一种顶底板移近量测量装置

1.本实用新型涉及一种顶底板移近量测量装置，特别适用于煤矿巷道顶底板移近量的测量装置，可提高测量范围和精度。


背景技术：

2.随着煤矿行业的不断发展，浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭开采逐渐向深部进军，煤炭巷道受到“三高一扰动”的影响，更容易发生破坏，其中顶底板破坏是煤矿的主要灾害源之一，由于采空区处的煤层开挖，使得巷道两帮的顶板约束减少，巷道顶板在深层矿山压力作用下产生裂隙，进而发生破碎，最后使得顶板产生较大位移、冒落甚至破坏，这种灾害会严重影响煤矿安全开采及工人自身安全。为对巷道顶底板位移进行精确的测量，防止顶底板位移过大威胁工人生命安全，开发一种矿用顶底板移近量测量装置。
3.在本实用新型之前，专利号为201120340095.3的实用新型公布了一种顶底板移近量传感器，包括采集顶板下沉或底板突起信号的安装组件、接收并传递安装组件和采集信号传感器主体；此套顶底板移近量测量装置避免了弹簧因受压旋转或角度问题造成的测量误差以及对钢丝绳的磨损，但该装置与顶底板接触面积较小，在顶底板发生不均匀沉降时，易造成测量数据不精确，同时，该装置内弹簧压缩长度有限，当顶底板变化较大时，由于装置测量限度的原因，可能压弯或压坏监测装置，造成测量数据不精确，限制了其在工程实际中的应用。
4.专利号为20172157830.3的实用新型公布了一种矿用新型顶底板变形量监测装置，包括普通钢管、读数钢管、弹簧、滑轨和磁性基座。该监测装置具有成本低廉、可操作性强和原料易得等优点，但该装置属于杆件装置，竖向长度较长，在受到横向冲击荷载时，易发生测点移动或装置损坏，影响装置的测量精度。
5.针对以上发明存在的缺陷，需要发明一种结构简单、施工方便、防碰撞性能良好且适用于大变形巷道的顶底板移近量测量装置。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有顶底板移近量测量仪的不足，提供了一种结构简单、使用方便的顶底板移近量测量装置，解决了测量长度有限、装置易碰坏和杆件装置易变形造成测量不精确等问题，使该装置更适合于巷道顶底板移近量的监测。
7.本实用新型一种顶底板移近量测量装置的构造是：由固定底座、钢丝绳、定滑轮、钢丝绳预紧组件、钢管套筒、滑动变阻线路和直流稳压电源组成。所述固定底座安装于巷道底板，所述定滑轮安装于固定底座正上方，所述钢管套筒、钢丝绳预紧组件和直流稳压电源安装于巷道顶板与定滑轮成一条直线，所述滑动变阻线路安装于钢管套筒内，所述钢丝绳由钢丝绳预紧组件抽出后穿过滑动变阻线路、定滑轮后与固定底座相连。
8.所述固定底座由半圆形钢管和厚度为8mm的钢板焊接而成，四边由膨胀螺栓固定在底板岩层内，用于固定钢丝绳；所述定滑轮固定在顶板上，用于实现钢丝绳的转向，安装
固定底座和定滑轮时应保证两者处在同一竖直方向，以保证钢丝绳始终处于垂直状态。
9.所述钢丝绳为三捻镀锌钢丝绳，直径为3～4mm，钢丝绳表面涂油，由钢丝绳预紧组件中抽出，穿入钢管套筒后穿上一橡胶套与滑动变阻器滑块通过塑料扎带连接，再通过定滑轮实现转向，最后固定在固定底座上，并利用钢丝绳预紧组件使钢丝绳始终保持紧绷。
10.所述钢管套筒是三段粗细不同的半圆形套筒，套筒之间焊接，其主要作用在于滑动变阻线路的固定和保护；在滑动变阻线路固定完成后，将钢丝绳与滑动变阻器滑块连接紧固，最后将套筒平面部分接触顶板并固定在顶板上。
11.所述钢丝绳预紧组件，由固定装置，塑料外壳，转动轴和弹簧片组成，所述固定装置由钢片焊接而成用于放置预紧组件并与顶板进行连接，所述塑料外壳内部有防止钢丝绳收束时由于缠线混乱发生卡顿的轨道，所述弹簧片一端固定在转动轴上，另一端与钢丝绳连接，钢丝绳由塑料外壳上预留出口抽出，松弛时自动回收从而实现预紧。
12.所述滑动变阻线路由固定在钢管套筒中的滑动变阻器和直流稳压电源组成，利用滑动变阻器电阻的线性性质，实现电流伴随顶底板位移的变化，并根据顶底板位移量与电流大小换算关系式，确定顶底板总位移量。
13.所述顶底板位移量与电流大小换算关系式为：
14.l＝αi＝α(u/r)
15.式中：l—顶底板位移量
16.α—顶底板位移量与电流的换算系数，根据实际选取变阻器型号确定
17.i—电流
18.u—电压
19.r—电阻。
20.所述直流稳压电源为一带电流电压显示屏的电源，且自带信号天线，可将测量值实时传送到矿压监测系统中。
21.所述定滑轮、钢管套筒、钢丝绳预紧组件固定装置、直流稳压电源使用云石胶与顶板做临时固定并用膨胀螺栓做永久固定。
22.所述定滑轮、钢管套筒、钢丝绳预紧组件组成一条直线且直线长度不超过巷道荒高。
23.本实用新型一种顶底板移近量测量装置的使用方法，具体包括以下步骤：
24.(1)按照施工要求在指定位置安设定滑轮和固定底座，使其处于同一竖直方向；
25.(2)钢丝绳从预紧组件中抽出穿入钢管套筒后穿上一橡胶套与滑动变阻器滑块通过塑料扎带连接紧固，后穿出钢管套筒通过定滑轮实现转向最后固定在固定底座上，并固定好钢管套筒和钢丝绳预紧组件，滑动变阻线路由管孔引出后连接在直流稳压电源上；
26.(3)当巷道顶板发生下沉或底板发生鼓起时，钢丝绳会发生松弛，通过钢丝绳预紧组件的收紧作用，引起钢丝绳移动，从而带动与钢丝绳连接的滑块移动，改变滑动变阻的阻值进而使电流大小发生变化，根据滑动变阻器电阻的线性性质，结合公式l＝αi＝α(u/r)可得到顶底板位移量的大小。
27.本实用新型一种顶底板移近量测量装置具有以下优点：
28.(1)本实用新型装置结构简单，安装方便，测量限度大，可以通过更换不同长度滑动变阻器和调节钢丝绳长度使其能够适用于不同高度的巷道；
29.(2)本实用新型利用滑动变阻器电阻的线性性质，结合公式l＝αi＝α(u/r)来得到顶底板位移量，避免了装置测量的微小误差，进而提高了测量数据的精度；
30.(3)本实用新型采用钢丝绳代替传统杆件测量，在横向冲击作用下，通过滑轮组件的预紧力能够使测量装置恢复到原状态，避免了装置的破坏，减少了安装、修复仪器的工作量。
附图说明
31.图1为本实用新型一种顶底板移近量测量装置内部结构示意图。
32.图2为本实用新型一种顶底板移近量测量装置局部放大图。
33.图3为本实用新型一种顶底板移近量测量装置钢丝绳预紧组件剖面图。
34.图4为本实用新型一种顶底板移近量测量装置滑动变阻线路电路图。
35.图5为本实用新型一种顶底板移近量测量装置直流稳压电源示意图。
36.图例说明：1-固定底座、2-钢丝绳、3-定滑轮、4-钢管套筒、5-滑动变阻器线路、51
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滑动变阻器、52-塑料扎带、53-橡胶套、54-滑动变阻器滑块、6-管孔、7-钢丝绳预紧组件、 71-转动轴、72-钢丝绳导轨、73-弹簧片、8-直流稳压电源、81-表盘、82-接线柱、83-信号天线。
具体实施方式
37.本实用新型提供了一种顶底板移近量测量装置，为使本实用新型的目的及使用方法更加清楚、明确，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
38.如图1所示，本实用新型一种顶底板移近量测量装置的构造是由固定底座1、钢丝绳 2、定滑轮3、钢管套筒4、滑动变阻器线路5、滑动变阻器51、塑料扎带52、橡胶套53、滑动变阻器滑块54、管孔6、钢丝绳预紧组件7、转动轴71、钢丝绳导轨72、弹簧片73、直流稳压电源8、表盘81、接线柱82、信号天线83组成。
39.其中所述的固定底座1由半圆形钢管和厚度为8mm的钢板焊接而成，四边由膨胀螺栓固定在底板岩层内，用于固定钢丝绳2；所述定滑轮3固定在顶板上，用于实现钢丝绳2 的转向；同时还需保证固定底座1和定滑轮3处在同一竖直方向，以保证钢丝绳2始终垂直。
40.所述钢丝绳2为三捻镀锌钢丝绳，直径为3～4mm，钢丝绳2表面涂油，由钢丝绳预紧组件7中抽出，穿入钢管套筒4后穿上一橡胶套53与滑动变阻器滑块54通过塑料扎带连接，再通过定滑轮3实现转向，最后固定在固定底座1上，并利用钢丝绳预紧组件7使钢丝绳2始终保持紧绷。
41.所述的钢管套筒4是三段粗细不同的半圆形套筒，套筒之间焊接，其主要作用在于滑动变阻线路5的固定和钢丝绳2的导向；在内部滑动变阻线路5完成固定且钢丝绳2与滑块 54连接紧固后，将套筒平面部分接触顶板固定在顶板上。
42.所述的滑动变阻线路5是通过钢丝绳2移动带动滑动变阻器滑块54以改变电阻大小，从而改变电流大小，再根据滑动变阻器51的线性性质利用公式l＝αi＝α(u/r)实现电流信号与顶底板移近量的转换，组成一个完整的顶底板移近量测量装置。
43.所述直流稳压电源8为一带电流电压显示屏的电源，且自带信号天线83，可将测量值实时传送到矿压监测系统中。
44.所述定滑轮3、钢管套筒4、钢丝绳预紧组件7、直流稳压电源8使用云石胶与顶板做临时固定并用膨胀螺栓做永久固定。
45.所述定滑轮3、钢管套筒4、钢丝绳预紧组件7组成一条直线且直线长度不超过巷道荒高。
46.本实用新型一种顶底板移近量测量装置的使用方法，具体包括以下步骤为：
47.(1)按照施工要求在指定位置安设定滑轮3和固定底座1，使其在同一竖直方向；
48.(2)钢丝绳2穿过钢管套筒4分别连接在定滑轮3和固定底座1上，并固定好钢管套筒4和预紧滑轮组件7，钢丝绳2在钢管套筒4中穿过橡胶套53然后与滑动变阻器滑块54通过塑料扎带52连接，使其与滑动变阻线路5连接为一个整体，线路经管孔6引出连接在直流稳压电源8上；
49.(3)当巷道顶底板发生下沉或鼓起时，钢丝绳2发生松弛，通过钢丝绳预紧组件7的预紧作用，引起钢丝绳2的移动，导致与钢丝绳2连接的滑动变阻器滑块64移动，从而改变了滑动变阻器51的阻值和电流大小，再根据滑动变阻器51的线性性质利用公式l＝αi＝α(u/r) 实现电流信号与顶底板移近量的转换。