巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，包括裂紋觀測機(jī)構(gòu)、中空透明的錨固桿體及套管，套管設(shè)置在錨固桿體內(nèi)中下部，裂紋觀測機(jī)構(gòu)位于套管內(nèi)，其中，裂紋觀測機(jī)構(gòu)為圓柱形的腔體，在腔體的圓周面上間隔均勻的設(shè)置有LED光源和攝像頭，腔體內(nèi)設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)該腔體上下移動(dòng)的橡膠滾輪，腔體的頂部和底部設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)裂紋觀測機(jī)構(gòu)的變向機(jī)構(gòu)，電源、數(shù)據(jù)儲存器通過線路連接收線滾輪，在墊片和托盤之間設(shè)置有壓力傳感器。本發(fā)明觀測裝置可以實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖內(nèi)部裂紋擴(kuò)展及其演化過程進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)觀測，并同時(shí)記錄錨固體受力情況，便于分析錨固體受力與裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系。
【專利說明】
巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巷道圍巖裂紋擴(kuò)展觀測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井工開采逐漸向深部發(fā)展，在深部高應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓條件下巷道受到開挖及工作面推進(jìn)過程中的擾動(dòng)作用，巷道圍巖在動(dòng)載的影響下，其內(nèi)部的裂紋會逐漸張開、擴(kuò)展、貫通，掌握圍巖破裂失穩(wěn)過程中其內(nèi)部裂紋的演化過程，對進(jìn)一步揭示圍巖破裂失穩(wěn)機(jī)理及確定巷道的科學(xué)支護(hù)參數(shù)具有重要意義。
[0003]目前現(xiàn)有技術(shù)多采用巖層觀測記錄儀等對巷道圍巖裂隙情況進(jìn)行觀測，一般通過施工鉆孔，利用探桿將攝像頭推送至鉆孔內(nèi)部進(jìn)行圍巖破壞情況觀測，觀測過程中容易出現(xiàn)塌孔、碎肩堵塞等情況，而且觀測結(jié)果一般為圍巖破裂后的形態(tài)，不能對圍巖內(nèi)部裂紋擴(kuò)展及其演化過程進(jìn)行觀測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述因塌孔、碎肩堵塞等導(dǎo)致無法對圍巖鉆孔進(jìn)行觀測的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，該觀測裝置可以實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖內(nèi)部裂紋擴(kuò)展及其演化過程進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)觀測，并同時(shí)記錄錨固體受力情況，便于分析錨固體受力與裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系。
[0005]其技術(shù)解決方案包括:
[0006]—種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，包括裂紋觀測機(jī)構(gòu)、中空透明的錨固桿體及套管，所述錨固桿體的端部伸入圍巖內(nèi)部，并通過錨固劑對所述錨固桿體的端部進(jìn)行錨固，所述套管設(shè)置在所述錨固桿體內(nèi)中下部，所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)位于所述套管內(nèi)，所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)為圓柱形的腔體，在所述腔體的圓周面上設(shè)置有LED光源和攝像頭，所述腔體內(nèi)設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)所述腔體上下移動(dòng)的橡膠滾輪，所述腔體的頂部和底部設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)的變向機(jī)構(gòu)，所述套管的底部還設(shè)置有電源、收線滾輪及數(shù)據(jù)儲存器，所述電源通過線路分別與所述LED光源、攝像頭連接；
[0007]所述錨固桿體的尾部依次套置有用于對其進(jìn)行固定的墊片、托盤、螺母和緊固螺栓，其中，墊片在靠近圍巖的一側(cè)，在所述墊片和托盤之間設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器的一端通過線路與所述數(shù)據(jù)儲存器、電源依次連接，另一端通過線路連接有報(bào)警器，所述數(shù)據(jù)儲存器用于記錄所述攝像頭的影像和壓力傳感器輸出的數(shù)值。
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述錨固桿體由第一桿體、第二桿體、第三桿體和第四桿體依次連接而成，相鄰的桿體通過螺紋形成可拆卸連接。
[0009 ]作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述LED光源設(shè)置有兩組，每組設(shè)置有6個(gè)。
[0010]優(yōu)選的，所述攝像頭設(shè)置有3個(gè)。
[0011]本發(fā)明通過在中空透明套管內(nèi)設(shè)置裂紋觀測機(jī)構(gòu)，在裂紋觀測機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有橡膠滾輪，馬達(dá)位于裂紋觀測機(jī)構(gòu)內(nèi)部，通過齒輪等驅(qū)動(dòng)橡膠滾輪，從而帶動(dòng)裂紋觀測機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，在裂紋觀測機(jī)構(gòu)的頂部和底部設(shè)置變向機(jī)構(gòu)，用于改變裂紋觀測機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對圍巖的連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測。
[0012]在墊片和托盤之間設(shè)置有壓力傳感器，可對錨固桿體的受力情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)錨固桿體的受力達(dá)到其極限承載能力的90%時(shí)，與壓力傳感器連接的報(bào)警器即發(fā)出警報(bào)。
[0013]本發(fā)明觀測裝置適用于對塌孔、碎肩堵塞等條件下的圍巖鉆孔進(jìn)行觀測，可以對巷道圍巖內(nèi)部裂紋擴(kuò)展及其演化過程進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)觀測，并同時(shí)記錄錨固體受力情況，便于分析錨固體受力與裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0015]圖1為本發(fā)明觀測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明套管內(nèi)(中下部)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明裂紋觀測機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖中，1、錨固桿體，2、錨固桿體頭部，3、套管，4、變向機(jī)構(gòu)，5、裂紋觀測機(jī)構(gòu)，6、攝像頭，7、LED光源，8、橡膠滾輪，9、線路，1、收線滾輪，11、電源，12、數(shù)據(jù)儲存器，13、墊片，14、壓力傳感器，15、托盤，16、螺母，17、緊固螺栓，18、報(bào)警器，19、通孔，20、螺紋，21、錨固劑，22、數(shù)據(jù)輸出接口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明公開了一種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明，巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，如圖1所示，包括錨固桿體1、套管3、變向機(jī)構(gòu)4、裂紋觀測機(jī)構(gòu)5、攝像頭6、LED光源7、橡膠滾輪8和對錨固桿體I以及套管進(jìn)行固定的固定機(jī)構(gòu)，其中，錨固桿體I和套管3為中空透明材質(zhì)制成的，目的是為了便于觀測，錨固桿體端部2伸入圍巖內(nèi)部，周圍用錨固劑21進(jìn)行錨固，錨固桿體I的長度可以根據(jù)圍巖的深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了適應(yīng)不同深度的圍巖，優(yōu)選將錨固桿體I設(shè)置為可拆卸的多段結(jié)構(gòu)，比如錨固桿體I由桿體一、桿體二、桿體三和桿體四組成，其中，相鄰的桿體之間通過螺紋20連接，每段桿體的長度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如當(dāng)錨固桿體I的總長度為8000mm時(shí)，桿體一、桿體二、桿體三和桿體四的長度為2000mm，相鄰的桿體之間通過端部的螺紋進(jìn)行連接，也可以通過增加小節(jié)數(shù)量來增加錨固桿體總長度，錨固桿體大部分伸入圍巖內(nèi)，錨固桿體外露端的長度為120mm，外露端即錨固桿體的尾部通過依次連接的墊片13、托盤15、螺母I6和緊固螺栓17，墊片13位于最內(nèi)側(cè)(靠近圍巖)，通過緊固螺栓17和螺母16擠壓托盤15，對錨固桿體與套管的尾部進(jìn)行固定，套管套在錨固桿體內(nèi)，如套管的外徑為100mm，內(nèi)徑為40mm ο
[0021]裂紋觀測機(jī)構(gòu)5位于套管3內(nèi)，裂紋觀測機(jī)構(gòu)5可在套管內(nèi)上下移動(dòng)，三個(gè)攝像頭可以對圍巖進(jìn)行360°觀測，這是本發(fā)明的核心改進(jìn)點(diǎn)，如圖3所示，裂紋觀測機(jī)構(gòu)5為了方便套置在套管內(nèi)，其外形為圓柱形，圓柱形的腔體外壁圓周方向上設(shè)置攝像頭6和LED光源7，發(fā)明優(yōu)選LED光源7設(shè)置兩組，兩組呈平行設(shè)置，每組個(gè)數(shù)有6個(gè)，攝像頭6設(shè)置有3個(gè)，在裂紋觀測機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)設(shè)置有橡膠滾輪8，橡膠滾輪8通過位于裂紋觀測機(jī)構(gòu)內(nèi)部的馬達(dá)，利用齒輪等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，橡膠滾輪帶動(dòng)該裂紋觀測機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，如圖2所示，電源11和數(shù)據(jù)儲存器12位于套管的底部，在靠近電源11處設(shè)置有收線滾輪10，收線滾輪10通過線路9與橡膠滾輪連接，當(dāng)裂紋觀測機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)時(shí)，收線滾輪對線路進(jìn)行收放，在腔體的頂部設(shè)置有變向機(jī)構(gòu)4，變向機(jī)構(gòu)4用于控制裂紋觀測機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
[0022]在墊片13和托盤15之間設(shè)置有壓力傳感器14，壓力傳感器14的一端通過線路與數(shù)據(jù)儲存器12、電源11依次連接，另一端通過線路連接有報(bào)警器18。報(bào)警器18由LED顯示器與發(fā)光二極管及蜂鳴器組成，LED顯示器可以顯示壓力傳感器的受力情況，當(dāng)錨固桿體受力達(dá)到其極限承載能力的90%即發(fā)出警報(bào)，數(shù)據(jù)輸出接口 22用于讀取數(shù)據(jù)儲存器12記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。
[0023]優(yōu)選的，在緊固螺栓中部設(shè)有通孔19，用于壓力傳感器與數(shù)據(jù)儲存器12之間的線路通過。
[0024]本發(fā)明觀測裝置的觀測方法，大體包括以下步驟:
[0025]首先，按照上述組建安裝好觀測裝置；
[0026]其次，開啟電源，裂紋觀測機(jī)構(gòu)內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)橡膠滾輪，橡膠滾輪帶動(dòng)裂紋觀測機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，通過腔體外壁圓周方向上的攝像頭以及LED光源對圍巖裂紋進(jìn)行觀測，實(shí)現(xiàn)對圍巖裂紋的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，收線滾輪配合橡膠滾輪適當(dāng)收放線；
[0027]最后，觀測到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)儲存器、數(shù)據(jù)輸出接口進(jìn)行讀取，在墊片和托盤之間的壓力傳感器對錨固桿體的受力情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)達(dá)到其極限承載能力的90%時(shí)，由與它連接的報(bào)警器發(fā)出警報(bào)。
[0028]需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，包括裂紋觀測機(jī)構(gòu)、中空透明的錨固桿體及套管，所述錨固桿體的端部伸入圍巖內(nèi)部，并通過錨固劑對所述錨固桿體的端部進(jìn)行錨固，其特征在于: 所述套管設(shè)置在所述錨固桿體內(nèi)中下部，所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)位于所述套管內(nèi)，所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)為圓柱形的腔體，在所述腔體的圓周面上設(shè)置有LED光源和攝像頭，所述腔體內(nèi)設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)所述腔體上下移動(dòng)的橡膠滾輪，所述腔體的頂部和底部設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)所述裂紋觀測機(jī)構(gòu)的變向機(jī)構(gòu)，所述套管的底部還設(shè)置有電源、收線滾輪及數(shù)據(jù)儲存器，所述電源通過線路分別與所述LED光源、攝像頭連接； 所述錨固桿體的尾部依次套置有用于對其進(jìn)行固定的墊片、托盤、螺母和緊固螺栓，其中，墊片在靠近圍巖的一側(cè)，在所述墊片和托盤之間設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器的一端通過線路與所述數(shù)據(jù)儲存器、電源依次連接，另一端通過線路連接有報(bào)警器，所述數(shù)據(jù)儲存器用于記錄所述攝像頭的影像和壓力傳感器輸出的數(shù)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，其特征在于:所述錨固桿體由第一桿體、第二桿體、第三桿體和第四桿體依次連接而成，相鄰的桿體通過螺紋形成可拆卸連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，其特征在于:所述LED光源設(shè)置有兩組，每組設(shè)置有6個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巷道圍巖裂紋擴(kuò)展及其演化過程觀測裝置，其特征在于:所述攝像頭設(shè)置有3個(gè)。
【文檔編號】E21B47/002GK105863612SQ201610355536
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】譚云亮, 顧東東, 臧傳偉, 郭偉耀, 張強(qiáng), 陳永超
【申請人】山東科技大學(xué)