Устройство для измерения смещения кровли горных выработок

Полезная модель относится к области горного дела и предназначена для осуществления контроля состояния кровли горного массива и может быть использована для оценки и прогноза устойчивости отработанных горных выработок при их эксплуатации.
Устойчивость кровли является необходимым условием безопасного нахождения персонала и посетителей в отработанных подземных горных выработках. Массив, в котором находится горная выработка, подвержен влиянию горного давления, процессам замораживания - оттаивания в процессе фильтрации грунтовых вод по существующим трещинам, нагрузкам, приложенным к кровле свисающими ледяными наростами, вес которых может быть очень значительным, нагрузкам от снежного и ледяного покрова на поверхности земли над выработками.
Поддержание контроля сдвижения отдельных частей массива в окрестностях выработки осуществляется с помощью различных устройств, в том числе, с использованием лазерных дальномеров.
Известно устройство для съемки сечений камерных горных выработок состоящее из пластины и дальномеров, закрепленных на пластине неподвижно, на двух сторонах пластины в шахматном порядке. Пластина выше ее центра тяжести перпендикулярно закреплена с трубой, которая расположена на горизонтальной направляющей, с возможностью перемещения по ней при помощи шнура закрепленного с трубой. Дальномеры соединены между собой электрическим проводом и с механизмом регулирования, кроме этого, направляющая выполнена из стального троса, а электрический провод, соединенный с дальномерами расположен на направляющей и закреплен с помощью карабинов и зафиксирован на них зажимами (патент РФ №2529658, опублик. 27.09.2014.).
Недостатком которого является сложность его конструкций, громоздкость и трудоемкость эксплуатации. Трос и электрический провод идет через пространство выработки, что может приводить к затруднениям при перемещении по выработкам техники и персонала.
Наиболее близким по совокупности признаков, принятым за прототип, является устройство для измерения смещения поверхностей горных выработок, содержащее реперы, выполненные из светоотражающего материала, закрепленные на поверхностях горной выработки, планшет, установленный на репере в почве горной выработки, проецирующую оптическую систему и два угломера. При этом планшет шарнирно закреплен на базовой плите с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях и снабжен электронными угломерами, обеспечивающими определение угла наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Базовая плита закреплена на репере в почве горной выработки с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и снабжена установочными винтами и двумя взаимно перпендикулярными уровнями. Проецирующая оптическая система выполнена в виде закрепленного на планшете электронного лазерного дальномера и формирователя выходных сигналов лазерного дальномера и электронных угломеров, соединенных с компьютером электрической связью (патент РФ №115007, опублик. 20.01.2012).
Недостатком известного способа является то что, данное устройство применимо в выработках со слабо обводненными горными породами, в местах с развитой сетью электроснабжения и мало приемлемо при отсутствии этих условий, что ограничивает область его применения. К недостаткам можно отнести и трудность получения окончательных выводов о состоянии исследуемого объекта непосредственно в горной выработке, поскольку данные измерений передаются на поверхность для обработки на персональном компьютере. Кроме того, при использовании данного устройства требуется высококвалифицированное обслуживание и необходимость учитывать погрешность, которая складывается из допусков двух измерений, что снижает достоверность самих измерений.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание простого, надежного, портативного устройства для измерения смещения поверхностей горных выработок, в местах лишенных линий электропередач.
Технический результат: повышение достоверности, надежности и оперативности измерения информации при упрощении и снижении трудоемкости измерений.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения смещения поверхностей горных выработок, содержащее репер, закрепленный в горном массиве, базовую опору, установленную на репере, опору дальномера, с закрепленным лазерным дальномером, согласно полезной модели репер выполнен в виде латунного клинового анкера, установленного в шпуре, высверленном в горном массиве, с помощью свинцового распорного кольца с прорезью, с диаметром меньшим внешнего диаметра анкера и заостренного по внешнему большему, чем размер шпура диаметру, базовая опора выполнена в виде шайбы, которая жестко крепится к анкеру снизу гайкой, а сверху контргайкой, опора дальномера выполнена в виде съемной сложной цилиндрической втулки с внутренней микрометрической резьбой для навинчивания на головку анкера, при этом опора жестко соединена с дальномером и отцентрирована с лазерным лучом дальномера на замерную точку.
На Фиг. 1 показан общий вид устройства.
На Фиг. 2. представлена принципиальная схема проведения контроля движения кровли с помощью лазерного дальномера.
Устройство содержит репер, выполненный в виде латунного клинового анкера 1, что обеспечивает защиту от коррозии при длительной эксплуатации в шпуре 2, высверленном в горном массиве. Анкер 1 жестко закреплен в шпуре 2 с помощью свинцового распорного кольца 3 с прорезью. При этом, внешний диаметр кольца заострен и больше диаметра шпура 2, а внутренний диаметр меньше диаметра анкера 1. Базовая опора 5 выполнена в виде шайбы и жестко крепится к анкеру 1 снизу гайкой 4 и сверху зажимается контргайкой 6. Опора дальномера выполнена в виде съемной сложной цилиндрической втулки 7 с внутренней микрометрической резьбой для навинчивания на головку анкера 1. Втулка 7 жестко соединена с дальномером 8 и отцентрирована с лазерным лучом дальномера на замерную точку 11.
Устройство работает следующим образом:
На свод кровли 9 контролируемой горной выработки наносят и маркируют замерные точки 11. В качестве базового устройства в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают реперы. На поверхности горного массива высверливают шпур 2, в который устанавливают анкер 1 и закрепляют его с помощью свинцового распорного кольца 3 с прорезью, обеспечивающего жесткое сцепление при температурных перепадах. Пластичность и ковкость свинцового кольца 3 обеспечивают надежную зачеканку при установке в шпур 2. Выполнение внешнего диаметра кольца 3 заостренным и диаметром, большим чем диаметр шпура 2 создает жесткое и устойчивое крепление в шпуре. Базовую опору в виде шайбы 5 жестко крепят к анкеру 1. На опоре дальномера 7, выполненного в виде съемной сложной втулки жестко закрепляют портативный лазерный дальномер 8. При проведении замеров опору дальномера 7 навинчивают на головку анкера 1. Луч дальномера 10 первоначально ориентируют на конкретную замерную точку 11, измеряют начальную длину луча, принимая ее за контрольную при последующих измерениях. Затем, с определенной периодичностью в заданном интервале времени, замеряют длину лазерного луча к зафиксированной точке на кровле и используют полученные данные для сравнения их с контрольным значением. В случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями и судят по ним о статической устойчивости пород кровли выработки. Считывание показаний дальномера с батарейным питанием и визуальным индикатором осуществляется в месте размещения устройства. Показания считываются с жидкокристаллического дисплея с разрешением 0,001 см. После выполнения замеров на конкретном репере, дальномер, жестко закрепленный на опоре - втулке, снимают, головку анкера закрывают крышкой, что позволяет хорошо герметизировать репер от окружающей среды, для предохранения резьбы от загрязнения и влаги. Большим преимуществом такой конструкции является то, что использован латунный анкер гарантирующий защиту устройства от коррозии.
Конструкция устройства и способ его закладки обеспечивают простоту изготовления и установки (закладки) в горной выработке. Прочная связь с массивом пород, исключает влияние горного давления, обводненности и сезонных колебаний температуры; что позволяет повысить достоверность и надежность измерений, длительную сохранность; устройства и удобство проведения наблюдений, в местах отсутствия линий электропередач. Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом, так же является обеспечение быстрого и с высокой точностью (±1 мм) определения состояния кровли. Заявляемое устройство является высокоэффективными, безопасными, экологически чистыми и малозатратным.