Автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок

Техническое решение относится к горной промышленности и может быть использовано для наблюдения и контроля (отслеживания) состояния приконтурного массива пород подземных горных выработок. Техническое решение может быть использовано в составе системы электронного мониторинга состояния приконтурного массива пород горных выработок, для осуществления комплексного контроля за смещениями пород приконтурного массива всей сети подземных горных выработок шахт и рудников.
Известно устройство контроля анкерной крепи (патент РФ №2564508, МПК G01C 15/04, Е21С 39/00, опубл. 10.10.2015), содержащее реперы, каждый из которых соединен гибкой связью с соответствующим ему индикатором, и устьевую трубку, отличающееся тем, что индикаторы закреплены на гибких связях фиксаторами, расположены один в другом или независимо друг от друга, выполнены с продольной проточкой или имеют отверстия под гибкую связь, устьевая трубка выполнена в виде полого незамкнутого цилиндра.
Недостатки известного устройства - невозможен непрерывный контроль и анализ показаний, так как необходим визуальный осмотр и снятие показаний индикаторов непосредственно в месте его установки, как правило, производится не чаще раза в сутки при фиксации показаний, внесение показаний в журнал по каждому устройству и их анализ.
В горных выработках в зависимости от типа кровли по обрушаемости для контроля деформационного состояния пород кровли, устройства контроля устанавливают в скважинах (шпурах) через 35-40 м, 80-100 м, 200-250 м по трассе выработки и на каждом сопряжении. Количество устройств и периодичность контроля, в том числе зависит от размеров зоны влияния очистных работ. Для известных устройств необходим спуск в шахту и контроль (осмотр) каждого устройства на месте его установки. При этом ухудшаются оперативность сбора и обработки данных.
Известен многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок (патент РФ №89609, МПК Е21С 39/00, опубл. 10.12.2009), включающий опорный репер с гибкой связью, закрепленный у дна скважины, измерительный блок, выполненный в виде набора индикаторов, промежуточные реперы, закрепленные по длине скважины и соединенные гибкими связями через индикаторы и отклоняющие ролики с натяжными грузами, и контрольный репер, отличающийся тем, что опорный репер соединен с корпусом измерительного блока, причем индикаторы выполнены в виде оптических втулок со светодиодами и фотоприемниками, при этом все оптические втулки измерительного блока закреплены общей осью на корпусе блока.
Недостатками известного устройства являются зависимость точности измерений от чувствительности индикаторов к пыли, расположение натяжных грузов вне измерительного блока, которое снижает удобство при установке прибора со свисающими грузами, а также надежность его работы при эксплуатации горной выработки, так как высока вероятность повреждения и влияния внешних факторов на точность измерения (вибрации, колебания, воздействие вентиляционной струи на грузы). Использование такого механизма измерения, в особенности натяжных грузов, не позволяет сделать блок измерения компактным и не имеет возможности располагать устройство в разных положениях относительно горизонта.
Техническим результатом является повышение безопасности горных работ, за счет создания надежного и компактного устройства, осуществляющего непрерывный контроль смещений приконтурного массива пород горных выработок.
Технический результат достигается тем, что автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок, включающее реперы, гибкие связи, блок измерения, согласно техническому решению содержит датчики перемещения, возвратно-сматывающие механизмы, расположенные в корпусе блока измерения, каждый репер взаимосвязан с соответствующим ему возвратно-сматывающим механизмом с помощью гибкой связи и датчиком перемещения.
На фиг. 1 изображено установленное в шпуре автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок, на фиг. 2 - вид спереди автоматического устройства контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок, на фиг. 3 - вид сверху по фиг. 2, на фиг. 4 - разрез по фиг. 3.
Автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок размещают в отверстии и у его устья, пробуренного в кровле или боку выработки, контур которой закреплен, например, одноуровневой или двухуровневой (фиг. 1) анкерной крепью. Устройство позволяет осуществлять автоматический контроль смещений пород приконтурного массива горной выработки, закрепленной анкерной крепью.
Автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок содержит реперы 1, гибкие связи 2, блок измерения 3, возвратно-сматывающие механизмы 4, датчики перемещения 5 (фиг. 2, 3, 4).
Репер 1 может быть выполнен в виде пружины с отогнутыми концами, которые упираются в стенки шпура, фиксируя репер 1 на заданной глубине.
Гибкие связи 2 могут быть выполнены из нержавеющего стального троса или полимерных, или композиционных материалов. Используются материалы стойкие к излому при изгибе, а также не растягивающиеся под нагрузкой.
Возвратно-сматывающие механизмы 4 расположены в корпусе блока измерения 3, тем самым защищены от внешних факторов при хранении, транспортировке, монтаже (установке), эксплуатации.
Гибкие связи 2 соединяют реперы 1 с блоком измерения 3. Один конец гибкой связи 2 соединен с репером 1, другой - с возвратно-сматывающим механизмом 4, обеспечивающим оптимальное натяжение и мгновенное реагирование на любое смещение (вытягивание гибкой связи, скручивание при ее ослаблении). Возможно многоразовое использование блока измерения 3 с таким механизмом. В сравнении с прототипом, работа заявляемого устройства не зависит от вертикального или горизонтального, или наклонного расположения отверстия (шпура, скважины) относительно горизонта. А также обеспечивается компактность и безопасность блока измерения.
Для регистрации смещений используют датчики перемещения 5, например, датчики перемещения, преобразующие величины линейных или угловых перемещений. Каждый репер 1 взаимосвязан с соответствующим ему возвратно-сматывающим механизмом 4 с помощью гибкой связи 2 и датчиком перемещения 5. Блок измерения 3 может включать устройства с функциями приема, передачи данных, а также обработки, хранения, оповещения, систему питания, а также устройства или разъемы ввода-вывода данных 6 в корпусе блоке измерения 3, позволяющие осуществлять передачу данных на считывающее устройство непосредственно в месте установки или дистанционно на переносной пульт, компьютер диспетчера. Блок измерения может иметь монтажный предохранитель 8, трубку 11. Трубка выполнена, например, с зацепами, удерживающими блок измерения.
Устройства с функциями оповещения имеют световую и/или звуковую индикацию, которая срабатывает при фиксации аварийных смещений приконтурного массива пород горных выработок. На блоке измерения 3 имеются индикаторы состояния 7, реагирующие на заданные пределы измерения датчика 5 контроля смещения допустимые, опасные, критические значения, которые регулируются в блоке измерения отдельно для каждой выработки согласно расчетного значения. Таким образом, возможно автоматическое оповещение. Питание блока измерения производится по кабельной сети и/или от встроенного аккумулятора (на случай порыва сети).
От блока измерения передача данных на удаленный пульт диспетчера/персональный компьютер осуществляется с помощью системы передачи данных.
В результате становится возможным использование таких устройств как отдельно, так и в системе, включающей определенное количество устройств, зависящее от трассы выработки, количества сопряжений. Такое использование позволяет определять величины и скорости смещений пород кровли в каждой контрольной точке выработки (со всех датчиков одновременно), а также интенсивность проявления горного давления.
Все это способствует повышению безопасности горных работ, за счет надежного оперативного удаленного мониторинга и непрерывного контроля смещений, а также автоматического анализа и учета данных о смещениях пород, прогноза развития аварийных и внештатных ситуаций.
Пример работы заявляемого устройства. Автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок размещают в шпуре и у его устья, пробуренного в кровле выработки, контур которой закреплен двухуровневой анкерной крепью (фиг. 1). В пробуренный шпур устанавливают три глубинных репера 1 в виде пружины с отогнутыми концами, которые упираются в стенки отверстия. Каждый репер 1 фиксируют на заданной глубине. Выше закрепляющей втулки анкеров второго уровня расположен первый репер (опорный). Выше закрепляющей втулки анкеров первого уровня, но ниже закрепляющей втулки анкеров второго уровня расположен второй репер (первый промежуточный). Ниже закрепляющей втулки анкеров первого уровня расположен третий репер (второй промежуточный). Каждый репер 1 соединен с соответствующим ему возвратно-сматывающим механизмом 4 и датчиком перемещения 5 с помощью гибкой связи 2. В качестве гибкой связи 2 используется стальной трос. При установке устройства трос скользит по монтажному предохранителю 8. После установки блока измерения 3 (окончательного монтажа) монтажный предохранитель 8 извлекают. В качестве датчика перемещения 5 использовался электронно-механический датчик, чувствительный элемент которого преобразует линейное перемещение троса в угловое перемещение. Блок измерения включает блоки обработки сигнала, приема-передачи 9, питания 10, разъемы ввода-вывода данных 6, трубку 11 с пружинными зацепами 12. Датчик перемещения 5 взаимосвязан с блоком обработки сигнала, соединенным с блоком приема-передачи. Данные для мониторинга со всех блоков измерения передаются на персональный компьютер, с помощью блоков коммутации, связи и управления.
Таким образом, повышается безопасность горных работ, за счет повышения надежности конструкции устройства и его работы, а также непрерывного контроля измерений.