Устройство контроля деформации массива горных пород

Полезная модель относится к горной промышленности, предназначена для непрерывного наблюдения и контроля состояния приконтурного массива пород подземных горных выработок, в частности для контроля состояния крепи горных выработок.
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, 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.
Недостатком известного устройства является невозможность осуществления автоматического непрерывного контроля и анализа показаний, устройство позволяет осуществлять только визуальный осмотр и снятие показаний индикаторов непосредственно в месте его установки.
Известен многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок (патент RU89609, 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, 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).
Автоматическое устройство контроля смещений приконтурного массива пород горных выработок (патент RU 172963, МПК Е21С 39/00, опубл. 02.08.2017), включающее реперы, гибкие связи, блок измерения, датчики перемещения, возвратно-сматывающие механизмы (узлы намотки), расположенные в корпусе блока измерения, каждый репер взаимосвязан с соответствующим ему возвратно-сматывающим механизмом с помощью гибкой связи и датчиком перемещения.
Недостатком известного технического решения является наличие возвратно-сматывающего механизма, работающего в двух направлениях, на срабатывание которого могут повлиять незначительное действие внешних факторов, что может снизить срок службы как самого механизма, так и датчика перемещения связанного с ним.
Техническим результатом является повышение технологичности устройства контроля деформации массива горных пород, эксплуатационной надежности.
Технический результат достигается тем, что устройство контроля деформации массива горных пород, включающее расходные части, а именно части для фиксации на заданной глубине шпура и части в виде гибких связей для соединения с узлами намотки, согласно техническому решению узлы намотки выполнены с помощью сматывающих и храповых механизмов, каждая часть для фиксации на заданной глубине шпура с помощью гибкой связи соединена с соответствующим ей сматывающим механизмом узла намотки, взаимодействующим с блоком анализа данных, внутри которого расположены потенциометры, соединенные с роликами, расположенными снаружи блока анализа данных, и взаимодействующие с узлами намотки с помощью роликов и гибких связей, каждому потенциометру соответствует определенный узел намотки, ролик, гибкая связь.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено установленное в шпуре устройство контроля деформаций массива горных пород, на фиг. 2 - вид спереди внутри устройства, на фиг. 3 - вид сбоку внутри устройства.
Устройство контроля деформации массива пород горных выработок размещают в отверстии и у его устья (фиг. 1), пробуренного в кровле или боку выработки, контур которой закреплен, например, одноуровневой или двухуровневой анкерной крепью. Устройство позволяет осуществлять автоматический контроль смещений пород массива горной выработки, закрепленной анкерной крепью.
Устройство контроля деформации массива горных пород (фиг. 2, 3) включает расходные части (элементы), а именно части 1 для фиксации на заданной глубине в шпуре и части 2 в виде гибких связей для соединения с узлами намотки 3, взаимодействующими с блоком анализа данных 5.
Узлы намотки 3 выполнены с помощью сматывающих и храповых механизмов. Каждая часть 1 для фиксации на заданной глубине шпура с помощью гибкой связи 2 соединена с соответствующими ей сматывающим механизмом узла намотки 3 и потенциометром 4 блока анализа данных 5. Части 1 для фиксации на заданной глубине шпура могут быть выполнены в виде реперов. Потенциометры 4 расположены в блоке анализа данных 5 и соединены с гибкими связями с помощью роликов 6.
Под частью 1 для фиксации на заданной глубине в шпуре понимается любой элемент, позволяющий устанавливать его на заданной глубине в отверстии шпура/скважины, например, в виде репера 1. Репер 1 может быть выполнен как отдельный элемент или образован из свободного конца гибкой связи (троса). 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 представляют собой трос, выполненный из нержавеющих стальных или полимерных, или композиционных материалов. Используются материалы стойкие к излому при изгибе, а также не растягивающиеся под нагрузкой.
Для регистрации смещений с помощью блока анализа данных 5 могут быть использованы многооборотные потенциометры 4, преобразующие величины линейных перемещений. Потенциометры 4 расположены в блоке анализа данных 5 и соединены с гибкими связями с помощью роликов 6, обладают высокой точностью и стабильностью функции преобразования, позволяют повышать надежность работы устройства и точность измерений. Блок анализа данных 5 защищает датчики 4 от неблагоприятных условий (пыли, влаги).
Узлы намотки 3 расположены в корпусе устройства, тем самым защищены от внешних факторов при хранении, транспортировке, монтаже (установке), эксплуатации. Узлы намотки 3 со сматывающими механизмами включают храповые механизмы, вращающие сматывающие механизмы в одном (заданном) направлении и фиксирующие их, позволяя задать сматывающим механизмам необходимые условия для создания требуемого натяжения и обеспечения намотки гибких связей при смещении массива пород горных выработок.
Таким образом, один конец гибкой связи 2 соединен с репером 1, другой - со сматывающим механизмом узла намотки 3, работа которого настраивается с помощью храпового механизма, обеспечивающего требуемое натяжение гибкой связи 2, повышая точность измерений, надежность и долговечность работы элементов узла намотки 3, а также элементов блока анализа данных 5, в частности, потенциометра 4.
Устройство контроля деформации массива горных пород может включать узел сбора данных, узел приема-передачи данных, узел оповещения и сигнализации, узел дистанционного управления, которые могут быть размещены в блоке анализа данных. Узел оповещения и сигнализации расположен в блоке анализа данных и имеет световую и/или звуковую индикацию, которая срабатывает при фиксации аварийных смещений приконтурного массива пород горных выработок. Индикаторы состояния блока анализа данных 5 реагируют на заданные пределы для контроля смещения допустимых, опасных, критических значений, которые регулируются отдельно для каждой выработки согласно расчетного значения. Питание устройства контроля деформации массива горных пород производится по кабельной сети и/или от встроенного автономного блока питания. С помощью узла дистанционного управления возможна передача данных на пульт управления. Устройство контроля деформации массива горных пород включает держатель для устьевой трубки.
В результате такой конструкции становится возможным использование устройств контроля деформации массива горных пород как отдельно, так и в системе, включающей определенное количество устройств, зависящее от трассы выработки, количества сопряжений. Такое использование позволяет определять величины и скорости смещений (деформаций) пород кровли в каждой контрольной точке выработки (со всех устройств контроля деформации 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.
Устройство контроля деформации массива горных пород 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). Настраивают работу устройства, включающего узлы намотки 3, содержащие храповые и сматывающие механизмы, а также блок анализа данных 5 с многооборотными потенциометрами. В качестве гибкой связи 2 используется стальной трос. Каждый репер 1 соединен с помощью троса с соответствующим ему сматывающим механизмом узла намотки 3 и потенциометром 4, преобразующим линейное перемещение троса. При смещениях массива пород горной выработок происходит отслеживание величин линейного перемещения тросов, установленных на каждый сматывающий механизм и взаимодействующих с потенциометрами с помощью роликов. Отслеживание линейного перемещения каждого из тросов происходит благодаря кинематическому сопряжению по оси вращения каждого из них через установленный ролик с соответствующим потенциометром, размещенным в блоке анализа данных 5, за счет изменения его сопротивления и передачи напряжения для обработки данных. Устройство контроля деформации включает автономный блок питания, разъемы ввода-вывода данных, держатель и устьевую трубку. Потенциометр 4 расположен в блоке анализа данных 5, позволяющем осуществлять прием-передачу данных. Данные для мониторинга со всех установленных устройств контроля деформации передаются на персональный компьютер.
Таким образом, повышается безопасность горных работ, за счет повышения надежности конструкции устройства и его работы, а также непрерывного автоматического контроля измерений.