專利名稱：貼壁式井筒徑向位移測微計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及地下工程監(jiān)測技木，尤其涉及生產(chǎn)礦井井筒和運營中的隧道的徑向和切向變形實時動態(tài)監(jiān)測。
背景技術(shù)：
立井井筒是礦業(yè)工程重要的結(jié)構(gòu)組成部分，是礦業(yè)生產(chǎn)活動的咽喉要道，立井井筒的變形和破壞不僅會對煤礦的安全造成嚴(yán)重的威脅，而且還會給煤礦企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。我國華東地區(qū)的淮北、淮南、大屯、徐州，兗州和永夏等礦區(qū)為立井井筒非采動破壞的工程地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。自20世紀(jì)80年代以來徐淮礦區(qū)(徐州、淮北、淮南)出現(xiàn)了嚴(yán)重的井筒非采動破壞現(xiàn)象，90年代以來，我國特大型煤炭企業(yè)兗州礦業(yè)集団的9對井筒也先后發(fā)生了此類破壞。由于厚表土層立井井筒變形破壞的影響因素復(fù)雜，井筒周圍地層條件特殊，通過分析井筒的地質(zhì)條件和變形破壞特征，選擇合適的層位進(jìn)行井筒變形動態(tài)監(jiān)測，對于井壁的應(yīng)カ應(yīng)變狀態(tài)的分析以及井筒變形破壞的預(yù)測顯 得尤為重要。但是由于生產(chǎn)礦井的特殊性，在進(jìn)行井筒的變形測量時，有兩個難于克服的困難第一，不能影響井筒提升空間，即不能直接測量徑向位移量，也沒有能夠測試井筒表面切向變形的儀器;第二，由于在罐籠的提升過程中，會散落煤渣，會對監(jiān)測儀器的安全造成威脅，需要采取合理的措施對監(jiān)測儀器進(jìn)行保護(hù)。本實用新型提出的貼壁式徑向位移和切向位移雙功能測試器，貼壁安裝不占用井筒有效空間、便于安裝和保護(hù)，能夠有效地解決上述難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于為生產(chǎn)井筒(主要包括立井，斜井和隧道)的徑向位移的監(jiān)測提供一種簡便有效的貼壁式井筒徑向位移測微計及使用方法。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構(gòu)造和安裝結(jié)構(gòu)是，人字架由兩根具有一定的抗彎剛度的桿件組成，每根桿件的兩端設(shè)有安裝孔，兩根桿件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根桿件底端叉開從而形成人字架結(jié)構(gòu)，將位移傳感器受カ兩端置入兩根桿件之間，然后通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構(gòu)成ー個整體。要求位移傳感器的測量精度l/1000mm。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計的安裝測量方法說明如下當(dāng)在井筒中選定監(jiān)測的位置后，在同一水平斷面上選定對稱四個方位進(jìn)行測微計的安裝，并按照測微計的尺寸，在井壁上打三個膨脹螺栓固定孔；在三個固定孔內(nèi)添加錨固齊U，然后將測微計人字架緊貼井壁，且人字頭的朝向應(yīng)與井筒徑向垂直，用膨脹螺栓進(jìn)行固定，并保證鉸接處無轉(zhuǎn)動約束；然后將位移傳感器置入兩根桿件之間，置入時的受力兩端應(yīng)與桿件密切接觸，且受カ軸向呈水平狀態(tài)，置入后固定在井筒壁上；再將位移傳感器導(dǎo)線連接在數(shù)據(jù)采集儀上。由數(shù)據(jù)采集儀采集井筒變形位移數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何原理從而換算出微小的變形量。為了測量計算需要，位移傳感器的兩端應(yīng)位于距桿件頂端的1/4處。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計工作原理是，井筒為深埋于地層中的空間地下結(jié)構(gòu)體，井筒外壁受到周圍地層的約束，當(dāng)發(fā)生變形時必然會產(chǎn)生徑向收斂。此時，人字架底端兩點隨之收縮，位移傳感器發(fā)生變形傳出信號，由數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何原理從而換算出微小的變形量。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計的積極效果是，體積小、重量輕、便于貼壁安裝，不占井筒使用空間，不受井筒中其他設(shè)備的限制。

圖I為本實用新型安裝結(jié)構(gòu)組成示意圖。 圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、圖4為本實用新型計算原理示意圖。圖例說明，ト膨脹螺栓，2-桿件，3-位移傳感器，4-鉸接點。
具體實施方式
如圖I和圖2所示，本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計，包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器3 ;具體構(gòu)造和安裝結(jié)構(gòu)是，人字架由兩根具有一定的抗彎剛度的桿件2組成，每根桿件2的兩端設(shè)有安裝孔，兩根桿件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點4，兩根桿件底端叉開從而形成人字架結(jié)構(gòu)，將位移傳感器3受カ兩端置入兩根桿件2之間，然后通過安裝孔用三個膨脹螺栓I固定在井筒壁上從而構(gòu)成一個整體。實施例中，要求位移傳感器3的測量精度l/1000mm。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計的安裝過程再說明如下如圖I所示，當(dāng)在井筒中選定監(jiān)測的位置后，在同一水平斷面上選定對稱四個方位進(jìn)行測微計的安裝(圖中僅示出I個方位)，并按照測微計的尺寸，在井筒壁上打三個膨脹螺栓固定孔，且人字頭的朝向應(yīng)與井筒徑向垂直；在三個固定孔內(nèi)添加錨固劑，然后將測微計人字架緊貼井壁，用膨脹螺栓I進(jìn)行固定，并保證鉸接處無轉(zhuǎn)動約束；然后將位移傳感器3置入兩根桿件2之間，置入時的受力兩端應(yīng)與桿件密切接觸，且受カ軸呈水平狀態(tài)，置入后固定在井筒壁上；再將位移傳感器3導(dǎo)線連接在數(shù)據(jù)采集儀上。為了測量計算需要，位移傳感器的兩端應(yīng)位于距桿件頂端的1/4處。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計工作原理是，井筒為深埋于地層中的空間地下結(jié)構(gòu)體，井筒外壁受到周圍地層的約束，當(dāng)發(fā)生變形時必然會產(chǎn)生徑向收斂。此時，人字架底端兩點隨之收縮，位移傳感器發(fā)生變形傳出信號，由數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何原理從而換算出微小的變形量。下面參照圖3圖4舉ー個計算例子如圖3、4所示，假定井筒的內(nèi)半徑為R，將對應(yīng)的圓周進(jìn)行η (—般進(jìn)行12等分即可)等分后，根據(jù)圖中對應(yīng)的幾何關(guān)系可得每個圓心角對應(yīng)的弦長I = 2R sin ( Θ /2)，其中Θ = 2 π /η。[0024]當(dāng)井筒發(fā)生徑向收斂變形時，位移傳感器的測量值為Al時，則圓心角Θ對應(yīng)的弦長該變量為4 Λ 1，即測量兩點的相對位移。由于周圍地層的約束作用，而且量測兩點的距離較小，可以認(rèn)為井筒變形前后，這兩點對應(yīng)的圓心角不變，當(dāng)測微計繞下端兩個固定點旋轉(zhuǎn)到與監(jiān)測斷面ー個水平面時，如圖4所示，井筒徑向位移收斂值Λ R計算公式如下AR= 2 Δ I/sin ( Θ /2)式中Θ = 2 Ji /n0
權(quán)利要求1.一種貼壁式井筒徑向位移測微計，其特征在于，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構(gòu)造和安裝結(jié)構(gòu)是，人字架由兩根具有抗彎剛度的桿件組成，每根桿件的兩端設(shè)有安裝孔，兩根桿件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根桿件底端叉開從而形成人字架結(jié)構(gòu)，將位移傳感器受力兩端置入兩根桿件之間，然后通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構(gòu)成一個整體；要求位移傳感器的測量精度為 l/1000mm。
專利摘要本實用新型公開了一種貼壁式井筒徑向位移測微計，它包括安裝固定在井筒壁上的人字架和夾持在人字架上的位移傳感器；具體構(gòu)造和安裝結(jié)構(gòu)是，人字架由兩根具有抗彎剛度的桿件組成，每根桿件的兩端設(shè)有安裝孔，兩根桿件頂端的安裝孔重疊在一起形成鉸接點，兩根桿件底端叉開從而形成人字架結(jié)構(gòu)，將位移傳感器受力兩端置入兩根桿件之間，然后通過安裝孔用三個膨脹螺栓固定在井筒壁上從而構(gòu)成一個整體。本實用新型的貼壁式井筒徑向位移測微計的積極效果是，體積小、重量輕、便于貼壁安裝，不占井筒使用空間，不受井筒中其他設(shè)備的限制。
文檔編號G01B21/32GK202614215SQ20122027101
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月2日
發(fā)明者王渭明, 賈海濱, 鄭忠友 申請人:山東科技大學(xué)