一种矿洞岩层压力监测装置

1.本技术涉及隧道岩层压力监测领域，特别涉及一种矿洞岩层压力监测装置。


背景技术：

2.隧道施工、使用和维护过程中，岩层压力数据是重要的隧道状态监测指标之一，多采用钻孔布置压力传感器的方式来实现岩层压力数据的监测。
3.目前用于围岩钻孔中的压力传感器多需要布置辅助支杆或粘贴结构，以实现压力传感器在钻孔内的稳定布置，而在实际施工过程中，所需监测位置会发生多次变动，采用辅助支杆或使粘贴结构不便进行循环使用；另外，传统的压力监测装置由于测量精度和体积问题多被电子式的压力测量装置所替代，但是能够耐受恶劣环境的压力测量装置造价较高，不便于推广使用，而传统的压力监测装置虽然能够耐受恶劣的环境，但受限于其体积需要大直径钻孔，容易对围岩强度产生影响，仍难以满足隧道内围岩压力监测的需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种矿洞岩层压力监测装置，利用卡合块配合斜面结构，稳定卡合在钻孔内，将岩层沿钻孔径向的压力变化转化为沿轴向的压力，反向推动液压缸从而改变液压缸内的压力，利用压力表测取液压缸内的压力进行换算后即可获取岩层内的压力变化。
5.为了实现上述目的，采用以下技术方案：
6.一种矿洞岩层压力监测装置，包括底座、卡合块、液压缸和压力表，底座上设有斜面，卡合块滑动连接斜面，卡合块远离斜面的一侧为圆弧状贴合面，底座远离斜面的一侧为圆弧状支撑面，液压缸安装在底座上，液压缸活塞杆输出端通过传动机构连接卡合块，卡合块通过沿斜面滑动驱动活塞杆伸缩，压力表连通液压缸。
7.进一步地，所述底座为局部圆柱状结构，沿轴向上，底座顶部形成相交的斜面和安装面，底座底部为贴合面；卡合块为局部圆柱状结构，配合斜面的一侧形成滑动面。
8.进一步地，所述液压缸连接安装面，液压缸活塞杆输出端朝向斜面，活塞杆轴线与底座轴线平行。
9.进一步地，所述安装面所在平面与底座轴线平行，安装面与斜面呈钝角，滑动面贴合斜面，卡合块轴线与底座轴线平行。
10.进一步地，所述斜面上设有导轨，卡合块上设有滑槽，导轨配合滑槽形成第一滑动副。
11.进一步地，所述斜面和/或导轨上设有转动件，转动件配合卡合块以形成滚动摩擦。
12.进一步地，所述传动机构包括连接活塞杆的滑块和布置在卡合块上的凹槽，滑块和凹槽配合形成第二滑动副，卡合块沿斜面滑动时，滑块沿凹槽滑动以维持活塞杆与底座平行。
13.进一步地，所述凹槽沿卡合块径向布置，活塞杆一端穿过凹槽一侧开口连接滑块，滑块沿凹槽的滑动轨迹与活塞杆轴线垂直。
14.进一步地，沿卡合块径向上，凹槽底部连接有弹性件，弹性件远离凹槽底部的另一端连接滑块。
15.进一步地，所述压力表通过油管连接至液压缸，压力表引出到远离液压缸位置。
16.与现有技术相比，本技术具有的优点和积极效果是：
17.(1)利用卡合块配合斜面结构，稳定卡合在钻孔内，将岩层沿钻孔径向的压力变化转化为沿轴向的压力，反向推动液压缸从而改变液压缸内的压力，利用压力表测取液压缸内的压力进行换算后即可获取岩层内的压力变化。
18.(2)采用局部圆柱状的底座结构和卡合块结构，其弧形边能够贴合钻孔内壁，方便底座结构、卡合块结构稳定布置在钻孔内，卡合块沿斜面逐渐移动扩张贴合钻孔内壁，避免整体监测装置从钻孔内的滑脱。
19.(3)所述液压缸通过出传动机构连接卡合块，利用传动机构将卡合块沿斜面的移动转化为沿液压缸轴向的推动，避免了沿斜面移动过程中径向的位移导致液压缸位置的变化，实现了对卡合块所受压力的稳定测取。
20.(4)斜面配合卡合块的位置设置有转动件，利用转动件使得卡合块与斜面之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力，降低所受阻力，提高测取压力时推动卡合块移动的精度。
21.(5)传动机构的滑块、凹槽之间设有弹性件，通过弹性件进行滑块位置改变后的复位，避免滑块沿凹槽滑动过程中被卡住导致无法移动的问题，提高了其传动的流畅性。
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
23.图1是本技术实施例1中矿洞岩层压力监测装置的整体结构示意图；
24.图2是本技术实施例1中矿洞岩层压力监测装置卡合块的示意图；
25.图3是本技术实施例1中矿洞岩层压力监测装置底座的示意图；
26.图4是本技术实施例1中矿洞岩层压力监测装置滑块的结构示意图。
27.图中，1压力表，2油管，3活塞杆，4卡合块，5底座，6导轨，7滑块，8液压缸，9安装块，10凹槽，11弹性件，12滑槽，13斜面，14安装面。
具体实施方式
28.实施例1
29.本技术的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种矿洞岩层压力监测装置。
30.针对目前煤矿矿洞、金矿矿洞和隧道围岩所需求的围岩压力监测，解决目前电子式压力监测设备难以在恶劣环境下工作的问题，通过卡合块4接收围岩压力变化，并通过斜面13配合传动机构转化为轴向力和位移，推动液压缸8活塞杆3使得内部压力发生变化，利用液压压力表1测取液压缸8内的压力变化，压力表1能够引出到钻孔外，间接测取隧道围岩内压力，并方便进行读取。
31.具体的，包括底座5、卡合块4、液压缸8和压力表1，底座5既作为其他各个元件的承载装置，又作为将装置稳定安装在围岩钻孔内的连接结构，卡合块4与底座5上预设的斜面13贴合，从而在卡合块4受到压力时能够沿斜面13方向发生位移，卡合块4通过传动机构连接液压缸8，在卡合块4位置发生变化时，液压缸8活塞杆3的位置也发生变化，从而使得液压缸8内部压力发生变化，经过油管2传递压力后，由压力表1测取。
32.结合图1、图3，底座5为局部圆柱状结构，在本实施中，底座5设置有与卡合块4配合的斜面13结构，还设置有安装液压缸8的安装面14结构；对应底座5所在的圆柱结构的轴向上，斜面13和安装面14依次布置，且均位于底座5的顶部，斜面13与安装面14相交，卡合块4配合在斜面13上，液压缸8通过安装块9连接安装面14。
33.为了适应钻孔的形状，底座5远离斜面13的一侧的底面呈圆弧状，形成接触并贴合钻孔内壁的支撑面；卡合块4需要接受围岩内部挤压作用，为了方便卡合块4接受围岩作用，卡合块4远离斜面13的一侧也为圆弧状结构，形成接触并贴合钻孔内壁的贴合面；在底座5、卡合块4安装至钻孔后，贴合面、支撑面分别贴合钻孔内壁，随着卡合块4沿斜面13的上升，卡合块4、底座5稳定卡合在钻孔内，精确接受围岩内压力作用。
34.在使用时，通过油管2接入外部液压源，驱动液压缸8动作，带动滑块7沿斜面13滑动，增加装置的径向高度，从而使其过盈卡合在围岩钻孔内。
35.采用局部圆柱状的底座5结构和卡合块4结构，其弧形边能够贴合钻孔内壁，方便底座5结构、卡合块4结构稳定布置在钻孔内，卡合块4沿斜面13逐渐移动扩张贴合钻孔内壁，避免整体监测装置从钻孔内的滑脱。
36.卡合块4与底座5斜面13之间形成滑动配合，卡合块4远离斜面13的一侧为圆弧状贴合面，底座5远离斜面13的一侧为圆弧状支撑面，液压缸8安装在底座5上，液压缸8活塞杆3输出端通过传动机构连接卡合块4，卡合块4通过沿斜面13滑动驱动活塞杆3伸缩，压力表1连通液压缸8。
37.对于液压缸8与底座5的配合，液压缸8连接安装面14，液压缸8活塞杆3输出端朝向斜面13，活塞杆3轴线与底座5轴线平行；安装面14上布置有安装块9，安装块9呈凹形结构，液压缸8一端能够卡合在凹形结构内进行固定，在液压缸8受到卡合块4作用时能够与底座5保持相对固定，实现活塞杆3位置与液压缸8本体位置的相对变化，从而液压缸8内油压的变化经由油管2被压力表1所测取。
38.如图3所示，安装面14所在平面与底座5轴线平行，安装面14与斜面13呈钝角，滑动面贴合斜面13，卡合块4轴线与底座5轴线平行。
39.可以理解的是，对于安装面和斜面的角度，根据钻孔内岩层预计压力，按照传力比进行计算得出，根据需求选择合适角度。
40.利用卡合块4配合斜面13结构，稳定卡合在钻孔内，将岩层沿钻孔径向的压力变化转化为沿轴向的压力，反向推动液压缸8从而改变液压缸8内的压力，利用压力表1测取液压缸8内的压力进行换算后即可获取岩层内的压力变化。
41.如图2所示，对于卡合块4、斜面13的配合结构，斜面13上设有导轨6，卡合块4上设有滑槽12，导轨6配合滑槽12形成第一滑动副，导轨6与滑槽12的配合形成对卡合块4和斜面13相对移动方向的约束，使得卡合块4沿斜面13向上或向下移动，使得其移动轨迹方向与油缸活塞杆3轴线共面，保持其传动过程中的平稳性。
42.进一步地，斜面13和/或导轨6上设有转动件，转动件配合卡合块4以形成滚动摩擦；斜面13配合卡合块4的位置设置有转动件，利用转动件使得卡合块4与斜面13之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力，降低所受阻力，提高测取压力时推动卡合块4移动的精度。
43.所述转动件可以选用滚珠、滚轴等转动结构，滚珠、滚轴转动连接底座5结构，并嵌入底座5内。
44.对于传动机构，如图1、图4所述，传动机构包括连接活塞杆3的滑块7和布置在卡合块4上的凹槽10，滑块7和凹槽10配合形成第二滑动副，卡合块4沿斜面13滑动时，滑块7沿凹槽10滑动以维持活塞杆3与底座5平行；
45.凹槽10沿卡合块4径向布置，活塞杆3一端穿过凹槽10一侧开口连接滑块7，滑块7沿凹槽10的滑动轨迹与活塞杆3轴线垂直。
46.所述液压缸8通过出传动机构连接卡合块4，利用传动机构将卡合块4沿斜面13的移动转化为沿液压缸8轴向的推动，避免了沿斜面13移动过程中径向的位移导致液压缸8位置的变化，实现了对卡合块4所受压力的稳定测取。
47.更进一步地，沿卡合块4径向上，凹槽10底部连接有弹性件11，弹性件11远离凹槽10底部的另一端连接滑块7；所述弹性件11可以采用弹簧结构，一端连接滑块7，另一端连接凹槽10底面。
48.传动机构的滑块7、凹槽10之间设有弹性件11，弹性件11能够在滑块7作用下进行压缩、拉伸，从而在拉伸或压缩后利用其继续的弹性力带动滑块7回复原位置，通过弹性件11进行滑块7位置改变后的复位，避免滑块7沿凹槽10滑动过程中被卡住导致无法移动的问题，提高了其传动的流畅性。
49.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。