RU2376470C1

RU2376470C1 - Device for measurement of blast-holes deformation

Info

Publication number: RU2376470C1
Application number: RU2008130730/03A
Authority: RU
Inventors: Григорий Васильевич Овчаренко (RU); Григорий Васильевич Овчаренко; Дмитрий Геннадьевич Петраков (RU); Дмитрий Геннадьевич Петраков
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2009-12-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to the field of mining and may be used for continuous measurement of deformation of walls of blast-holes or boreholes in full-circle. Device for measurement of blast-holes deformation contains body structure, lighting, dim scatterer, transparent plate, spring stops. At that device is designed in the form of split encapsulant consisting of two parts. In its front part - heads of encapsulant, inside of body structure, full-circle, at equal distance from centre in equivalent sectors there are master balls arranged attached to cores moving freely in body structure. At that cores are attached to one end of retaining spring located from outer part of encapsulant front head rigidly fixed to body structure of encapsulant head. From side of blast-hole collar master balls are separated by transparent plate from rings for pulling-out of device. At head of encapsulant contains spring stops and power supply source controlled by electronic switch.

EFFECT: obtaining of most complete and exact data concerning displacement of walls of blast-holes or boreholes not removing tool during cut of web by combine.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для непрерывного измерения деформаций стенок шпуров или скважин по всей окружности, а также определения напряжений в массиве горных пород (нормальных напряжений на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальных напряжений на площадке, совпадающей с радиусом, и касательных напряжений, действующих на указанных взаимно перпендикулярных площадках).The present invention relates to the field of mining and can be used for continuous measurement of deformations of the walls of holes or boreholes around the entire circumference, as well as determining stresses in a rock mass (normal stresses at a site perpendicular to the radius, normal stresses at the site coinciding with the radius, and shear stresses acting on the indicated mutually perpendicular sites).

Известен прибор для измерения наряженного состояния массива горных пород в шпурах малого диаметра, включающий корпус, силовую плунжерную пару с твердосплавным пуансоном, расклинивающее устройство цангового типа и измерительную аппаратуру с упорным кольцом, см. а.с. № 400702, Е21С 39/00.A known device for measuring the dressed state of a rock mass in small bore holes, including a housing, a power plunger pair with a carbide punch, a proppant collet type and measuring equipment with a thrust ring, see.with. No. 400702, Е21С 39/00.

Однако данный прибор не может быть использован для непрерывного измерения поперечных деформаций шпуров и напряженного состояния массива в краевой зоне пласта в период выемки угля комбайном или стругом, так как данное устройство снабжено проводной связью и в момент выемки угля в месте установки аппаратуры возникает необходимость в прекращении измерений, извлечении прибора из шпура, в противном случае магистраль, соединяющая прибор с измерительной аппаратурой, будет повреждена шнеками выемочного органа.However, this device cannot be used for continuous measurement of lateral deformations of holes and the stress state of the array in the boundary zone of the formation during the extraction of coal by a combine or plow, since this device is equipped with a wire connection and at the time of extraction of coal at the installation site there is a need to stop measurements removing the device from the borehole, otherwise the line connecting the device to the measuring equipment will be damaged by the screws of the excavating organ.

Известно устройство для наблюдения за сдвижением горных пород, включающее глубинные реперы, кольцевые светоотражающие поверхности и измерительное приспособление, снабженное светонепроницаемой перегородкой*, и фотоприемник, источник света, между которым расположена перегородка, а также два отверстия, одно из которых расположено против фотоприемника, а другое против источника света, см. а.с. № 726335, Е21С 39/00.A device for monitoring the movement of rocks, including deep benchmarks, annular reflective surfaces and a measuring device equipped with an opaque barrier *, and a photodetector, a light source, between which there is a partition, as well as two holes, one of which is located against the photodetector, and the other against a light source, see.with. No. 726335, Е21С 39/00.

Однако данное устройство позволяет определять деформации шпуров или скважин только в продольном направлении.However, this device allows you to determine the deformation of the holes or wells only in the longitudinal direction.

Известен скважинный деформометр, взятый в качестве прототипа, см. а.с. 590452, Е21С 39/00, содержащий корпус, две прозрачные пластины с растровыми решетками с одинаковым шагом, одна из которых неподвижная, а другая подвижная, соединенными неподвижной осью, подпружиненный упор, установленный в корпусе, а на упоре шарнирно закреплена подвижная пластина с растровой решеткой и наклонным вырезом, причем неподвижная ось размещена в этом вырезе.Known borehole strain gauge, taken as a prototype, see and.with. 590452, Е21С 39/00, comprising a housing, two transparent plates with raster grids with the same pitch, one of which is stationary and the other movable, connected by a fixed axis, a spring-loaded stop installed in the housing, and a movable plate with a raster grid is pivotally mounted and an inclined cutout, the fixed axis being located in this cutout.

Однако данный прибор позволяет производить измерения деформаций стенок скважины только в одном направлении, при этом ориентируется упорами по направлению измеряемой деформации, например по вертикальной оси Z, что не дает представления о величине деформации по направлению оси X, а также по направлению между названными осями. Использование данного прибора для непрерывного измерения поперечных деформаций шпуров и напряженного состояния массива в краевой зоне пласта, в период выемки угля комбайном или стругом, затруднительно, так как данное устройство снабжено проводной связью и в момент выемки угля в месте установки аппаратуры возникает необходимость в прекращении измерений, извлечении прибора из шпура, в противном случае магистраль, соединяющая прибор с измерительной аппаратурой, будет повреждена (перерублена) шнеками выемочного органа комбайна. Установка прибора точно в одно и тоже место до прохода выемочного комбайна и после прохода места установки затруднительна, что может привести к искажению результатов измерения.However, this device allows you to measure the deformation of the walls of the well in only one direction, while being guided by stops in the direction of the measured strain, for example along the vertical Z axis, which does not give an idea of the magnitude of the deformation in the direction of the X axis, as well as in the direction between the named axes. The use of this device for continuous measurement of the transverse deformations of holes and the stress state of the array in the boundary zone of the formation, during the extraction of coal by a combine or plow, is difficult, since this device is equipped with a wire connection and at the time of extraction of coal at the installation site there is a need to stop measurements, removing the device from the borehole, otherwise the line connecting the device to the measuring equipment will be damaged (chopped) by the screws of the harvesting organ of the combine. Installing the device exactly in the same place before the passage of the mining combine and after passing the installation site is difficult, which can lead to distortion of the measurement results.

Следует также отметить, что при фотографировании мешает кабель питания, что может привести к искажению результатов измерения.It should also be noted that the power cable interferes with photographing, which can lead to distortion of the measurement results.

Техническим результатом является повышение качества измерения деформаций стенок шпуров или скважин по всей окружности и определения напряжений в массиве горных пород (нормальных напряжений на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальных напряжений на площадке, совпадающей с радиусом, и касательных напряжений, действующих на указанных взаимно перпендикулярных площадках).The technical result is to improve the quality of measuring the deformation of the walls of the holes or boreholes around the circumference and determine the stresses in the rock mass (normal stresses on the site perpendicular to the radius, normal stresses on the site coinciding with the radius, and shear stresses acting on these mutually perpendicular sites )

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения деформаций шпуров, содержащее корпус, осветитель, матовый рассеиватель, прозрачную пластину, подпружиненный упор, согласно изобретению выполнено в виде разъемной капсулы, состоящей из двух частей, при этом в передней части головки капсулы, внутри корпуса по окружности на одинаковом расстоянии от центра в равнозначных секторах размещены эталонные шарики, прикрепленные к свободно перемещающимся в корпусе стержням, причем стержни закреплены к одному концу фиксирующих пружин, расположенных с внешней стороны головки капсулы, и другим концом жестко прикреплены к корпусу головки, при этом со стороны устья шпура эталонные шарики отделены от колец для извлечения устройства прозрачной пластиной, а в задней головке капсулы располагаются подпружиненные упоры и источник питания, управляемый электронным ключом.The technical result is achieved in that a device for measuring the deformation of holes, comprising a housing, a illuminator, a frosted diffuser, a transparent plate, a spring-loaded stop, according to the invention is made in the form of a detachable capsule consisting of two parts, while in the front of the capsule head, inside the housing on equal circles from the center, in equal sectors, reference balls are placed, attached to rods freely moving in the housing, the rods being fixed to one end of the fixing wires dinner located on the outside of the capsule head and the other end are rigidly attached to the head body, while on the side of the hole of the hole, the reference balls are separated from the rings to remove the device by a transparent plate, and in the back of the capsule there are spring-loaded stops and a power supply controlled by an electronic key .

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства для измерения деформаций шпуров, на фиг.2 - разрез по линии А-А; на фиг.3 - схема установки устройства для измерения деформаций шпуров; на фиг.4 - характерные сечения шпуров в момент установки устройства и после прохода комбайном створа установки устройства.The essence of the invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings, in which figure 1 shows a General view of a device for measuring the deformation of holes, figure 2 is a section along the line aa; figure 3 - installation diagram of a device for measuring the deformation of the holes; figure 4 - characteristic cross-sections of holes at the time of installation of the device and after the passage of the combine alignment installation of the device.

Устройство для измерения деформаций шпуров выполнено в виде разъемной капсулы и состоит из передней 1 и задней 2 головок капсулы, взаимосвязанных посредством резьбового соединения (фиг.1). В передней головке капсулы размещены фиксирующие пружины 3, выходящие за пределы передней головки капсулы 1 (фиг.2) и жестко скрепленные со стержнями 4, свободно перемещающимися внутри передней головки капсулы. Стержни 4 жестко скреплены с эталонными шариками 5. Эталонные шарики 5 размещены внутри передней 1 головки капсулы и защищены со стороны устья шпура защитной прозрачной пластиной 6, жестко закрепленной внутри передней головки 1 капсулы. Впереди прозрачной пластины 6 жестко закреплены кольца 7 для установки и извлечения устройства из шпура, а со стороны забоя шпура за эталонными шариками 5 жестко закреплен экран 8 молочного цвета, который освещается с помощью источника питания 9, лампочки накаливания 10, электронного ключа 11. В задней головке 2 капсулы закреплены жестко с одной стороны пластинчатые распорные пружины 12.The device for measuring the deformation of the holes is made in the form of a detachable capsule and consists of a front 1 and rear 2 capsule heads interconnected by means of a threaded connection (Fig. 1). In the front head of the capsule, fixing springs 3 are placed, extending beyond the front head of the capsule 1 (FIG. 2) and rigidly fastened with rods 4 freely moving inside the front head of the capsule. The rods 4 are rigidly fastened to the reference balls 5. The reference balls 5 are placed inside the front 1 of the capsule head and are protected from the side of the hole by a protective transparent plate 6, rigidly fixed inside the front head 1 of the capsule. In front of the transparent plate 6, rings 7 are rigidly fixed for installing and removing the device from the hole, and on the bottom side of the hole behind the reference balls 5, a milk-colored screen 8 is rigidly fixed, which is illuminated using a power source 9, an incandescent lamp 10, an electronic key 11. In the back the head 2 of the capsule fixed rigidly on one side of the plate spacer springs 12.

Устройство работает следующим образом: после бурения шпуров 13 (фиг.3) из призабойного пространства 14 устройство для измерения деформаций шпуров 15 с помощью направляющей штанги и колец 7 (фиг.1) вводится в шпур на глубину r+5-10 см (где r - ширина захвата выемочного органа комбайна) и ориентируется с помощью распорных пружин 12 (фиг.1). После установки устройства осуществляют подключение лампочки накаливания 10 к источнику питания 9. Подключение осуществляется электронным ключом 11, который управляется светом шахтерской лампы (на фиг.1, 2, 3, 4) не показано. При освещении ключа фоточувствительного элемента (например, светом шахтерской лампы) в течение 1 минуты ключ подключает лампочку накаливания 10 к источнику питания 9, которая светится в течение 40-50 с. В это время производится фотографирование эталонных шариков 5 (фотографируется, например, с помощью цифровой камеры первоначальное положении эталонных шариков 5 (фиг.4а). После прохода комбайном места установки устройства происходит перераспределение напряжений впереди линии очистного забоя (представленных эпюрами напряжений 16, 17, фиг.3), что влечет за собой перемещение фиксирующих пружин 3 относительно стенок шпура. Поперечные смещения стенок шпура передаются фиксирующим пружинам 3, жестко скрепленным со стержнями 4 и свободно перемещающимся внутри передней головки капсулы. В свою очередь, смещение стержней 4 приводит к перемещению эталонных шариков 5, которые расположены по окружности капсулы на одинаковом расстоянии от центра в равнозначных секторах (например, в восьми секторах - первоначальное положение, как показано на фиг.4а). Перемещение эталонных шариков фиксируется путем их фотографирования на фоне экрана 8 молочного цвета (фиг.4б, в, г).The device operates as follows: after drilling holes 13 (Fig. 3) from the bottomhole space 14, a device for measuring the deformation of holes 15 using the guide rod and rings 7 (Fig. 1) is inserted into the hole to a depth of r + 5-10 cm (where r - the width of the excavating body of the harvester) and is guided by means of spacer springs 12 (figure 1). After installing the device, the incandescent light bulb 10 is connected to the power source 9. The connection is made by an electronic key 11, which is controlled by the light of a miner's lamp (Figs. 1, 2, 3, 4) are not shown. When the key of the photosensitive element is illuminated (for example, by the light of a miner's lamp) for 1 minute, the key connects an incandescent bulb 10 to a power source 9, which glows for 40-50 s. At this time, the reference balls 5 are photographed (for example, the initial position of the reference balls 5 is photographed using a digital camera (Fig. 4a). After the combine has passed the installation site of the device, the voltage is redistributed in front of the face line (represented by voltage plots 16, 17, Fig. .3), which entails the movement of the fixing springs 3 relative to the borehole walls. The lateral displacements of the borehole walls are transmitted to the fixing springs 3, rigidly fastened to the rods 4 and freely move inside the front head of the capsule.In turn, the displacement of the rods 4 leads to the movement of the reference balls 5, which are located on the circumference of the capsule at the same distance from the center in equal sectors (for example, in eight sectors - the initial position, as shown in figa) The movement of the reference balls is fixed by photographing them against the background of the screen 8 of a milky color (figb, c, d).

Зная радиус шпура, полярные координаты, определяющие положение точки на плоскости, глубину заложения устройства, плотность горных пород, определяют по известным методикам нормальные напряжения на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальное напряжение на площадке, совпадающей с радиусом, и касательное напряжение, действующее на указанных взаимно перпендикулярных площадках.Knowing the radius of the hole, the polar coordinates that determine the position of the point on the plane, the depth of the device, the density of the rocks, determine the normal stresses on the site perpendicular to the radius, the normal stress on the site coinciding with the radius, and the shear stress acting on these mutually perpendicular sites.

После чего устройство передвигается по длине шпура на глубину r±5-10 см (где г - ширина захвата выемочного органа комбайна) и производится фотографирование эталонных шариков до прохода места установки устройства и после прохода места установки устройства комбайном. Процесс перемещения устройства по длине шпура через расстояния, равные r+5-10 см, и фотографирования эталонных шариков до прохода места установки устройства и после прохода места установки устройства комбайном повторяется исходя из длины шпура и ширины (r) захвата выемочного органа комбайна.After that, the device moves along the length of the hole to a depth of r ± 5-10 cm (where g is the width of the harvesting body of the harvester) and photographs the reference balls before the installation site of the device and after the installation site of the device by the combine. The process of moving the device along the length of the borehole through distances equal to r + 5-10 cm, and photographing the reference balls before passing the installation site of the device and after passing the installation site of the device by the combine is repeated based on the length of the hole and the width (r) of the capture of the harvesting body of the combine.

Использование предлагаемого устройства позволит получить наиболее полную и точную информацию о смещении стенок шпуров или скважин, не снимая устройство в момент снятия полосы угля комбайном, а по известным методикам определить нормальные напряжения на площадке, перпендикулярной к радиусу, нормальное напряжение на площадке, совпадающей с радиусом, и касательное напряжение, действующее на указанных взаимно перпендикулярных площадках.Using the proposed device will allow you to get the most complete and accurate information about the displacement of the walls of the holes or wells, without removing the device at the time of removing the strip of coal by the combine, and using known methods to determine the normal stresses on the site perpendicular to the radius, the normal voltage on the site coinciding with the radius, and shear stress acting on said mutually perpendicular sites.

Claims

A device for measuring the deformation of holes, comprising a housing, a illuminator, a frosted diffuser, a transparent plate, spring-loaded stops, characterized in that the device is made in the form of a detachable capsule consisting of two parts, with the capsule head in the front part and the circumference of the inside equal balls from the center in equal sectors are placed reference balls attached to rods freely moving in the housing, and the rods are fixed to one end of the fixing springs located from the outer sides of the front head of the capsule, the other end is rigidly attached to the body of the head of the capsule, while on the side of the mouth of the hole, the reference balls are separated from the rings to remove the device by a transparent plate, and spring-loaded stops and a power supply controlled by an electronic key are located in the back of the capsule head.