一種巖層傾角監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種巖層傾角監(jiān)測儀，包括高強防爆屏蔽殼體、傾角監(jiān)測模塊、信號管理模塊、電源管理模塊、內(nèi)部連接線纜、自鎖裝置、電磁脫鉤器、外部連接線纜。其中，高強防爆屏蔽殼體為膠囊狀。對巖層角度的監(jiān)測依靠重力方向作為基準，無需其他參照物，相對位移監(jiān)測需要固定參照物而言，本發(fā)明省去了因選取參照物及參照物本身可能發(fā)生位移而導致的誤差，從而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。
【專利說明】-種巖層傾角監(jiān)測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖體變形監(jiān)測裝置領(lǐng)域，具體是一種巖層傾角監(jiān)測儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 在采礦、土木、水利等工程施工過程中，施工區(qū)域巖層的運動會對工作空間結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性及工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，準確、及時地掌握覆巖運動狀態(tài)，分析研究巖層運動規(guī)律、并做 出精準預測預報，對施工安全、保障質(zhì)量、提高效率具有極為重要的意義。僅我國某省，在 過去的幾年中，就有多個煤礦發(fā)生過礦震事故，在這些事故中有些煤礦沒有對覆巖運動進 行監(jiān)測，有些煤礦即使做了監(jiān)測，但仍舊發(fā)生了事故，說明現(xiàn)有覆巖運動監(jiān)測技術(shù)仍存在不 足?，F(xiàn)有的巖層監(jiān)測儀器多是對于巖層的位移、應力等物理參數(shù)的變化等進行監(jiān)測。并且 現(xiàn)有的監(jiān)測手段也存在許多問題，如位移監(jiān)測在參照物的選取上就存在困難，致使監(jiān)測結(jié) 果本身就存在較大誤差，而應力監(jiān)測由于應力傳感器的安裝角度等問題導致監(jiān)測數(shù)據(jù)同 樣存在很大無法消除的誤差，并且以上監(jiān)測手段都要求較高的監(jiān)測儀密度，監(jiān)測成本高， 工程量大，周期長。如專利：礦層采動過程覆巖位移連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及其構(gòu)建方法（申請?zhí)枺?201010244473. 8)，礦山壓力位移監(jiān)測系統(tǒng)（申請?zhí)枺?01020126703. 6)都基于較多數(shù)量測儀 安裝的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)一定精度的監(jiān)測。
[0003] 在該領(lǐng)域中，現(xiàn)有技術(shù)主要存在下述問題： (1)位移監(jiān)測需要參照物，由于位移監(jiān)測儀是安裝于地下巖層之中，而在開采過程中整 個覆巖是處于動態(tài)變化的過程之中，因此要在覆巖中尋找某處基準點作為參照物是非常困 難的。
[0004] (2)應力監(jiān)測漂移大，應力監(jiān)測儀安裝的角度不同、與巖層的接觸程度不同、巖層 的運動趨勢不同等因素，都會造成應力監(jiān)測結(jié)果的較大變化。
[0005] (3)監(jiān)測儀安裝數(shù)量多、施工工程量大、成本高，由于位移、應力在整個覆巖中處處 不同，因此要想得到面的覆巖運動狀態(tài)需要很多監(jiān)測點進行監(jiān)測，監(jiān)測點安裝數(shù)量的增大 就不可避免的造成了施工強度的增大與安裝成本的提高。
[0006] 巖層角度監(jiān)測突破傳統(tǒng)方式對位移、應力等物理量的監(jiān)測，而是對巖層傾角的變 化進行監(jiān)測，該方式具有以下優(yōu)點： (1)對角度的監(jiān)測無需參照物，從而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。
[0007] (2)同一運動狀態(tài)下巖層（即同一巖梁上）的角度變化處處相同，監(jiān)測儀無論安裝 于何處均對于巖層運動具有同樣的敏感性，保證測的完整性。
[0008] (3)角度的變化可反應出巖層傾向與走向的空間變化狀態(tài)，不但在走向上可以進 行巖層運動的分析，也可以對巖層傾向運動進行分析，從而具有更完整的巖層運動分析結(jié) 果。
[0009] (4)角度監(jiān)測儀安裝時的巖層角度與變化后巖層角度的方向延長線的交點即為巖 層的斷裂危險區(qū)，因此，理論上僅需一個檢測儀就可以對巖層的運動尤其是初次來壓進行 預測。
[0010] 基于以上種種優(yōu)勢，巖層傾角變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)可更加準確判斷出巖層的運動狀態(tài) 及發(fā)展趨勢，本專利提出的一種巖層傾角監(jiān)測儀及監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對巖層傾角變化的 實時、精確監(jiān)測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明一種巖層傾角監(jiān)測儀，包括高強防爆屏蔽殼體、傾角監(jiān)測模塊、信號管理模 塊、電源管理模塊、內(nèi)部連接線纜、自鎖裝置、電磁脫鉤器、外部連接線纜。其中，高強防爆屏 蔽殼體為膠囊狀，在其底部及與自鎖裝置相連的地方均設(shè)有出線口，在其內(nèi)部設(shè)有固定板， 固定板固定于高強防爆屏蔽殼體內(nèi)側(cè)，固定板用于固定傾角監(jiān)測模塊、信號管理模塊、電源 管理模塊等裝置；傾角監(jiān)測模塊能夠?qū)⑵渥陨硐鄬τ诖蟮氐慕嵌茸兓瘮?shù)值轉(zhuǎn)化成電信號， 并將該信號傳送給信號管理模塊；信號管理模塊能夠接收傾角監(jiān)測模塊的信號，并對信號 進行放大、整理，信號通過外部連接線纜傳輸給地面、井下計算機；電源管理模塊負責給傾 角監(jiān)測模塊、信號管理模塊和電磁脫鉤器等裝置供電；內(nèi)部連接線纜分為信號線和電源線， 信號線負責各模塊之間信號傳輸，電源線給各模塊提供電力；自鎖裝置和電磁脫鉤器相互 配合，當本發(fā)明安裝到所需位置后，電磁脫鉤器可以將自鎖裝置解鎖，自鎖裝置解鎖后，能 夠?qū)⒈景l(fā)明牢牢地固定于所需安裝位置，保證本發(fā)明不會因為外界震動等原因而移動，以 防不能真實反應所處巖層的角度變化，自鎖裝置分別布設(shè)于本發(fā)明的頂部和底部，構(gòu)成頂 部自鎖裝置和底部自鎖裝置，頂部自鎖裝置打開后直徑為120毫米，底部自鎖裝置打開后 直徑為140毫米；外部連接線纜為4芯屏蔽線纜，2芯信號線，2芯為電源線。
[0012] 作為改進，所述高強防爆屏蔽殼體材質(zhì)優(yōu)選為Q390D或Q390E，殼體外徑80毫米， 高度140毫米。
[0013] 作為改進，傾角監(jiān)測模塊監(jiān)測范圍在雙軸上均為(Γ±90°，測量傾角在(Γ±45° 時測量精度為0.15°、測量傾角在±45°?±90°時測量精度為0.30°。
[0014] 作為改進，電源管理模塊輸入交流電流36V，可多路輸出，輸出電壓5~36V、電流 0· 05?1A。
[0015] 作為改進，所述自鎖裝置由卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸，卡嘴頭組成，卡腳 扭轉(zhuǎn)彈簧通過卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸連接于高強防爆屏蔽殼體外表面，卡嘴頭位于卡腳扭轉(zhuǎn)彈 簧的末端，卡嘴頭的內(nèi)側(cè)表面還設(shè)有凹口，凹口可以和電磁脫鉤器的凸起卡舌相配合。電磁 脫鉤器解鎖后，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧在自身扭力作用下，便可以與周圍巖體接觸，起到固定本發(fā)明 的作用。
[0016] 作為改進，所述電磁脫鉤器由底座，彈出彈簧，凸起卡舌，壓緊推桿，壓緊彈簧，電 磁鐵組成，底座為"凹"字狀，固定于高強防爆屏蔽殼體外表面，壓緊彈簧能夠頂緊壓緊推 桿，使凸起卡舌與卡嘴頭凹口相配合，能夠鎖住卡嘴頭，電磁鐵通電后產(chǎn)生吸附力，凸起卡 舌向電磁鐵方向移動，卡嘴頭解鎖，在彈出彈簧作用下，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧彈出。
[0017] 作為改進，所述外部連接線纜為螺旋線纜，螺旋線纜中部設(shè)有中線，中線為尼龍材 質(zhì)，中線通過連接頭母頭和連接頭子頭連接在一起，中線具有良好的抗拉能力，一方面可以 保證在安裝過程中，螺旋線纜不會過大變形，能夠保持螺旋形狀，另一方面在使用過程中， 主要靠中線受力，中線受力過大后會斷裂，螺旋線纜還可以釋放螺旋變形，保證螺旋線纜安 全。多段螺旋線纜通過連接頭母頭、連接頭子頭可以相互連接延長。
[0018] 作為改進，高強防爆屏蔽殼體內(nèi)側(cè)設(shè)有多道環(huán)狀加勁肋，以增強高強防爆屏蔽殼 體的抗壓能力。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是： (1)對巖層角度的監(jiān)測依靠重力方向作為基準，無需其他參照物，相對位移監(jiān)測需要固 定參照物而言，本發(fā)明省去了因選取參照物及參照物本身可能發(fā)生位移而導致的誤差，從 而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。
[0020] (2)同一運動狀態(tài)下巖層的角度變化處處相同，本發(fā)明無論安裝于何處均對于巖 層運動具有同樣的敏感性，只需要一個監(jiān)測裝置，就能監(jiān)測巖層的整體運動情況。而位移監(jiān) 測為了獲得完整數(shù)據(jù)，需要大量布點，成本代價高。
[0021] (3)本發(fā)明所監(jiān)測的角度的變化可反應出巖層傾向與走向的空間變化狀態(tài)，不但 在走向上可以進行巖層運動的分析，也可以對巖層傾向運動進行分析，從而具有更完整的 巖層運動分析結(jié)果。
[0022] (4)本發(fā)明安裝時的巖層角度與變化后巖層角度的方向延長線的交點即為巖層的 斷裂危險區(qū)，因此理論上，僅需一個檢測儀就可以對巖層的運動尤其是初次來壓進行預測， 能夠大幅節(jié)省監(jiān)測成本，提高監(jiān)測效率。
[0023] (5)本發(fā)明堅固耐用、安裝方便、自動化程度高、數(shù)據(jù)監(jiān)測精度高、適應面廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的剖面圖 圖2為本發(fā)明的俯視圖 圖3為本發(fā)明的仰視圖 圖4為本發(fā)明頂部自鎖裝置局部放大圖 圖5為本發(fā)明底部自鎖裝置局部放大圖 圖6為本發(fā)明自鎖裝置打開狀態(tài)示意圖 圖7為本發(fā)明電磁脫鉤器局部放大圖 圖8為加勁肋示意圖 圖9為加勁肋剖面圖 圖10為本發(fā)明外部線纜示意圖 圖中： 高強防爆屏蔽殼體11，出線口 12,固定板13,加勁肋14 傾角監(jiān)測模塊2 信號管理模塊3 電源管理模塊4 內(nèi)部連接線纜5,信號線51，電源線52 自鎖裝置6,卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧61，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸62,卡嘴頭63 電磁脫鉤器7,底座71，彈出彈簧72,凸起卡舌73,壓緊推桿74,壓緊彈簧75,電磁鐵 76 〇
[0025] 外部連接線纜8,螺旋線纜81，中線82,連接頭母頭83,連接頭子頭84。

【具體實施方式】
[0026] 根據(jù)附圖，本發(fā)明是一種巖層傾角監(jiān)測儀，包括高強防爆屏蔽殼體（11)、傾角監(jiān)測 模塊（2)、信號管理模塊（3)、電源管理模塊（4)、內(nèi)部連接線纜（5)、自鎖裝置（6)、電磁脫鉤 器（7)、外部連接線纜（8)。其中，高強防爆屏蔽殼體（11)為膠囊狀，在其底部及與自鎖裝 置（6)相連的地方均設(shè)有出線口（12)，在其內(nèi)部設(shè)有固定板（13)，固定板固定于高強防爆 屏蔽殼體（11)內(nèi)側(cè)，固定板（13)用于固定傾角監(jiān)測模塊（2)、信號管理模塊（3)、電源管理 模塊（4)等裝置，固定板能夠?qū)⒏髂K牢固的固定于本發(fā)明內(nèi)部，防止因震動等原因出現(xiàn)各 模塊相對于高強防爆屏蔽殼體產(chǎn)生位移；傾角監(jiān)測模塊（2)能夠?qū)⑵渥陨硐鄬τ诖蟮氐慕?度變化數(shù)值轉(zhuǎn)化成電信號，該信號是以重力方向作為參照物，無需人為指定參照物，并將該 信號傳送給信號管理模塊（3);信號管理模（3)塊能夠接收傾角監(jiān)測模塊（2)的信號，并對 信號進行放大、整理，并將信號通過外部連接線纜傳輸給地面、井下計算機；電源管理模塊 (4)負責給傾角監(jiān)測模塊、信號管理模塊和電磁脫鉤器等裝置供電；內(nèi)部連接線纜（5)分為 信號線（51)和電源線（52)，信號線負責各模塊之間信號傳輸，電源線給各模塊提供電力； 自鎖裝置（6)和電磁脫鉤器（7)相互配合，當本發(fā)明安裝到所需位置后，電磁脫鉤器（7)可 以將自鎖裝置（6)解鎖，自鎖裝置（6)解鎖后，能夠?qū)⒈景l(fā)明牢牢地固定于所需安裝位置， 保證本發(fā)明不會因為外界震動等原因而移動，以防不能真實反應所處巖層的角度變化，自 鎖裝置（6)分別布設(shè)于本發(fā)明的頂部和底部，構(gòu)成頂部自鎖裝置和底部自鎖裝置，頂部自鎖 裝置和底部自鎖裝置均有四套裝置組成，頂部自鎖裝置打開后直徑為120毫米，底部自鎖 裝置打開后直徑為140毫米。所述自鎖裝置（6)由卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧（61)，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸 (62)，卡嘴頭（63)組成，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧通過卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸連接于高強防爆屏蔽殼體外 表面，卡嘴頭（63)位于卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧的末端，卡嘴頭的內(nèi)側(cè)表面還設(shè)有凹口，凹口可以和電 磁脫鉤器的凸起卡舌（73)相配合。電磁脫鉤器（7)解鎖后，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧（62)在自身扭力 作用下，便可以與周圍巖體接觸，起到固定本發(fā)明的作用。所述電磁脫鉤器由底座（71)，彈 出彈簧（72)，凸起卡舌（73)，壓緊推桿（74)，壓緊彈簧（75)，電磁鐵（76)組成，底座為"凹" 字狀，固定于高強防爆屏蔽殼體外表面，壓緊彈簧能夠頂緊壓緊推桿，使凸起卡舌與卡嘴頭 凹口相配合，能夠鎖住卡嘴頭（63)，電磁鐵（76)通電后產(chǎn)生吸附力，凸起卡舌向電磁鐵方 向移動，卡嘴頭解鎖，在彈出彈簧作用下，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧彈出。外部連接線纜（8)為4芯屏 蔽線纜，2芯分為信號線，2芯為電源線。
[0027] 在需要進行傾角監(jiān)測的巖層鉆孔后，將本發(fā)明投入鉆孔所需安裝位置后，通過控 制裝置給電磁脫鉤器（7)的電磁鐵（76)供電，電磁鐵產(chǎn)生吸附力后，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧（61)彈 出，便可將本裝置固定于所需安裝位置。在確認安裝位置正確，電源供應、信號傳輸正常后， 通過對鉆孔灌漿，可以將本發(fā)明永久固定于所需監(jiān)測的巖體內(nèi)。本發(fā)明永久固定于巖體內(nèi) 后，需要進行初次校準，以確定巖層的初始角度，并以此角度作為參照，將后續(xù)監(jiān)測到的角 度與初始角度進行對比便可以得出巖層的角度變換情況。
【權(quán)利要求】
1. 一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：包括高強防爆屏蔽殼體（11)、傾角監(jiān)測模塊 (2)、信號管理模塊（3)、電源管理模塊（4)、內(nèi)部連接線纜（5)、自鎖裝置（6)、電磁脫鉤器 (7)、外部連接線纜（8);所述高強防爆屏蔽殼體（11)為膠囊狀，在其底部及與自鎖裝置（6) 相連的地方均設(shè)有出線口（12)，在其內(nèi)部設(shè)有固定板（13)，固定板（13)固定于高強防爆屏 蔽殼體（11)內(nèi)側(cè)；傾角監(jiān)測模塊（2)能夠?qū)⑵渥陨硐鄬τ诖蟮氐慕嵌茸兓瘮?shù)值轉(zhuǎn)化成電信 號；信號管理模塊（3)能夠接收傾角監(jiān)測模塊（2)的信號，并對信號進行放大、整理；電源管 理模塊（4)負責給傾角監(jiān)測模塊（2)、信號管理模塊（3)和電磁脫鉤器（7)等裝置供電；內(nèi)部 連接線纜（5)分為信號線（51)和電源線（52)，信號線（51)負責各模塊之間信號傳輸，電源 線（52)給各模塊提供電力；自鎖裝置（6)和電磁脫鉤器（7)相互配合，能夠?qū)⒈景l(fā)明牢牢地 定于所需安裝位置，頂部自鎖裝置打開后直徑為120毫米，底部自鎖裝置打開后直徑為140 毫米；外部連接線纜（8)為4芯屏蔽線纜，2芯信號線，2芯為電源線。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述高強防爆屏蔽殼體 (11)材質(zhì)為Q390D或Q390E，殼體外徑80毫米，高度140毫米。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述傾角監(jiān)測模塊（2)監(jiān) 測范圍在雙軸上均為(?！?0°，測量傾角在(?！?5°時測量精度為0. 15°、測量傾角在 ±45°?±90°時測量精度為0.30°。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述電源管理模（3)塊輸入 交流電流36V，可多路輸出，輸出電壓5?36V、電流0. 05?1Α。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述自鎖裝置由卡腳扭轉(zhuǎn) 彈簧（61)，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)軸（62)，卡嘴頭（63)組成，卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧（61)通過卡腳扭轉(zhuǎn)彈 簧轉(zhuǎn)軸（62)連接于高強防爆屏蔽殼體（11)外表面，卡嘴頭（63)位于卡腳扭轉(zhuǎn)彈簧（61) 的末端，卡嘴頭（63)的內(nèi)側(cè)表面還設(shè)有凹口，凹口可以和電磁脫鉤器的凸起卡舌（73)相配 合。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述電磁脫鉤器由底座 (71)，彈出彈簧（72)，凸起卡舌（73)，壓緊推桿（74)，壓緊彈簧（75)，電磁鐵（76)組成，底座 (71)為"凹"字狀，固定于高強防爆屏蔽殼體（11)外表面，壓緊彈簧（75)能夠頂緊壓緊推 桿（74)，使凸起卡舌（73)與卡嘴頭凹口相配合，能夠鎖住卡嘴頭。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述外部連接線纜（8)為螺 旋線纜（81)，螺旋線纜中部設(shè)有中線（82)，中線為尼龍材質(zhì)，中線通過連接頭母頭（83)和 連接頭子頭（84)連接在一起，多段螺旋線纜通過連接頭母頭、連接頭子頭可以相互連接延 長。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種巖層傾角監(jiān)測儀，其特征在于：所述高強防爆屏蔽殼體 (11)內(nèi)側(cè)設(shè)有多道環(huán)狀加勁肋（14)。
【文檔編號】G01C9/00GK104215223SQ201410446227
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張開智, 姬松濤, 潘瑞凱, 劉志和, 王樹立, 劉保成, 吳業(yè)聃 申請人:山東科技大學