УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
DEVICE TO DETERMINE DISPLACEMENT OF ROCKS

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для определения взаимного смещения геоблоков и динамико-кинематических характеристик волн маятникового типа.
Известен деформометр по авт. св. СССР №1344901, E21C 39/00, опубл. в БИ №38, 1987 г., включающий распорный узел, содержащий шарнирно соединенные рычаги, измерительный узел в виде реостатного датчика с измерительной цепью и установочное приспособление, выполненное в виде винта с продольным пазом, привода вращения винта, гайки, установленной на винте с фиксацией от вращения и прикрепленной к распорному узлу, проводника, размещенного в пазу винта, и пары электроконтактов, закрепленных на гайке на расстоянии друг от друга, кратном шагу винта, и включенных параллельно в измерительную цепь реостатного датчика.
Этот прибор имеет сложную конструкцию, что обуславливает его низкую надежность.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для определения деформации стенок скважин по патенту РФ №2371578, опубл. в БИ №30, 2009 г., содержащее корпус, распорный узел и измерительный блок с датчиком перемещений, расположенные в корпусе последовательно, и контроллер, соединенный с измерительным блоком электрокабелем. Распорный узел состоит из шарнирно соединенных между собой измерительного и распорного рычагов, стянутых пружиной, при этом свободный конец распорного рычага соединен с корпусом шарнирно, а свободный конец измерительного рычага соединен с корпусом шарнирно с возможностью ограниченного осевого перемещения в двух продольных боковых пазах корпуса. Наконечник датчика перемещений измерительного блока постоянно взаимодействует со свободным концом измерительного рычага. Ось шарнирного соединения измерительного и распорного рычагов распорного узла снабжена роликом.
При смещении горных пород измеряется величина изменения расстояния между опорной поверхностью корпуса и опорной поверхностью ролика. При изменении расстояния между геоблоками распорный рычаг совершает некоторое угловое движение относительно оси закрепления последнего к корпусу, при этом ролик скользит по поверхности геоблока, повторяя ее рельеф. Это приводит к снижению точности измерений из-за возможных неровностей на поверхности геоблока, что, в конечном счете, обуславливает низкую эффективность устройства.
Монтаж и демонтаж устройства в пространство между геоблоками осуществляется с определенным усилием для преодоления силы трения от усилия распора распорного узла, что, в конечном счете, вызывает неудобства при эксплуатации и обуславливает низкую надежность работы устройства.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в повышении эффективности работы за счет повышения точности измерения взаимного смещения геоблоков путем устранения скольжения оси шарнирного соединения измерительного и распорного рычагов распорного узла, передающей величину взаимного смещения геоблоков на датчик перемещений, и в повышении надежности работы за счет облегчения условий монтажа и демонтажа устройства в пространство между геоблоками.
Задача решается тем, что в устройстве для определения смещения горных пород, содержащем опорный корпус, расположенный в нем распорный узел, состоящий из корпуса и шарнирно соединенных между собой измерительного и распорного рычагов, стянутых пружиной, и измерительный блок с датчиком перемещений, причем корпус распорного узла соединен со свободным концом распорного рычага шарнирно, а со свободным концом измерительного рычага шарнирно с возможностью ограниченного перемещения в его двух продольных боковых пазах, согласно техническому решению опорный корпус снабжен передней и задней опорами скольжения, при этом распорный узел установлен в указанных опорах с возможностью ограниченного осевого перемещения между ними.
Подвижное в осевом направлении расположение распорного узла в опорном корпусе устройства устраняет необходимость движения оси шарнирного соединения измерительного рычага с распорным рычагом в распорном узле по поверхности подвижного геоблока, что обеспечивает постоянный, без скольжения, контакт вышеуказанной оси с поверхностью подвижного геоблока. В рабочем положении, когда устройство расположено между двумя геоблоками, опорный корпус неподвижно оперт на поверхность первого геоблока, а опорная поверхность оси распорного узла шарнирного соединения измерительного рычага с распорным рычагом неподвижно оперта на поверхность второго геоблока. При изменении расстояния между геоблоками распорный рычаг совершает некоторое вращательное движение относительно своих осей крепления, вынуждая распорный узел совершать ограниченное осевое перемещение в опорах скольжения опорного корпуса, так как сила трения в вышеуказанных опорах скольжения существенно меньше силы трения между опорной поверхностью оси шарнирного соединения измерительного и распорного рычагов распорного узла и поверхностью геоблока. Аналогично, при изменении расстояния между геоблоками измерительный рычаг совершает некоторое вращательное движение относительно своих осей крепления, вынуждая свободный конец измерительного рычага совместно с осью шарнирного соединения совершать ограниченное перемещение в двух продольных боковых пазах корпуса распорного узла, так как сила трения в вышеуказанных пазах существенно меньше силы трения между опорной поверхностью оси шарнирного соединения измерительного и распорного рычагов распорного узла и поверхностью геоблока. Такое решение повышает точность измерений по сравнению с прототипом вследствие отсутствия скольжения опорной поверхности оси шарнирного соединения измерительного рычага с распорным рычагом распорного узла по поверхности подвижного геоблока, что повышает эффективность работы устройства.
Целесообразно опорный корпус снабдить взводным устройством, расположенным со стороны присоединения измерительного блока к корпусу распорного узла.
Взводное устройство обеспечивает монтаж и демонтаж устройства в пространство между геоблоками без приложения больших физических усилий для преодоления сил трения о поверхности геоблоков, что, в конечном счете, повышает надежность работы устройства. Расположение взводного устройства со стороны присоединения измерительного блока к корпусу распорного узла уменьшает размеры устройства по высоте в части, контактирующей с поверхностями геоблоков, что, в конечном счете, расширяет область применения устройства в трещинах с минимальными размерами, повышая эффективность работы устройства.
Целесообразно при этом выполнить взводное устройство содержащим взводной рычаг, фланец и тяги. При этом взводной рычаг закреплен к опорному корпусу шарнирно и взаимодействует с фланцем, соединенным с осью шарнирного соединения свободного конца измерительного рычага распорного узла указанными тягами, проходящими через переднюю опору скольжения.
Указанная совокупность признаков упрощает конструкцию взводного устройства за счет непосредственного воздействия тяг на пружину, стягивающую измерительный и распорный рычаги, а соединение свободного конца измерительного рычага распорного узла тягами, проходящими через переднюю опору скольжения, уменьшает размеры устройства по высоте, что, в конечном счете, расширяет область применения устройства в трещинах с минимальными размерами, повышая эффективность работы устройства.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами фиг.1-4, на которых показаны:
фиг.1 - конструкция устройства для определения смещения горных пород (разрез В-В на фиг.2);
фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1;
фиг.4 - сечение Г-Г на фиг.1.
Устройство для определения смещения горных пород (далее - устройство) содержит опорный корпус 1 (фиг.2) с передней 2 и задней 3 опорами скольжения (фиг.1). В опорах 2, 3 скольжения с возможностью ограниченного осевого перемещения между ними установлен распорный узел 4, к корпусу которого неподвижно закреплен измерительный блок 5 с датчиком перемещений. Распорный узел 4 состоит из распорного рычага 6, соединенного шарнирно с измерительным рычагом 7 посредством оси 8 (фиг.4), стянутых между собой пружиной 9, и корпуса 10 (фиг.2). Свободный конец распорного рычага 6 соединен с корпусом 10 распорного узла 4 шарнирно посредством оси 11, а свободный конец измерительного рычага 7 соединен с корпусом 10 распорного узла 4 шарнирно посредством оси 12 с возможностью ограниченного перемещения в двух продольных боковых пазах 13 (далее - пазы 13) корпуса 10 (фиг.2). Подвижный наконечник 14 датчика перемещений измерительного блока 5 постоянно взаимодействует с осью 12 измерительного рычага 7.
Для монтажа и демонтажа устройства в пространство между геоблоками опорный корпус 1 устройства снабжен взводным устройством 15, состоящим из взводного рычага 16, фланца 17, тяг 18, винта 19 и гайки 20 (фиг.1, 2).
К оси 12 измерительного рычага 7 подвижно в осевом направлении относительно корпуса 10 распорного узла 4 закреплены две тяги 18 взводного устройства 15. Фланец 17 взводного устройства соединен тягами 18, проходящими через переднюю опору 2 скольжения, с осью 12 шарнирного соединения свободного конца измерительного рычага 7. С фланцем 17 взаимодействует взводной рычаг 16, который приводится в действие посредством винта 19 и гайки 20. Винт 19 соединен с опорным корпусом 1 посредством оси 21 (фиг.3), а взводной рычаг 16 соединен шарнирно с опорным корпусом 1 посредством оси 22. Опорный корпус 1 снабжен четырьмя опорными втулками 23 с регулировочными винтами 24 (фиг.4).
Предварительно устройство подготавливают для монтажа. Для этого при помощи взводного устройства 15 распорный узел 4 приводится в крайнее нижнее (по фиг.1) положение, при котором высота устройства является минимальной. Это осуществляется вращением гайки 20 по винту 19. При этом взводной рычаг 16, вращаясь по часовой стрелке (фиг.1) относительно оси 22 (фиг.3), взаимодействует с фланцем 17. Фланец 17, совершая поступательное движение, через тяги 18 и ось 12 растягивает пружину 9 и перемещает измерительный рычаг 7 в пазах 13 корпуса 10 в крайнее левое (по фиг.1) положение.
Регулировочные винты 24 регулируют положение устройства относительно границ между геоблоками, величину взаимного смещения которых необходимо определить:
- для измерения знакопеременных смещений устройство располагают таким образом, чтобы ось 12 занимала среднее положение в пазах 13 корпуса 10;
- для измерения знакопостоянных смещений устройство располагают таким образом, чтобы ось 12 занимала одно из крайних положений в пазах 13 корпуса 10.
Предварительной деформацией пружины 9 задается необходимое усилие распора устройства о поверхности геоблоков.
Устройство подготовлено для монтажа.
Устройство работает следующим образом.
При монтаже устройство располагается в пространство между геоблоками таким образом, чтобы регулировочные винты 24 располагались в пространстве между геоблоками, а измерительный блок 5 - за пределами этого пространства. Вращением гайки 20 осуществляется распор и закрепление устройства на стенках геоблоков за счет усилия пружины 9. При этом вращение гайки 20 производится до крайнего левого (по фиг.1) положения. Такое положение обеспечивает максимальный ход оси 12 в пазах 13.
При размещении устройства в пространстве между геоблоками непосредственное измерение заключается в том, что при смещении геоблоков в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, измеряется величина изменения расстояния между опорной поверхностью опорного корпуса 1 и опорной поверхностью оси 8 распорного узла 4. При этом опорный корпус 1 и ось 8 неподвижны относительно соответствующих поверхностей геоблоков, на которые они расперты, а распорный рычаг 6 совершает некоторое угловое движение относительно осей 8 и 11, принуждая распорный узел 4 совершать поступательное движение совместно с измерительным блоком 5 в опорах 2, 3 скольжения. Измерительный рычаг 7 также совершает некоторое угловое движение относительно осей 8, 12, принуждая совершать поступательное движение ось 12 в пазах 13 корпуса 10, перемещая подвижный наконечник 14 датчика перемещений измерительного блока 5. Величина перемещений регистрируется датчиком перемещений и сохраняется в измерительном блоке 5.
По пропорциональной зависимости между взаимным смещением геоблоков и поступательным перемещением оси 12 совместно с подвижным наконечником 14 датчика перемещений измерительного блока 5 определяется величина взаимного смещения геоблоков.