it, connected to measuring equipment, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements and increase the reliability of the device, it is equipped with an elongated cylindrical shaft and pipe Guiding block is arranged horizontally and is connected to the transducer of angular quantities by an elongated cylindrical shaft mounted coaxially with the cylindrical body, the spiral spring is supported between a cylindrical shaft and a sensor housing, and passed through the rod tube.