巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，包括裂纹观测机构、中空透明的锚固杆体及套管，套管设置在锚固杆体内中下部，裂纹观测机构位于套管内，其中，裂纹观测机构为圆柱形的腔体，在腔体的圆周面上间隔均匀的设置有LED光源和摄像头，腔体内设置有用于驱动该腔体上下移动的橡胶滚轮，腔体的顶部和底部设置有用于驱动裂纹观测机构的变向机构，电源、数据储存器通过线路连接收线滚轮，在垫片和托盘之间设置有压力传感器。本实用新型观测装置可以实现对巷道围岩内部裂纹扩展及其演化过程进行长期动态观测，并同时记录锚固体受力情况，便于分析锚固体受力与裂纹扩展之间的关系。
【专利说明】
巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及巷道围岩裂纹扩展观测技术领域，具体涉及一种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置。
【背景技术】
[0002]煤矿井工开采逐渐向深部发展，在深部高应力、高地温、高岩溶水压条件下巷道受到开挖及工作面推进过程中的扰动作用，巷道围岩在动载的影响下，其内部的裂纹会逐渐张开、扩展、贯通，掌握围岩破裂失稳过程中其内部裂纹的演化过程，对进一步揭示围岩破裂失稳机理及确定巷道的科学支护参数具有重要意义。
[0003]目前现有技术多采用岩层观测记录仪等对巷道围岩裂隙情况进行观测，一般通过施工钻孔，利用探杆将摄像头推送至钻孔内部进行围岩破坏情况观测，观测过程中容易出现塌孔、碎肩堵塞等情况，而且观测结果一般为围岩破裂后的形态，不能对围岩内部裂纹扩展及其演化过程进行观测并记录相关数据。
【实用新型内容】
[0004]针对上述因塌孔、碎肩堵塞等导致无法对围岩钻孔进行观测的技术问题，本实用新型提出了一种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，该观测装置可以实现对巷道围岩内部裂纹扩展及其演化过程进行长期动态观测，并同时记录锚固体受力情况，便于分析锚固体受力与裂纹扩展之间的关系。
[0005]其技术解决方案包括:
[0006]—种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，包括裂纹观测机构、中空透明的锚固杆体及套管，所述锚固杆体的端部伸入围岩内部，并通过锚固剂对所述锚固杆体的端部进行锚固，所述套管设置在所述锚固杆体内中下部，所述裂纹观测机构位于所述套管内，所述裂纹观测机构为圆柱形的腔体，在所述腔体的圆周面上设置有LED光源和摄像头，所述腔体内设置有用于驱动所述腔体上下移动的橡胶滚轮，所述腔体的顶部和底部设置有用于驱动所述裂纹观测机构的变向机构，所述套管的底部还设置有电源、收线滚轮及数据储存器，所述电源通过线路分别与所述LED光源、摄像头连接；
[0007]所述锚固杆体的尾部依次套置有用于对其进行固定的垫片、托盘、螺母和紧固螺栓，其中，垫片在靠近围岩的一侧，在所述垫片和托盘之间设置有压力传感器，所述压力传感器的一端通过线路与所述数据储存器、电源依次连接，另一端通过线路连接有报警器，所述数据储存器用于记录所述摄像头的影像和压力传感器输出的数值。
[0008]作为本实用新型的一个优选方案，所述锚固杆体由第一杆体、第二杆体、第三杆体和第四杆体依次连接而成，相邻的杆体通过螺纹形成可拆卸连接。
[0009]本实用新型通过在中空透明套管内设置裂纹观测机构，在裂纹观测机构内部设置有橡胶滚轮，马达位于裂纹观测机构内部，通过齿轮等驱动橡胶滚轮，从而带动裂纹观测机构上下移动，在裂纹观测机构的顶部和底部设置变向机构，用于改变裂纹观测机构的移动方向，实现对围岩的连续动态观测。
[0010]在垫片和托盘之间设置有压力传感器，可对锚固杆体的受力情况进行监测，当锚固杆体的受力达到其极限承载能力的90%时，与压力传感器连接的报警器即发出警报。
[0011]本实用新型观测装置适用于对塌孔、碎肩堵塞等条件下的围岩钻孔进行观测，可以对巷道围岩内部裂纹扩展及其演化过程进行长期动态观测，并同时记录锚固体受力情况，便于分析锚固体受力与裂纹扩展之间的关系。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本实用新型做进一步说明:
[0013]图1为本实用新型观测装置的结构示意图；
[0014]图2为本实用新型套管内(中下部)的结构示意图；
[0015]图3为本实用新型裂纹观测机构结构示意图；
[0016]图中，1、锚固杆体，2、锚固杆体头部，3、套管，4、变向机构，5、裂纹观测机构，6、摄像头，7、LED光源，8、橡胶滚轮，9、线路，1、收线滚轮，11、电源，12、数据储存器，13、垫片，14、压力传感器，15、托盘，16、螺母，17、紧固螺栓，18、报警器，19、通孔，20、螺纹，21、锚固剂，22、数据输出接口。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型公开了一种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。
[0018]本实用新型，巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，如图1所示，包括锚固杆体1、套管3、变向机构4、裂纹观测机构5、摄像头6、LED光源7、橡胶滚轮8和对锚固杆体I以及套管进行固定的固定机构，其中，锚固杆体I和套管3为中空透明材质制成的，目的是为了便于观测，锚固杆体端部2伸入围岩内部，周围用锚固剂21进行锚固，锚固杆体I的长度可以根据围岩的深度进行调节，为了适应不同深度的围岩，优选将锚固杆体I设置为可拆卸的多段结构，比如锚固杆体I由杆体一、杆体二、杆体三和杆体四组成，其中，相邻的杆体之间通过螺纹20连接，每段杆体的长度根据实际情况进行选择，如当锚固杆体I的总长度为8000mm时，杆体一、杆体二、杆体三和杆体四的长度为2000mm，相邻的杆体之间通过端部的螺纹进行连接，也可以通过增加小节数量来增加锚固杆体总长度，锚固杆体大部分伸入围岩内，锚固杆体外露端的长度为120mm，外露端即锚固杆体的尾部通过依次连接的垫片13、托盘15、螺母16和紧固螺栓17，垫片13位于最内侧(靠近围岩)，通过紧固螺栓17和螺母16挤压托盘15，对锚固杆体与套管的尾部进行固定，套管套在锚固杆体内，如套管的外径为100mm，内径为40mmο
[0019]裂纹观测机构5位于套管3内，裂纹观测机构5可在套管内上下移动，三个摄像头可以对围岩进行360°观测，这是本实用新型的核心改进点，如图3所示，裂纹观测机构5为了方便套置在套管内，其外形为圆柱形，圆柱形的腔体外壁圆周方向上设置摄像头6和LED光源7，实用新型优选LED光源7设置两组，两组呈平行设置，每组个数有6个，摄像头6设置有3个，在裂纹观测机构腔体内设置有橡胶滚轮8，橡胶滚轮8通过位于裂纹观测机构内部的马达，利用齿轮等进行驱动，橡胶滚轮带动该裂纹观测机构上下移动，如图2所示，电源11和数据储存器12位于套管的底部，在靠近电源11处设置有收线滚轮10，收线滚轮10通过线路9与橡胶滚轮连接，当裂纹观测机构上下移动时，收线滚轮对线路进行收放，在腔体的顶部设置有变向机构4，变向机构4用于控制裂纹观测机构的转向运动。
[0020]在垫片13和托盘15之间设置有压力传感器14，压力传感器14的一端通过线路与数据储存器12、电源11依次连接，另一端通过线路连接有报警器18。报警器18由LED显示器与发光二极管及蜂鸣器组成，LED显示器可以显示压力传感器的受力情况，当锚固杆体受力达到其极限承载能力的90%即发出警报，数据输出接口 22用于读取数据储存器12记录的数据进行读取。
[0021]优选的，在紧固螺栓中部设有通孔19，用于压力传感器与数据储存器12之间的线路通过。
[0022]本实用新型观测装置的观测方法，大体包括以下步骤:
[0023]首先，按照上述组建安装好观测装置；
[0024]其次，开启电源，裂纹观测机构内的马达驱动橡胶滚轮，橡胶滚轮带动裂纹观测机构上下移动，通过腔体外壁圆周方向上的摄像头以及LED光源对围岩裂纹进行观测，实现对围岩裂纹的动态监测，收线滚轮配合橡胶滚轮适当收放线；
[0025]最后，观测到的数据通过数据储存器、数据输出接口进行读取，在垫片和托盘之间的压力传感器对锚固杆体的受力情况进行监测，当达到其极限承载能力的90%时，由与它连接的报警器发出警报。
[0026]需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，包括裂纹观测机构、中空透明的锚固杆体及套管，所述锚固杆体的端部伸入围岩内部，并通过锚固剂对所述锚固杆体的端部进行锚固，其特征在于: 所述套管设置在所述锚固杆体内中下部，所述裂纹观测机构位于所述套管内，所述裂纹观测机构为圆柱形的腔体，在所述腔体的圆周面上设置有LED光源和摄像头，所述腔体内设置有用于驱动所述腔体上下移动的橡胶滚轮，所述腔体的顶部和底部设置有用于驱动所述裂纹观测机构的变向机构，所述套管的底部还设置有电源、收线滚轮及数据储存器，所述电源通过线路分别与所述LED光源、摄像头连接； 所述锚固杆体的尾部依次套置有用于对其进行固定的垫片、托盘、螺母和紧固螺栓，其中，垫片在靠近围岩的一侧，在所述垫片和托盘之间设置有压力传感器，所述压力传感器的一端通过线路与所述数据储存器、电源依次连接，另一端通过线路连接有报警器，所述数据储存器用于记录所述摄像头的影像和压力传感器输出的数值。2.根据权利要求1所述的巷道围岩裂纹扩展及其演化过程观测装置，其特征在于:所述锚固杆体由第一杆体、第二杆体、第三杆体和第四杆体依次连接而成，相邻的杆体通过螺纹形成可拆卸连接。
【文档编号】E21B47/26GK205638425SQ201620490066
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】顾东东, 谭云亮, 郭伟耀, 张强, 宗彩建, 顾清恒
【申请人】山东科技大学