本发明涉及煤炭开采工程技术领域，特别是涉及一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置。
背景技术：
在煤炭开采过程中，在采场和巷道支承压力影响区广泛采用单体支柱进行补强支护、超前支护或者临时支护。在采掘过程中，顶板在上覆岩层重力和采动应力的双重影响下，在短期内发生较大的弯曲下沉，随着叠加应力的增大，单体支柱会产生压缩变形、弯曲变形，甚至折断，造成支护失效。
目前，常采用在单体立柱上标示刻度的方法获得支柱的压缩量，通过读取支柱初撑顶板和在顶板来压时支柱某一点的刻度差值，得到支柱的压缩量，但受制于井下工作环境和工人劳动效率的限制，并不能大面积、及时动态地获得支柱的压缩量。
因此，市场上急需一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置，用以解决在监测支柱的压缩量时，不能大面积、及时动态地获得支柱的压缩量的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置，用以解决当下在监测支柱的压缩量时，不能大面积、及时动态地获得支柱的压缩量的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置，包括：
单体支柱缸体、单体支柱活柱，所述单体支柱活柱底端套接于所述单体支柱缸体内；
形变感应装置，所述形变感应装置包括有承压筒、形变感应装置缸体、弹性组件以及高弹性膜片，所述高弹性膜片设置于所述形变感应装置缸体内，所述弹性组件设置于所述形变感应装置缸体内，所述承压筒的一端套接于所述形变感应装置缸体内、并与所述弹性组件一端接触，所述承压筒的另一端与所述单体支柱活柱底端相接触，所述弹性组件的另一端与所述高弹性膜片连接，所述形变感应装置缸体套接于所述单体支柱缸体内并与所述单体支柱缸体固定连接；
形变测量装置，所述形变测量装置包括有形变转换元件、信息传递线以及信息处理器，所述形变转换元件与所述高弹性膜片连接、并将所述高弹性膜片的形变转化为可测量信号，所述形变测量装置通过所述信息传递线与所述信息处理器相连。
优选地，所述单体支柱缸体的开口端内部为圆锥面，所述单体支柱活柱与所述圆锥面之间设置有弹性球体。
优选地，所述高弹性膜片上设置有弹性固位孔，所述弹性组件包括有限位板、密封圈、弹簧以及导向杆，所述导向杆与所述限位板固定连接，所述弹簧一端固定于所述导向杆，所述弹簧另一端固定于所述弹性固位孔，所述承压筒通过所述密封圈与所述限位板接触。
优选地，所述限位板的面积大于所述承压筒的横截面积。
优选地，所述弹簧为高强度合金弹簧。
优选地，所述的承压筒、所述限位板以及所述导向杆位于所述高弹性膜片的中心轴线上。
优选地，所述形变转换元件为光纤光栅，所述信息传递线包括有尾纤、铠装光缆以及光缆线，所述尾纤、所述铠装光缆以及所述光缆线依次连接，所述尾纤与所述光纤光栅相连，所述光缆线与所述信息处理器相连。
优选地，所述光纤光栅为光纤Bragg光栅，所述高弹性膜片的材料为3J2铁-镍-铬系奥氏体沉淀强化型高弹性合金钢。
优选地，所述光纤光栅设置于所述高弹性膜片的中心轴线上。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
通过设置本发明的形变感应装置以及形变测量装置，可以实时、动态的获得每根单体支柱的压缩量及受力大小，监测采场巷道每根单体支柱的形变，为采场巷道顶板管理及维护提供重要指导作用，为井下煤矿工人生命安全和煤炭安全高效开采提供保障。
同时，本发明的装置体积小，测量精度高，可以实现动态监测和数据存储，操作简单灵活，有效提高作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置的结构示意图；
其中，1-单体支柱活柱、2-单体支柱缸体、3-承压筒、4-密封圈、5-限位板、6-形变感应装置缸体、7-导向杆、8-弹簧、9-高弹性膜片、10-弹性固位孔、11-圆锥面、12-弹性球体、13-螺纹孔、14-光纤光栅、15-尾纤、16-铠装光缆、17-光缆线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置，用以解决在监测支柱的压缩量时，不能大面积、及时动态地获得支柱的压缩量的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置的结构示意图；
本发明公开了一种机械式恒阻单体支柱形变监测装置，包括：单体支柱活柱1、单体支柱缸体2、承压筒3、密封圈4、限位板5、形变感应装置缸体6、导向杆7、弹簧8、高弹性膜片9、弹性固位孔10、圆锥面11、弹性球体12、螺纹孔13、光纤光栅14、尾纤15、铠装光缆16、光缆线17。
其中，单体支柱活柱1底端套接于单体支柱缸体2内；单体支柱缸体2的开口端内部为圆锥面11，单体支柱活柱1与圆锥面11之间设置有弹性球体12。弹性球体12卡在单体支柱缸体2与单体支柱活柱1之间的圆锥面11上，限制单体支柱活柱1的位移。
形变感应装置包括有承压筒3、形变感应装置缸体6、弹性组件以及高弹性膜片9，高弹性膜片9设置于形变感应装置缸体6内，弹性组件设置于形变感应装置缸体6内，承压筒3的一端套接于形变感应装置缸体6内、并与弹性组件一端接触，承压筒3的另一端与单体支柱活柱1底端相接触，弹性组件的另一端与高弹性膜片9连接，单体支柱缸体2底部以及形变感应装置缸体6底部设置有螺纹孔13，形变感应装置缸体6套接于单体支柱缸体2内并与单体支柱缸体2通过螺栓固定连接。在本实施例中，高弹性膜片9上设置有弹性固位孔10，弹性组件包括有限位板5、密封圈4、弹簧8以及导向杆7，导向杆7与限位板5固定连接，弹簧8一端固定于导向杆7上，弹簧8另一端固定于弹性固位孔10，承压筒3通过密封圈4与限位板5接触，密封圈4同时起到固定承压筒3的作用。限位板5的面积大于承压筒3的横截面积，从而为承压筒3提供稳定的支撑，防止限位筒发生偏移。其中，弹簧8采用高强度合金弹簧8，以保证弹簧8的承压能力，确保装置的可靠性，弹簧8的极限压缩长度大于圆锥面11的倾斜长度。承压筒3、限位板5以及导向杆7位于高弹性膜片9的中心轴线上，从而保证压力的垂直传递，从而保证高弹性膜片9处所受的压力为正压力，保证弹性膜片处测得形变的准确性。在本发明的另一个实施例中，弹性组件包括有限位板5、密封圈4、液压缸以及液压杆，液压缸与形变感应装置缸体6滑动连接，限位板5与液压缸固定连接，液压杆设置于液压缸内并形成液压组件，液压杆与弹性膜片固定连接，承压筒3通过密封圈4与限位板5接触。承压筒3、限位板5以及液压杆位于高弹性膜片9的中心轴线上，从而保证压力的垂直传递，从而保证高弹性膜片9处所受的压力为正压力，保证弹性膜片处测得形变的准确性。
形变测量装置包括有形变转换元件、信息传递线以及信息处理器，形变转换元件与高弹性膜片9连接、并将高弹性膜片9的形变转化为可测量信号，形变测量装置通过信息传递线与信息处理器相连。在本实施例中，形变转换元件为光纤光栅14，信息传递线包括有尾纤、铠装光缆16以及光缆线17，尾纤、铠装光缆16以及光缆线17依次连接，尾纤与光纤光栅14相连，光缆线17与信息处理器相连。其中，光纤光栅14为光纤Bragg光栅，高弹性膜片9的材料为3J2铁-镍-铬系奥氏体沉淀强化型高弹性合金钢。光纤光栅14设置于高弹性膜片9的中心轴线上。高弹性膜片9受力产生微形变后，导致连接在高弹性膜片9上的光纤光栅14中心波长发生偏移，将微变形通过尾纤、铠装光缆16及光缆线17传递到信息处理器。在本发明的另一个实施例中，形变转换元件为半导体压电阻型压力传感器，信息传递线为普通铜质电线，信息处理器为电脑。压力传感器通过普通铜质电线与信息处理器相连。高弹性膜片9受力产生微变形后，导致连接在高弹性膜片9上的半导体压电阻型压力传感器静电容量发生变化，进而导致电路中的电流发生变化，并通过铜质电线将电流变化传递至信息处理器。
本发明在出厂时各组成部分已安装完毕，通过高强度螺钉将形变感应装置固定在单体支柱缸体2内部。固定完成后，将单体支柱竖直布置，并与施工地点的顶板接触。在顶板压力的作用下，单体支柱活柱1发生垂直位移，导致弹性组件发生压缩变形，使高弹性膜片9发生微变形，通过连接在高弹性膜片9上的形变转化元件，将形变信号转化为可测量信号，并通过信息传递线，将形变信号传送至信息处理器，由信息处理器进行数据分析和处理，得到单体支柱的下缩量。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。