УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения горного давления на крепи капитальных и подготовительных выработок при разработке рыхлых руд, а также при строительстве тоннелей в гидроэнергетике и транспорте (в т.ч. в метрополитене).
Известны устройства для измерения горного давления в виде упругого баллона с жидкостью и датчика - преобразователя давления жидкости в некий регистрируемый сигнал [Кацауров И.Н., Механика горных пород, М., Недра, 1981. - 166 с .- стр.143-144]. Недостатками подобных устройств являются громоздкость, малая надежность, высокая погрешность от изменения температуры, низкая предельная нагрузка - до 1,7 МПа.
Наиболее близким по решаемой задаче к предлагаемой полезной модели является динамометр стоечный струнный ДСС-50 в виде цилиндра с габаритами Φ170×175 мм и предельной нагрузкой на сжатие до 50 тонн, содержащий: корпус, струнный датчик, вызывную катушку, опорный шарик, опорную крышку и основание [Кацауров И.Н., Механика горных пород, М., Недра, 1981. - 166 с. - стр.112.]. Достоинством этого устройства является простота получения информации, в т.ч. без проводов по радиоканалу. Недостатками прототипа являются: громоздкость габаритных размеров, относительно большая масса, применимость данного устройства только для осевого вертикального нагружения на сжатие усилием до 50 тонн.
Задача полезной модели - создание устройства, лишенного недостатков прототипа, а именно - создание устройства для измерения горного давления по всем направлениям, простого по конструкции, надежного и позволяющего повысить эффективность процесса получения достоверных величин горного давления на выбранном участке выработки.
Задача решается посредством устройства, содержащего основание, вызывную катушку и корпус, в котором размещен струнный датчик, причем, вызывная катушка и корпус, в котором размещен струнный датчик, представляют собой струнный измеритель усилия, который дополнительно оснащен наконечниками. Само устройство состоит как минимум из одной пары струнных измерителей усилия, помещенных в трубчатые корпуса и закрепленных своими наконечниками посредством сварки на заглушках трубчатых корпусов и на кронштейнах, жестко связанных с коробкой, в которой размещается затяжка. В свою очередь коробка соединена через мягкую прослойку с основанием, кроме того, в стенках трубчатых корпусов на концах, примыкающих к основанию, выполнены прорези, а трубчатые корпуса крепятся к основанию.
Достигаемый технический результат: экономия времени, трудозатрат, материалов и средств, повышение достоверности измерений, использование компактных, надежных и точных струнных преобразователей силы для измерения горного давления до 16 МПа на подготовительных и капитальных выработках при разработке рыхлых руд.
На чертеже, фиг.1, представлена конструкция полезной модели в рабочем положении в сборе, вертикальный разрез. На фиг.2 схематично показаны варианты размещения струнных измерителей усилия в количестве 2, 4 и 6 на контуре измерительной площадки устройства, вид сверху.
Устройство для измерения горного давления состоит, по крайней мере, из одной пары струнных измерителей усилия 1, которые состоят из корпуса 2, в котором размещен струнный датчик 3, и наконечников 4. К корпусу 2 прикреплена катушка вызывная 5 с электропроводами 6, по которым происходит передача сигналов. В свою очередь, струнные измерители усилия 1 размещены в трубчатых корпусах 7 и закреплены своими наконечниками 4 посредством сварки на заглушках 8 трубчатых корпусов 7, которые могут быть в сечении круглыми или прямоугольными, и на кронштейнах 9. Кронштейны 9 жестко связаны с коробкой 10, в которой размещается затяжка 11. Коробка 10 соединена, например, склеена через мягкую прослойку 12, например, из мягкой резины с основанием 13. Трубчатые корпуса 7 прикреплены, например, сваркой к основанию 13. В стенках трубчатых корпусов 7 в местах примыкания к основанию 13 выполнены прорези 14 для кронштейнов 9 и электропроводов 6.
Устройство работает следующим образом.
Для правильной работы устройства необходимо соблюсти порядок сборки и установки. Для свободного размещения части трубчатых корпусов 7 в стенке выработки 15 выполнены углубления 16. Зазор между затяжкой 11 и стенкой выработки 15 заполнен затвердевающей смесью 17, например, цементным раствором для установления жесткого контакта между ними. После затвердевания смеси 17 естественная случайная деформация горной породы вокруг выработки может вызвать давление со стороны стенки выработки 15 на все затяжки 11, в т.ч. и на входящую в состав устройства. Затяжка 11, не оказывая непосредственного воздействия на основание 13 благодаря мягкой прослойке 12, передает усилие через коробку 10 и через кронштейны 9 на струнные измерители усилий 1, которые, испытывая растяжение, через относительно неподвижные наконечники 4 и заглушки 8 сжимают корпуса 7, опирающиеся через основание 13 на стандартные крепи, например, арки 18. Последние, упруго деформируясь, уравновешивают усилие от горного давления. При необходимости измерить это давление на вызывные катушки 5 струнных измерителей усилия 1 по проводам 6 подается первичный электроимпульс, вызывающий колебания струнных датчиков 3, а периодический электросигнал, модулируемый в катушках 5 от колебания каждого из струных датчиков 3, измеряется блоком дистанционного измерения и преобразуется по тарировочной зависимости в величину усилия растяжения, деформирующего (удлиняющего) корпус 2 и вместе с ним струнный датчик 3. Сумма сил от каждого из струнных измерителей усилия 1, отнесенная к известной заранее площади затяжки 11, контактирующей со стенкой 15 выработки через твердый слой 17, и есть искомое горное давление в данной зоне выработки.
2
Таким образом, измеряемая величина относится к достаточно большой площади - более 1000 см - и является представительной. Этим устройством при четырех струнных измерителях усилия с предельными усилиями 40 т можно измерить усилие 160 тонн или горное давление до 16 МПа, что вполне достаточно для большинства шахт, тоннелей и рудников. Увеличить предел измеряемого давления можно, уменьшая площадь измерительной площадки, увеличивая предельное усилие на струнных измерителях усилия, либо увеличивая количество их пар в одном устройстве.
Тем самым за счет отличительных признаков устройства решается задача, поставленная авторами предлагаемой полезной модели - использование надежных и точных струнных измерителей усилия для измерения горного давления до 16 МПа на подготовительных и капитальных выработках при разработке рыхлых руд с применением железобетонных блоков-«затяжек» - в качестве измерительных площадок.