專(zhuān)利名稱：一種礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x，尤其涉及一種用于煤礦井下工作面鉆孔中測(cè)量微小位移的測(cè)量?jī)x器。
背景技術(shù)：
在煤礦開(kāi)采的礦井中，采場(chǎng)周?chē)鷰r體的運(yùn)動(dòng)及圍巖中高應(yīng)力區(qū)域的存在是導(dǎo)致煤礦發(fā)生頂板垮落、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害的根本致因。因此，準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)采場(chǎng)圍巖(主要是煤體)中應(yīng)力和/或支承壓力的分布規(guī)律，預(yù)報(bào)高應(yīng)力集中區(qū)域的位置是預(yù)防和控制煤礦重大動(dòng)力災(zāi)害的前提。礦山壓力理論研究成果表明:采動(dòng)后圍巖(煤體)中支承壓力勢(shì)必導(dǎo)致頂?shù)装宓囊平兔后w的壓縮，通過(guò)監(jiān)測(cè)頂?shù)装宓囊平亢鸵平俣?煤體的壓縮量和壓縮速度)可以推斷煤體中支承壓力的高峰位置。礦用微位移測(cè)量?jī)x主要利用上述原理，在工作面前方煤體中布置鉆孔，測(cè)量鉆孔中煤體的壓縮量和壓縮速度，對(duì)煤體中的支承壓力分布變化規(guī)律特別是壓力高峰的位置進(jìn)行推斷和預(yù)測(cè)，為煤礦動(dòng)力災(zāi)害預(yù)防控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是煤礦礦壓觀測(cè)必選儀器之一。目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有對(duì)工作面前方煤體的微位移進(jìn)行測(cè)量的專(zhuān)用儀器。目前一直采用的方法是在巷道中預(yù)置機(jī)械百分表來(lái)測(cè)量頂?shù)装宓奈灰屏浚捎诰C合機(jī)械化采煤，巷道中已經(jīng)不能布置這些測(cè)量點(diǎn)，急需采用新的測(cè)量方法和儀器，適應(yīng)新型采煤工藝的需要。CN1020588C公開(kāi)了一種容式位移測(cè)量裝置，但其測(cè)量結(jié)構(gòu)完全暴露，無(wú)法適應(yīng)井下惡劣的測(cè)量環(huán)境，且其兩極之間沒(méi)有充填介質(zhì)的功能，測(cè)量精度無(wú)法保證，無(wú)法測(cè)量鉆孔中微小位移；CN1170116C公開(kāi)了一種容式位移測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，無(wú)法在鉆孔中使用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種礦用微位移測(cè)量?jī)x，包括:本體和多個(gè)傳感器；每個(gè)所述傳感器包括動(dòng)尺和靜尺，所述動(dòng)尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動(dòng)尺插入的通孔，所述通孔的下端設(shè)置有密封靜活塞，所述密封靜活塞上設(shè)置有用于介質(zhì)進(jìn)出的接頭和用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭；所述動(dòng)尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動(dòng)尺尺身上附著絕緣材料，其下端設(shè)置有密封動(dòng)活塞，所述密封動(dòng)活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有靜尺橡膠密封圈，所述動(dòng)尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，所述緊固止退箍?jī)?nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，所述緊固止退箍通過(guò)螺紋配合固定安裝在所述靜尺上，所述動(dòng)尺可相對(duì)所述緊固止退箍移動(dòng)；所述動(dòng)尺的上端設(shè)置有動(dòng)尺接線片，所述動(dòng)尺接線片上通過(guò)絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過(guò)螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測(cè)量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)器芯片、RS485芯片，用于檢測(cè)傳感器的測(cè)量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送；
各個(gè)傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個(gè)傳感器的靜尺的下端通過(guò)三通互相連接并通過(guò)油氣管連接儲(chǔ)能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門(mén)。優(yōu)選所述緊固止退箍?jī)?nèi)部附著的絕緣材料為動(dòng)尺橡膠密封圈。優(yōu)選所述密封靜活塞上的接頭通過(guò)連接管連接所述三通，所述三通連接所述油氣管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1、體積小，可安裝在煤體鉆孔中，不受綜采工作面設(shè)備移動(dòng)及行人的影響；2、采用電容式位移傳感器，精度高，體積小，適用于井下環(huán)境；3、傳感器上安裝有能產(chǎn)生電容效應(yīng)的動(dòng)尺、靜尺，在煤體受到外力作用變形時(shí)，動(dòng)尺隨著煤體變形而產(chǎn)生位移變化，進(jìn)而產(chǎn)生電容變化，經(jīng)過(guò)電路處理可計(jì)算出位移傳感器上的尺寸，其大小與電容變化量的變化量成正比，實(shí)現(xiàn)將變形量向電容量的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了位移的測(cè)量；4、電路中含有電容測(cè)量芯片CAV414(或CAV424)、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時(shí)鐘芯片、大容量存儲(chǔ)器芯片、RS485芯片，實(shí)現(xiàn)了高精度的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、存儲(chǔ)，并可通過(guò)RS485通信與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。


附圖1是本發(fā)明所述微位移多點(diǎn)測(cè)量?jī)x的外形圖(局部剖視)。附圖標(biāo)記如下:I 一絕緣緊固釘,2 —?jiǎng)映呓泳€片，3 —?jiǎng)映?4 一緊固止退箍,5 —?jiǎng)映呦鹉z密封圈，6 一靜尺，7 —密封動(dòng)活塞，8 —靜尺橡膠密封圈，9 一密封靜活塞，10 —連接管，11 一鎖緊頭，12 一二通,13 一油氣管，14 一閥門(mén)，14 一本體,15 一儲(chǔ)能罐。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖1，其描述本發(fā)明所述礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x包括本體和多個(gè)傳感器，多個(gè)傳感器并列固定設(shè)置在本體上。每個(gè)所述傳感器包括動(dòng)尺和靜尺，動(dòng)尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，例如鋁、銅等金屬材料。靜尺為空心管狀結(jié)構(gòu)，其中具有適于動(dòng)尺插入的通孔，通孔內(nèi)部的下端設(shè)置有密封靜活塞，密封靜活塞上設(shè)置有用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭，靜尺的下端連接三通，三通通過(guò)連接管連接密封靜活塞上的接頭，用于傳感器內(nèi)部介質(zhì)的充入或釋放。動(dòng)尺設(shè)置在靜尺的通孔內(nèi)，動(dòng)尺尺身上附著絕緣材料，其可以選自橡膠等介電常數(shù)較高的材料，動(dòng)尺下端設(shè)置有密封動(dòng)活塞，密封動(dòng)活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有橡膠密封圈，通過(guò)橡膠密封圈與靜尺通孔的內(nèi)壁接觸，減少動(dòng)尺與靜尺之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)的摩擦力，并保證動(dòng)尺和靜尺之間不發(fā)生接觸，動(dòng)尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，緊固止退箍?jī)?nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，絕緣材料可以制成密封圈的形式，形成動(dòng)尺橡膠密封圈，螺紋直接設(shè)置在動(dòng)尺橡膠密封圈上，緊固止退箍通過(guò)螺紋配合固定旋接在靜尺上，緊固止退箍中間具有通孔，通孔壁上附著絕緣材料，動(dòng)尺插在緊固止退箍的通孔內(nèi)，可相對(duì)緊固止退箍沿其軸向移動(dòng)。
動(dòng)尺的上端設(shè)置有金屬動(dòng)尺接線片，動(dòng)尺接線片上通過(guò)絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，靜尺上的導(dǎo)體部分上也設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線連接電路模塊，電路模塊通過(guò)螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測(cè)量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)器芯片、RS485芯片，用于檢測(cè)傳感器的測(cè)量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送。通過(guò)三通連接在一起的各個(gè)傳感器通過(guò)油氣管連接儲(chǔ)能罐，儲(chǔ)能罐中儲(chǔ)存介電常數(shù)較高的油類(lèi)(如變壓器油)或氣體，油氣管上設(shè)置有閥門(mén)，控制油氣管的通斷。以上所述的結(jié)構(gòu)，保證了動(dòng)尺與靜尺之間能夠運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)尺與靜尺之間沒(méi)有電氣的直接連接，從而形成了可變電容的傳感器的結(jié)構(gòu)，保證了動(dòng)尺與靜尺之間有很高的電阻，使其在動(dòng)、靜尺之間形成一個(gè)變化穩(wěn)定的電容。微位移測(cè)量?jī)x的單點(diǎn)測(cè)量方式采用測(cè)量動(dòng)、靜尺之間的電容，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，電容變化量與動(dòng)靜、尺之間的位移變化量成線性關(guān)系，從而完成位移的測(cè)量。微位移測(cè)量?jī)x由以上所述的多個(gè)電容傳感器組成，連接固定在本體上。傳感器之間用三通連接，用于對(duì)傳感器充放介質(zhì)。所有電容傳感器的動(dòng)尺接線片的出線連接到電路板模塊，本體也與電路板模塊接通，形成電容測(cè)量的電路通道。微位移測(cè)量?jī)x的各傳感器之間距離可為50 300mm，優(yōu)選100mm，其間距越小，布
置數(shù)量密度越大，測(cè)量煤體變形能力越強(qiáng)。組成多點(diǎn)微位移測(cè)量?jī)x的傳感器數(shù)量可在I 256選擇，優(yōu)化數(shù)量120個(gè)。這種數(shù)量、間隔組成方式，適應(yīng)了在煤體應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量中大深度、高精度測(cè)量需要，更適用于井下使用，且這種設(shè)置方式增加了測(cè)量煤體彈性變形的深度范圍，為研究煤體變形提供了一種測(cè)量工具。測(cè)量?jī)x中電容傳感器上所安裝的動(dòng)尺，在受到外力作用時(shí)發(fā)生位移，同時(shí)引起傳感器電容的變化，經(jīng)過(guò)電路處理可計(jì)算出位移變化的大小，其大小與動(dòng)尺的變化量成正比，電路模塊經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到變化值，并計(jì)算出位移變化量。本發(fā)明安裝時(shí)，在煤體或巖石上打出預(yù)定大小和長(zhǎng)度的孔，將一個(gè)或多個(gè)礦用多點(diǎn)微位移測(cè)量?jī)x依次安裝于鉆孔中預(yù)定位置，然后打開(kāi)閥門(mén)，對(duì)傳感器充入一定壓力的介質(zhì)，介質(zhì)壓力在0.5 IMPa，動(dòng)尺即可伸展對(duì)煤體施加一定的壓力，這時(shí)即可開(kāi)始對(duì)鉆孔內(nèi)所有多點(diǎn)微位移測(cè)量?jī)x采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。鉆孔內(nèi)的所有礦用多點(diǎn)微位移測(cè)量?jī)x并聯(lián)連接，各礦用微位移測(cè)量?jī)x單獨(dú)工作，互不干擾。在鉆孔一處或多處受到外力而產(chǎn)生變形時(shí)，鉆孔內(nèi)一個(gè)或多個(gè)礦用微位移測(cè)量?jī)x的動(dòng)尺首先受到擠壓，進(jìn)而迫使與之對(duì)應(yīng)的電容量發(fā)生改變，此時(shí)，電路板的電容測(cè)量電路輸出信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換模塊接收信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算處理，得出位移變化量，并將數(shù)據(jù)通過(guò)電纜線傳輸至地面的主機(jī)(或井下分站，可存儲(chǔ)在U盤(pán))，主機(jī)配套軟件中以圖表等各種方式顯示分析所測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)礦用多點(diǎn)微位移測(cè)量?jī)x測(cè)量煤體變形量大小和變形范圍，可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)高峰應(yīng)力的范圍及位置，為合理布置巷道及采掘工作面提供依據(jù)，預(yù)防沖擊地壓等重大災(zāi)害的發(fā)生，從而保證礦井的安全生產(chǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明專(zhuān)利較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專(zhuān)利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括:本體和多個(gè)傳感器； 每個(gè)所述傳感器包括動(dòng)尺和靜尺，所述動(dòng)尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動(dòng)尺插入的通孔，所述通孔的下端設(shè)置有密封靜活塞，所述密封靜活塞上設(shè)置有用于介質(zhì)進(jìn)出的接頭和用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭； 所述動(dòng)尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動(dòng)尺尺身上附著絕緣材料，其下端設(shè)置有密封動(dòng)活塞，所述密封動(dòng)活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有橡膠密封圈，所述動(dòng)尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，所述緊固止退箍?jī)?nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，所述緊固止退箍通過(guò)螺紋配合固定安裝在所述靜尺上，所述動(dòng)尺可相對(duì)所述緊固止退箍移動(dòng)； 所述動(dòng)尺的上端設(shè)置有動(dòng)尺接線片，所述動(dòng)尺接線片上通過(guò)絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過(guò)螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測(cè)量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)器芯片、RS485芯片，用于檢測(cè)傳感器的測(cè)量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送； 各個(gè)傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個(gè)傳感器的靜尺的下端通過(guò)三通互相連接并通過(guò)油氣管連接儲(chǔ)能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門(mén)。
2.按權(quán)利要求1所述的微位移測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述緊固止退箍?jī)?nèi)部附著的絕緣材料為動(dòng)尺橡膠密封圈。
3.按權(quán)利要求1或所述的微位移測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述密封靜活塞上的接頭通過(guò)連接管連接所述三通，所述三通連接所述油氣管。
全文摘要
一種礦用鉆孔微位移測(cè)量?jī)x，包括本體和多個(gè)傳感器；每個(gè)所述傳感器包括動(dòng)尺和靜尺，所述動(dòng)尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動(dòng)尺插入的通孔，所述動(dòng)尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動(dòng)尺尺身上附著絕緣材料，所述動(dòng)尺的上端設(shè)置有動(dòng)尺接線片，所述動(dòng)尺接線片上通過(guò)絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過(guò)螺柱固定設(shè)置在本體上，各個(gè)傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個(gè)傳感器的靜尺的下端通過(guò)三通互相連接并通過(guò)油氣管連接儲(chǔ)能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門(mén)。
文檔編號(hào)G01B7/02GK103090780SQ20131000963
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者石永奎, 任義, 齊敏華, 郝建, 林惠立, 邊平勇 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)