Шахтный стоечный измерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 447 19) ( Е 21 С 39/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВИДЕТЕПЬСТВ Н АВТОРСНО каябирскоОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт горного дела Сиго отделения АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССйф 330664, кл. Е 21 О 15/46, 19692. Ямщиков В.С, Методы и средствисследования и контроля горных порои процессов, М., "Недра", 1981,с. 189- 191 (прототип) .(54)(57) ШАХТНЫЙ СТОЕЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, состоящий из онования, выполненного в виде стакана, установленной в нем с возможностью вертикального перемещения опорной плиты, пружины и чувствительного элемента, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, он снабжен прикрепленнымик плите акселерометром и термодатчиком, причем использована коническаятелескопическая с витками прямоугольного сечения пружина, которая установлена большим основанием кверху,а чувствительный элемент выполненв виде реостата, обмотка которогоприкреплена к центру опорной плиты,а ползунок - к стакану.Изобретение относится к средствамизмерения и может быть использованов горном деле при одновременных со"средоточенных измерениях основныхмеханических параметров при воздействии шахтной крепи на стойки выра"ботки: перемещения,давления, ускорения и температуры близлежащего пространства, что необходимо при анализединамического состояния массива горных пород и прогнозировании его изменения.Известно устройство для измерениясмещения горных пород в скважинах,включающее основание и крышку, выполненные в виде телескопических труб,закрытых с торцов наконечниками сприкрепленными к ним переходнымимуФтами для соединения с реперами,и реостатный датчик с элементами со Опротивления, в виде проводов с ползуном 1 ,Данное устройство позволяет измерять линейные перемещения в массивегорных пород, однако оно неприменимо 5для измерения знацительных лйнейныхперемещений, Кроме того, для оценкидинамического состояния массива необходимо производить комплексный сосредоточенный одновременный и долговременный контроль различных механи"ческих параметров шахтной крепи: давления крепи на стойки, ускоренияв точке контакта крепи со стойкой иизменения температуры близлежащегопространства, цто данное устройствоне позволяет измерять.Известен шахтный стоецный измерительный преобразователь, состоящийиз основания, выполненного в видестакана, установленной в нем с возможностью вертикального перемещенияопорной плиты, пружины и чувствительного элемента. В этом преобразователе нагрузка через стакан передаетсяна мембрану, которая, прогибаясь,воздействует через регулировочныйвинт на рыцаг, Перемещение рычагаФиксируется индикаторным измерителем, который вставляется в отверстиештуцера на время замера, или самописцем 2 .1В настоящее время в условиях подземного горного предприятия для оценки поведения горного массива необходимо одновременно контролировать ста тические и динамические параметрымассива горных пород для прогнозаразлицного рода динамических проявлений, таких, как. горные ударь., ки и т.д. Последствия таких проявлений могут приносить значительный материальный ущерб, выражающийся, -как правило, в несколько сот тысяч рублей, Поэтому разработанЫ различные измерительные системы и комплексы, предназначенные для одновременного комплексного многопараметрического .и сосредоточенного измерения, сбора и обработки различного рода инФормации о состоянии массива, 8 частности,. как элемент такого .комплекса предполагается создание системы контроля за изменением горного давления, перемещения, ускорения в точке контакта крепи со стойкой, а также температуры окружающей среды, Данный преобразователь не пригоден для комплексных измерений одновременно нескольких параметров в одной точке.Однако при необходимости осуществления одновременного контроля в настоящее время используются для измерения каждого параметра различные первичные перобразователи. Например, для измерения перемещения крепи и давления на нее могут исполь. зоваться соответственно описанныеустройства. Это весьма неудобно при эксплуатации, так как каждый первичный преобразователь необходимо монтировать для измерений и демонтировать после их проведения, что усложняет процесс подготовки к измерениям. Для получения инФормации из одной тоцки необхбдимо в ней установить несколько (по количеству контролируемых параметров) первичных преобразователей, что исключает сосредоточенный контроль и вносит пространственную погрешность в результаты измерений.Кроме того, использование для передачи инФормации о. каждом параметре кабельного хозяйства значительной протяженности также неудобно, Кроме того, это неэкономично, так как кабели в период эксплуатации необходимо неоднократно заменять, что существенно увеличивает стоимость в общем недорогогои простого устройства. Наряду с этим применение нескольких первичных преобразователей, каждый из которых предназначен для измерения конкретного. параметра, неэкономично и ввиду затрат на материал, изготовление и монтаж.786 4 устроиства 3 1044Цель изобретения - повышение точ", ности и расширения функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что шахтный стоечный измерительный преобразователь, состоящий из основания, выполненного в виде стакана, установленной в нвм с возможностью вертикального перемещения опорной плиты, пружины и чувствительного эле мента, снабжен прикрепленными к плите акселерометром и термодатчиком, причем использована коническая телескопическая с витками прямоугольного сечения пружина, которая установлена большим основанием кверху, а чувствительный элемент выполнен в виде реостата, обмотка которого прикреплена к центру опорной плиты, а ползунок - к стакану. 20Неподвижное рснование в виде стакана, установленная на нем подвижная опорная плита и расположенная между ними перемещающаяся под действием горного давления коническая те- д 5, лескопическая пружина, выполняющие функцию несущих опорных элементов, изготовлены массивными из заготовокзначительной толщины, что позволяет выдерживать давление на стойку шахтной крепи до 5 тонн. Кроме того, выполнение чувствительного элемента в . Виде жестко соединенных между собой конической телескопической пружины с витками прямоугольного сечения и размещенного внутри нее реостата позволяет при совместном их перемещении наряду с линейно-пропорциональной деформационно-нагруэочной характеристикой деформации пружины от давления получить линейно-пропорцио 40 нальную характеристику изменения сопротивления с давлением, При соответствующей предварительной тарировке в лабораторных условиях чувствительныи элемент при одном и том жеч45 ходе пружины возможно использовать не только для измерения давления на стойку крепи, но и для перемещения ее, что расширяет функциональные воэможности преобразователя. Кроме того, 5 характеристика изменения сопротивления с перемещением также линейно-про"порциональна. Все это облегчает интерпретацию результатов измерений ипозволяет в шахтных условиях оценивать величины изменяющихся наг рузок и перемещений на стойку шахтной кре" ,пи, Жесткое соединение между собой пружины и реостата таким образом, что нижняя установочная поверхность пружины меньшим своим диаметром помещена в основании и верхняя установочная поверхность ее большим своим диаметром укреплена на внутренней стороне опорной плиты, позволяет расположить внутри пружины акселерометр, закрепить его на внутренней стороне опорной плиты и установить на корпусе акселерометра реостат, Такая конструкция позволяет измерять ускоре" ние в точке контакта крепи со стойкой, свести к минимуму чувствительность акселерометра к горному давлению и позволяет измерять температуру близлежащих горных пород.Шахтный стоечный измерительный преобразователь может одновременно измерять четыре параметра при одномходе пружины; давление крепи на стойку, перемещение и ускорение в точке контакта стойки с крепыш., а также температуру близлежащих пород,что расширяет его функциональныевозможности. Это создает определенные удобства при эксплуатации, таккак для подготовки к комплексным измерениям проводится монтаж лишь одкого устройства. Кроме того, получена воэможность проводить иэ одной точки одновременный сосредоточенный контроль нескольких (четырех) параметров, размещая первичные преобра" зователи в одном корпусе, что, во"первых, повышает точность измерений5 и, во-вторь 1 х, наряду с удобствамиэксплуатации, экономично, так какисключают ся дополнитель ные затраты,на материалы, изготовление и монтаж. Для передачи измерительной информации к регистратору можно использовать лишь один кабель, что также наряду с удобствами эксплуатации и экономично, так как снижает стоимостьч На чертеже изображено сечение шахтного стоечного измерительного преобразователя.Шахтный стоечный измерительный преобразователь включает основаниевыполненное в виде Стакана с укрепленными на нем зажимной гайкой 2 и опорной плитой 3 и установленной между ними конической телескопической пружиной 4 с витками прямоугольной Формы, выполненных иэ заготовокНижняя опорная поверхность пружи-ны меньшего диаметра неподвижно установлена и прижата в отверстие основания, а большее верхнее основаниепружины укреплено в углублениях опорной плиты 3.На внутренней стороне опорнойплиты установлен при помощи винта 5акселерометр 6, на .корпусе которогоразмещена обмотка реостата 7 цилиндрической формы с ползунком 8, закрепленным,на изолированной подложке 9.Для защиты реостата от воздействияпыли и влаги шахтного воздуха он помещен в резиновую гофрированную оболоцку 10, поджатую с одной сторонык опорной плите при помощи шайбы 11,а другой конец оболочки поджат пружиной к отверстиям в основании.В опорной плите вблизи непосредственного контакта ее с массивом установлен в термоизоляционной оболочке 12 безынерционный термодатчик 13,а выводы от акселерометра реостатаи термодатцика через кабели 14 сЬеди. 25нены с кабельным разъемом 15, Изме"рительный шахтный преобразовательукрепляется на стойке шахтной крепипри помощи резьбового соединения 16.Преобразователь работает следующимз 0образом.Устройство устанавливается в стойку шахтной крепи таким образом, чтобы основание 1 при помощи резьбовогосоединения 16 имело со стойкой жесткий контакт, а опорная плита 3 упи-ралась в шахтную крепь,Под действием давления опорнаяплита 3, перемещается и давит на коническую телескопическую пружину 4, 40витки которой поступательно перемещаются относительно друг друга. Приэтом перемещается и укрепленнай накорпусе акселерометра 6 обмотка реостата 7, а с ползуна 8 по кабелю 14через кабельный разъем 15 на измерительное оборудование поступает информация.об изменении сопротивления.Сравнивая зарегистрированные значения с тарировочными данными, полученными предварительно в лабораторных условиях, регистрируем соответствующие конкретной релицине сопротивления значения давления и перемещения крепиКроме того, одновременно.с акселерометра 6 и термодатчика 13 поступает измерительная информация об ускорении и температуре в точке контакта стойки с крепыш.Использование измерительного шахтного преобразователя по сравнению с базовым объектом обеспечивает следующие преимущества: расширяет функ-циональные возможности устройства путем применения в качестве измерительного элемента жестко соединенных конической телескопической пружины с укрепленным на корпусе акселерометра реостатом, что позволяет за один ход пружины наряду с давлением измерять смещение и ускорение в точ- . ке контакта крепи со стойкой; повышает точность и достоверность измерительной информации посредством сосредоточенного контроля основных параметров, что исключает иэ результатов измерений пространственную погрешность, создает удобства эксплуатации благодаря использованию всего одной операции монтажа устройства при подготовке его к измерениям и демонтажа после измерений, а также благодаря конструктивному размещению всех первичных преобразователей в одном корпусе; повышает эко.номичность устройства, так как исключает затраты на .дополнительные материалы, изготовление и монтаж. Кроме того, за счет использованиялишь одного кабеля для передачи измерительной информации стоимость устройства значительно снижается; отсутствие дополнительных приспособлений " специальных динамических муфтдля крепления преобразователя кшахтной стойке - упрощает конструкцию устройства.оектоо.д Ъ юВВЕЕЕ 4 пи Ре Зака сное П ект ор 8 ТираГосударстведелам изобреМосква ЖА А Филиал ППП "Патент", г 9/28ВНИИПИпо11 ОД 603ого комитета ССний и открытийРаушская наб.