УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПОРОД КРОВЛИ
REMOTE CONTROL DEVICE OF DEFORMATIONS OF ROOF ROCKS

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для дистанционного периодического контроля деформаций пород кровли, служащего для оценки состояния горных выработок и шахтных целиков. Вне шахтных условий может применяться для контроля деформаций различных конструкций, зданий сооружений, бортов карьеров, откосов и т.д.
Известно «Устройство для измерения деформаций на стенках скважин», которое может быть использовано при определении напряжений и деформаций в горных породах (авт. св. RU №2301332, опубл. 20.06.2007 г.). Устройство содержит корпус, центрирующий шток, на котором расположены гайка и натяжная гайка и свободно насажена цилиндрическая пружина, ограниченная с торцов посредством шайб, крышку, уплотняющие манжеты, прижимные сегменты, имеющие конусную поверхность, выполненные с возможностью выдвижения к стенкам скважины, резиновые прокладки и тензорезисторы, расположенные на прижимных сегментах, и контактный механизм. Крышка выполнена в виде конусного колпака и жестко закреплена на центрирующем штоке с возможностью равномерного, без усилий снятия с прижимных сегментов за счет движения центрирующего штока, при скручивании натяжной гайки и выдвижения прижимных сегментов к стенкам скважины. Контактный механизм установлен на центрирующем штоке и конусном колпаке и состоит из двух полихлорвиниловых прокладок с зажатой между ними, посредством прижимной гайки, пружиной. Внутри пружины пропущен провод, который закреплен на контактном стержне, основанием которого служит пластмассовая крышка на конце пружины, другой провод припаян к цилиндрическому штоку. При сжатии пружины контактный стержень с цилиндрическим штоком замыкается, на измерительном приборе загорается лампочка, указывая на то, что уплотняющие манжеты плотно прилегают к стенкам разрезной скважины.
Недостатком устройства следует считать сложность изготовления его узлов и невозможность обеспечения надлежащей точности, информативности и надежности контроля.
Известно «Устройство для определения деформации массива горных пород» (авт. св. SU №1686163, опубл. 23.10.1991 г.), содержащее подвижный (контрольный) и неподвижный (базовый) реперы, соединенные гибкой измерительной тягой, датчик линейных перемещений, установленный на неподвижном репере и содержащий закрепленный в корпусе геркон, подключенный к линии связи, подпружиненный барабан с магнитной лентой, на которую нанесен ферромагнитный слой и которая имеет возможность соприкасаться с блоком магнитных головок, размещенных с помощью исполнительного механизма, выполненного в виде электромагнита, вдоль ленты с возможностью перемещения, причем ферромагнитный слой магнитной ленты имеет неоднородную намагниченность по длине в виде позиционного кода. При этом лента прикреплена одним концом к измерительному тросику, который закреплен на гибкой измерительной тяге, а на барабане закреплены постоянные магниты геркона с возможностью взаимодействия их магнитного поля с контактами герконов.
Недостатком устройства является наличие гибкой тяги, большого количества узлов и элементов в датчике линейных перемещений, которые значительно усложняют конструкцию, что влияет на надежность и точность получаемых результатов.
Известно «Устройство для измерения деформаций массива горных пород» (авт. св. SU №1686891, опубл. 27.10.1999 г.), содержащее подвижный и неподвижный реперы, соединенные измерительной тягой, один конец которой закреплен на подвижном репере, а другой пропущен через направляющий блок неподвижного репера, в котором размещен датчик, содержащий первичный датчик-преобразователь угловых величин, подключенный к вторичной аппаратуре. Датчик выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором с возможностью перемещения вдоль корпуса установлен стакан, нижняя часть которого присоединена с помощью пружин к дну цилиндрического корпуса, на верхней части стакана и нижней части крышки корпуса закреплены полистпасные блоки, через которые проходит измерительная тяга. Причем вторичная аппаратура и первичный датчик-преобразователь размещены в стакане, а вал первичного датчика-преобразователя соединен с вернерным блоком, охваченным вернерной тягой, нижний конец которой через пружину соединен с дном цилиндрического корпуса, а верхний конец закреплен на юстировочном блоке, вал которого соединен с редуктором точной установки первичного датчика-преобразователя, закрепленным на верхней части крышке корпуса.
Недостатком является то, что скручивание измерительной тяги, пропущенной через полистпасные блоки и люфт в осях этих блоков, приводит к погрешностям измерений, которые трудно учесть. Кроме того, достаточно трудоемка подготовка датчика к измерениям, что связано с необходимостью пропуска измерительной тяги через полистпасные блоки в то время, как они через цилиндр связаны с пружинами. Это затрудняет эксплуатацию и снижает в итоге надежность в работе устройства.
Известно «Устройство для определения деформаций массива горных пород» (авт. св. RU №2193658, опубл. 27.11.2002 г.), содержащее контрольный репер, базовый репер, датчик линейных перемещений и связанный с ним блок индикации, причем датчик линейных перемещений выполнен в виде корпуса с размещенным в нем герконом и постоянным магнитом. Базовый репер снабжен штоком с жестко закрепленной на нем упорной шайбой. На контрольном репере установлен датчик линейных перемещений с установочным элементом, нижняя часть которого выполнена в виде постоянного магнита, а другая его часть - в виде немагнитного штока. При этом установочный элемент установлен с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса до контакта с упорной шайбой. Геркон расположен неподвижно в плоскости, параллельной установочному элементу, с возможностью воздействия на его контакты магнитным полем постоянного магнита. Установочный элемент может быть снабжен со стороны постоянного магнита пружиной и откалиброван на заданную величину деформации. Датчик линейных перемещений может быть связан с блоком индикации электрическими проводами.
Область применения данного устройств ограничивается одним замером и не позволяет производить измерения деформации пород массива во времени.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Устройство для определения деформаций стенок скважин» при оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород, принятое за прототип (авт. св. RU №2191899, опубл. 27.10.2002 г.). Устройство для определения деформаций скважин содержит центральный стержень с жестко закрепленными на нем головным и хвостовым элементами. На головном элементе размещены диаметрально противоположно закрепленные распорные упругие элементы и установлен соосно с ними элемент передачи деформаций, выполненный в виде прямых плоских пружин, одними концами закрепленных на головном элементе, и параболической пружины, жестко соединенной своими концами с другими свободными концами пружин. Преобразователь линейных перемещений выполнен в виде линейки герконов, установленной на центральном стержне, и ленточного магнита, закрепленного одним концом на внутренней поверхности параболической пружины в ее центральной части, а другой конец которого размещен на линейке герконов с возможностью перемещения вдоль нее. Преобразователь линейных перемещений снабжен упорным кольцом для регулировки его нулевого положения, установленным соосно на центральном стержне с упором на внешнюю поверхность параболической пружины.
Такое устройство для измерения деформаций характеризуется тем, что имеет сложные узлы в элементах передачи деформаций, что в целом усложняет конструкцию.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности его работы.
Технический результат достигается тем, что устройство для дистанционного контроля деформаций пород кровли, содержащее центральный стержень с распорными упругими элементами, элемент передачи деформаций, преобразователь линейных перемещений и подключенный к нему блок индикации регистрирующего прибора, снабжено датчиком с дополнительными распорными упругими элементами, а элемент передачи деформаций выполнен в виде подвижного штока с участками разного диаметра, размещенного внутри датчика, при этом один конец подвижного штока соединен посредством резьбового соединения с центральным стержнем, выполненным наборным из соединенных между собой штанг, а другой конец установлен с упором в регулировочный винт, при этом преобразователь линейных перемещений выполнен в виде микропереключателей, закрепленных на датчике и установленных с упором в подвижный шток.
Выполнение элемента передачи деформаций в виде подвижного штока с участками разного диаметра и преобразователя линейных перемещений в виде микропереключателей упрощает конструкцию и позволяет повысить точность и надежность устройства.
Резьбовое соединение центрального стержня и подвижного штока упрощает подготовку устройства к работе и повышает его надежность.
Выполнение центрального стержня наборным из соединенных между собой штанг позволяет определять деформации пород кровли при различной длине скважины.
Наличие регулировочного винта, установленного с упором в подвижный шток датчика, дает возможность регулировать положение штока при определении нулевого значения.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показано заявляемое устройство, установленное в скважине. Устройство содержит центральный стержень 1, выполненный наборным из соединенных между собой посредством резьбового соединения штанг с соосно закрепленными на нем распорными упругими элементами 2. Датчик 3 снабжен дополнительными распорными упругими элементами 9, которые изготовлены из стальных закаленных пластин для надежного закрепления датчика 3 в стенках скважины. Внутри датчика 3 размещен элемент передачи деформаций в виде подвижного штока 4 с попеременно чередующимися одинаковыми участками малого и большого диаметра, верхняя часть которого связана с центральным стержнем 1 с помощью резьбового соединения, а нижняя часть установлена с упором в регулировочный винт 10, служащий для установки нулевого положения. В неподвижном теле датчика 3, выполненного из диэлектрического материала, закреплены микропереключатели 5 с шагом, равным необходимой точности измерений. Длина участков разного диаметра определяется в соответствии с выбранным шагом установки микропереключателей 5. Преобразователь линейных перемещений, выполненный в виде микропереключателей 5, с помощью кабеля 6 подключен к блоку индикации 8, фиксирующему последовательность срабатывания микропереключателей 5 и загорания светодиодов 7 по мере деформирования пород кровли.
Устройство работает следующим образом. В скважину с помощью составных штанг центрального стержня 1 устанавливают устройство на требуемую глубину. При этом распорные упругие элементы 2 жестко закрепляют переднюю штангу в стенках скважины. Затем рядом с устьем скважины с помощью дополнительных распорных упругих элементов 9 жестко фиксируют датчик 3. С помощью кабеля 6 подключают выводы преобразователя линейных перемещений к блоку индикации 8. При этом не должны загораться светодиоды 7, связанные с микропереключателями 5. В противном случае необходимо произвести корректировку положения штока регулировочным винтом 10. В начальный момент деформирования пород кровли центральный стержень 1 с подвижным штоком 4 датчика 3 перемещается вверх. При этом нижний микропереключатель 5 движется вдоль участка малого диаметра подвижного штока 4, выходит на его больший диаметр, контакт замыкается, электрический сигнал подается на первый светодиод 7 блока индикации 8. По мере роста деформации пород кровли происходит дальнейшее перемещение подвижного штока 4 датчика 3 с срабатыванием следующих микропереключателей 5 и последовательным загоранием второго светодиода 7, третьего и т.д. При этом нижний микропереключатель 5 попадает на участок малого диаметра подвижного штока 4, в результате чего при включении последующего светодиода 7 происходит выключение предыдущего.
Применение устройства позволяет повысить надежность и точность определения деформаций пород кровли и значительно упростить конструкцию устройства.