устройство для измерения деформации шпуров

Формула изобретения

Устройство для измерения деформации шпуров, содержащее корпус, осветитель, матовый рассеиватель, прозрачную пластину, подпружиненные упоры, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде разъемной капсулы, состоящей из двух частей, при этом в передней части - головки капсулы, внутри корпуса по окружности на одинаковом расстоянии от центра в равнозначных секторах размещены эталонные шарики, прикрепленные к свободно перемещающимся в корпусе стержням, причем стержни закреплены к одному концу фиксирующих пружин, расположенных с внешней стороны передней головки капсулы, другим концом жестко прикрепленных к корпусу головки капсулы, при этом со стороны устья шпура эталонные шарики отделены от колец для извлечения устройства прозрачной пластиной, а в задней головке капсулы располагаются подпружиненные упоры и источник питания, управляемый электронным ключом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для непрерывного измерения деформаций стенок шпуров или скважин по всей окружности, а также определения напряжений в массиве горных пород (нормальных напряжений на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальных напряжений на площадке, совпадающей с радиусом, и касательных напряжений, действующих на указанных взаимно перпендикулярных площадках).

Известен прибор для измерения наряженного состояния массива горных пород в шпурах малого диаметра, включающий корпус, силовую плунжерную пару с твердосплавным пуансоном, расклинивающее устройство цангового типа и измерительную аппаратуру с упорным кольцом, см. а.с. № 400702, Е21С 39/00.

Однако данный прибор не может быть использован для непрерывного измерения поперечных деформаций шпуров и напряженного состояния массива в краевой зоне пласта в период выемки угля комбайном или стругом, так как данное устройство снабжено проводной связью и в момент выемки угля в месте установки аппаратуры возникает необходимость в прекращении измерений, извлечении прибора из шпура, в противном случае магистраль, соединяющая прибор с измерительной аппаратурой, будет повреждена шнеками выемочного органа.

Известно устройство для наблюдения за сдвижением горных пород, включающее глубинные реперы, кольцевые светоотражающие поверхности и измерительное приспособление, снабженное светонепроницаемой перегородкой*, и фотоприемник, источник света, между которым расположена перегородка, а также два отверстия, одно из которых расположено против фотоприемника, а другое против источника света, см. а.с. № 726335, Е21С 39/00.

Однако данное устройство позволяет определять деформации шпуров или скважин только в продольном направлении.

Известен скважинный деформометр, взятый в качестве прототипа, см. а.с. 590452, Е21С 39/00, содержащий корпус, две прозрачные пластины с растровыми решетками с одинаковым шагом, одна из которых неподвижная, а другая подвижная, соединенными неподвижной осью, подпружиненный упор, установленный в корпусе, а на упоре шарнирно закреплена подвижная пластина с растровой решеткой и наклонным вырезом, причем неподвижная ось размещена в этом вырезе.

Однако данный прибор позволяет производить измерения деформаций стенок скважины только в одном направлении, при этом ориентируется упорами по направлению измеряемой деформации, например по вертикальной оси Z, что не дает представления о величине деформации по направлению оси X, а также по направлению между названными осями. Использование данного прибора для непрерывного измерения поперечных деформаций шпуров и напряженного состояния массива в краевой зоне пласта, в период выемки угля комбайном или стругом, затруднительно, так как данное устройство снабжено проводной связью и в момент выемки угля в месте установки аппаратуры возникает необходимость в прекращении измерений, извлечении прибора из шпура, в противном случае магистраль, соединяющая прибор с измерительной аппаратурой, будет повреждена (перерублена) шнеками выемочного органа комбайна. Установка прибора точно в одно и тоже место до прохода выемочного комбайна и после прохода места установки затруднительна, что может привести к искажению результатов измерения.

Следует также отметить, что при фотографировании мешает кабель питания, что может привести к искажению результатов измерения.

Техническим результатом является повышение качества измерения деформаций стенок шпуров или скважин по всей окружности и определения напряжений в массиве горных пород (нормальных напряжений на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальных напряжений на площадке, совпадающей с радиусом, и касательных напряжений, действующих на указанных взаимно перпендикулярных площадках).

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения деформаций шпуров, содержащее корпус, осветитель, матовый рассеиватель, прозрачную пластину, подпружиненный упор, согласно изобретению выполнено в виде разъемной капсулы, состоящей из двух частей, при этом в передней части головки капсулы, внутри корпуса по окружности на одинаковом расстоянии от центра в равнозначных секторах размещены эталонные шарики, прикрепленные к свободно перемещающимся в корпусе стержням, причем стержни закреплены к одному концу фиксирующих пружин, расположенных с внешней стороны головки капсулы, и другим концом жестко прикреплены к корпусу головки, при этом со стороны устья шпура эталонные шарики отделены от колец для извлечения устройства прозрачной пластиной, а в задней головке капсулы располагаются подпружиненные упоры и источник питания, управляемый электронным ключом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства для измерения деформаций шпуров, на фиг.2 - разрез по линии А-А; на фиг.3 - схема установки устройства для измерения деформаций шпуров; на фиг.4 - характерные сечения шпуров в момент установки устройства и после прохода комбайном створа установки устройства.

Устройство для измерения деформаций шпуров выполнено в виде разъемной капсулы и состоит из передней 1 и задней 2 головок капсулы, взаимосвязанных посредством резьбового соединения (фиг.1). В передней головке капсулы размещены фиксирующие пружины 3, выходящие за пределы передней головки капсулы 1 (фиг.2) и жестко скрепленные со стержнями 4, свободно перемещающимися внутри передней головки капсулы. Стержни 4 жестко скреплены с эталонными шариками 5. Эталонные шарики 5 размещены внутри передней 1 головки капсулы и защищены со стороны устья шпура защитной прозрачной пластиной 6, жестко закрепленной внутри передней головки 1 капсулы. Впереди прозрачной пластины 6 жестко закреплены кольца 7 для установки и извлечения устройства из шпура, а со стороны забоя шпура за эталонными шариками 5 жестко закреплен экран 8 молочного цвета, который освещается с помощью источника питания 9, лампочки накаливания 10, электронного ключа 11. В задней головке 2 капсулы закреплены жестко с одной стороны пластинчатые распорные пружины 12.

Устройство работает следующим образом: после бурения шпуров 13 (фиг.3) из призабойного пространства 14 устройство для измерения деформаций шпуров 15 с помощью направляющей штанги и колец 7 (фиг.1) вводится в шпур на глубину r+5-10 см (где r - ширина захвата выемочного органа комбайна) и ориентируется с помощью распорных пружин 12 (фиг.1). После установки устройства осуществляют подключение лампочки накаливания 10 к источнику питания 9. Подключение осуществляется электронным ключом 11, который управляется светом шахтерской лампы (на фиг.1, 2, 3, 4) не показано. При освещении ключа фоточувствительного элемента (например, светом шахтерской лампы) в течение 1 минуты ключ подключает лампочку накаливания 10 к источнику питания 9, которая светится в течение 40-50 с. В это время производится фотографирование эталонных шариков 5 (фотографируется, например, с помощью цифровой камеры первоначальное положении эталонных шариков 5 (фиг.4а). После прохода комбайном места установки устройства происходит перераспределение напряжений впереди линии очистного забоя (представленных эпюрами напряжений 16, 17, фиг.3), что влечет за собой перемещение фиксирующих пружин 3 относительно стенок шпура. Поперечные смещения стенок шпура передаются фиксирующим пружинам 3, жестко скрепленным со стержнями 4 и свободно перемещающимся внутри передней головки капсулы. В свою очередь, смещение стержней 4 приводит к перемещению эталонных шариков 5, которые расположены по окружности капсулы на одинаковом расстоянии от центра в равнозначных секторах (например, в восьми секторах - первоначальное положение, как показано на фиг.4а). Перемещение эталонных шариков фиксируется путем их фотографирования на фоне экрана 8 молочного цвета (фиг.4б, в, г).

Зная радиус шпура, полярные координаты, определяющие положение точки на плоскости, глубину заложения устройства, плотность горных пород, определяют по известным методикам нормальные напряжения на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальное напряжение на площадке, совпадающей с радиусом, и касательное напряжение, действующее на указанных взаимно перпендикулярных площадках.

После чего устройство передвигается по длине шпура на глубину r±5-10 см (где г - ширина захвата выемочного органа комбайна) и производится фотографирование эталонных шариков до прохода места установки устройства и после прохода места установки устройства комбайном. Процесс перемещения устройства по длине шпура через расстояния, равные r+5-10 см, и фотографирования эталонных шариков до прохода места установки устройства и после прохода места установки устройства комбайном повторяется исходя из длины шпура и ширины (r) захвата выемочного органа комбайна.

Использование предлагаемого устройства позволит получить наиболее полную и точную информацию о смещении стенок шпуров или скважин, не снимая устройство в момент снятия полосы угля комбайном, а по известным методикам определить нормальные напряжения на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальное напряжение на площадке, совпадающей с радиусом, и касательное напряжение, действующее на указанных взаимно перпендикулярных площадках.