МНОГОРЕПЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЕФОРМАЦИИ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к горному делу, а именно к устройствам диагностики и контроля состояния приконтурного массива и анкерной крепи подготовительных горных выработок.
Известен индикатор смещения угольных пластов, содержащий пружинный репер с гибкой подвеской, закрепленный в скважине, образованной в пласте, направляющую, закрепленную в устье скважины и через которую проходит подвеска и индикаторный элемент, помещенный на указанной подвеске с возможностью смещения направляющей относительно индикатора (патент Великобритании №2253707, кл. G01B 5/30, E21D 21/02, опубликован в 1993 г.).
Недостатком известного индикатора смещения является отсутствие информации о расслоении кровли на интервале между опорным репером у дна скважины до горизонта анкерования, а также от горизонта анкерования до устья скважины. Отсутствие такой информации не позволяет обосновать рациональный выбор длины анкера и длины закрепляющей втулки, выявить распределение максимумов расслоения по глубине от поверхности контура выработки.
В качестве прототипа принято устройство контроля расслоения приконтурного массива горных выработок, включающее гибкую подвеску, соединяющую опорный репер с опорным индикатором и проходящую от дна скважины и через направляющую, установленную на устье, контрольный индикатор, охватывающий опорный индикатор, цветные полоски индикаторов, промежуточные реперы, соединенные гибкими связями с промежуточными индикаторами, и контрольный репер, установленный в поясе анкерования и соединенный с контрольным индикатором (патент РФ №2206740, кл. Е21С 39/00, дата приоритета 05.03.2001 г., дата публикации 20.06.2003 г.).
Индикаторы с цветными полосками могут быть выполнены из световозвращающего материала и образуют измерительный блок, а реперы могут быть выполнены в виде втулки с упругими усами или состоять из кольцевой пружины, навитой соосно со скважиной.
По сравнению с другими известными устройствами данное имеет повышенные информативность и надежность контроля расслоения приконтурного массива горных выработок.
Основными недостатками известного устройства являются:
- невозможность измерения деформации массива относительно почвы выработки, т.к. устройство может производить измерения только относительно пояса анкерования пород;
- низкая точность измерения деформации массива из-за конструкции измерительного блока;
- отсутствие вычислительной базы, позволяющей на основании полученных измерений сформировать необходимую базу данных.
Техническим результатом полезной модели является расширение точности и диапазона измерений с определением поинтервальной деформации между реперами в скважине и их конвергенции с почвой выработки.
Предложен многореперный измеритель деформаций приконтурного массива горных выработок, 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.
Отличием является то, 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.
Следующим отличием является то, что измерительный блок снабжен дополнительной гибкой связью, соединяющей через оптическую втулку и отклоняющие ролики контрольный репер с натяжным грузом, причем контрольный репер установлен в почве выработки.
Отличием является также то, что измеритель снабжен микропроцессором, соединенным с выходами фотоприемников оптических втулок измерительного блока.
Выполнение индикаторов измерительного блока в виде оптических втулок со световыми диодами и фотоприемниками позволяет повысить точность измерений, т.к. данный процесс уже не зависит от степени освещенности разными источниками, а обеспечивается специальными источниками с постоянными характеристиками, что позволяет на порядок увеличить точность измерений и расширить количество контролируемых параметров. За счет предложенной связи опорного репера с корпусом измерительного блока, использования в качестве контрольного репера, установленного в почве выработки, и ввод дополнительной связи указанного репера с натяжным грузом, устройство может измерять поинтервально деформации между реперами в скважине и их конвергенции с почвой выработки. Наличие в устройстве микропроцессора позволяет повысить точность и диапазон измерений, а также создать базу данных по проводимому мониторингу.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид многореперного измерителя в продольном разрезе, а на фиг.2 - разрез по I-I фиг.1.
Многореперный измеритель деформации приконтурного массива горных выработок имеет опорный репер 1, установленный в скважине и связанный гибкой связью 2 (тросиком) с корпусом измерительного блока 3. Промежуточные реперы 4 установлены по длине скважины и имеют гибкие связи 5 (тросики), которые проходят через чистильщики 6, установленные в корпусе измерительного блока, охватывают отклоняющие ролики 7, оптические втулки 8, отклоняющие ролики 9 и связывают промежуточные реперы с натяжными грузами 10. Оптические втулки 8 закреплены на жестких дисках 11 с общей осью 12, закрепленной концами на корпусе измерительного блока 3. Одна оптическая втулка не связана с промежуточным репером и ее охватывает гибкая связь 13, связывающая через отклоняющий ролик 9 контрольный репер 14, установленный в почве выработки, с натяжным грузом 10. Каждая оптическая втулка 8 имеет муавровые полоски, внутри установлен светодиод 15, освещающий внутреннюю полость втулки, а с наружной стороны размещен фотоприемник 16 (фотодиод) с поляроидной пластиной 17. Свет от светодиода 15 проходит через оптическое стекло и поступает на поляроидную пластину 17, где происходит его двулучепреломление, и два луча света на фотоприемнике 16 создают разность потенциалов. При вращении тросиком 5 оптической втулки 8 с диском 11 свет от светодиода 15 периодически прерывается темными муавровыми полосками на оптическом стекле, затем вновь возникает, т.к. свет от светодиода проходит через оптическое стекло между муавровыми полосками. В результате в фотоприемнике возникает электрический сигнал синусоидальной формы, который соответствующей аппаратурой микропроцессора, размещенного в отделах 18 и 19 измерителя, усиливается, преобразуется в прямоугольный и оцифровывается. По числу сигналов определяется линейное перемещение промежуточного репера относительно опорного и одновременно аналогично определяют перемещение корпуса измерительного блока 3, связанного тросиком 2 с опорным репером 1, относительно контрольного репера 14, установленного в почве выработки. Таким же образом определяют перемещение промежуточных реперов 4 относительно опорного и опорного репера 1 относительно контрольного почвенного репера. С помощью оптических втулок и микропроцессора производят определение поинтервальной деформации горного массива между реперами и их конвергенции с контрольным почвенным репером. При вращении оптических втулок по часовой стрелке вычисляется сужение интервалов, а при вращении против часовой стрелки - расширение интервалов.
Устройство может работать автономно или запитываться через специальную сеть геомеханического мониторинга. Информация о проведенных измерениях может храниться в памяти микропроцессора или передаваться в сеть.