一种矿用机械传动数显离层监测系统及方法
【专利说明】一种矿用机械传动数显离层监测系统及方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿井下顶板离层监测技术领域，具体涉及一种矿用机械传动数显离 层监测系统及方法。 【【背景技术】】
[0002] 由于煤矿井下作业环境的特殊性与危险性，对巷道顶板离层量进行实时监测具有 重要意义。现有技术中多采用机械式对顶板离层量进行动态监测，随着巷道开拓向大断面、 高帮断面发展，现有的顶板离层监测系统在安装、维护、回收等过程存在较多不便，且价格 昂贵，回收困难，无法实现重复利用。 【
【发明内容】
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[0003] 本发明旨在克服现有技术上的不足，设计一种操作实用方便、性能稳定可靠、成本 低廉、可回收以及适合大断面巷道顶板机械传动数显离层监测系统。
[0004] 一种矿用机械传动数显离层监测系统，包括传动系统以及与传动系统连接的监测 系统；所述传动系统包括固定在钻孔内的测筒以及设置在钻孔外部的传动腔；所述测筒内 设置有直线运动部，该直线运动部的一端穿出测筒且其末端固定有用于固定在钻孔预定位 置的两个抓紧部，直线运动部另外一端穿出测筒另一端并穿出传动腔；所述传动腔内设置 有传动轮，该传动轮外周缠绕有传动弹簧片，该传动弹簧片的一端与传动轮固定连接，另外 一端在直线运动部的作用下，将线位移转为传动轮的角位移；所述传动轮上设置有角位移 传感器，当顶板发生离层时，直线运动部通过传动弹簧片带动传动轮转动，进而使角位移传 感器转动，该角位移传感器与监测系统连接。
[0005] 所述传动轮包括传动轮上盘和传动轮下盘，所述传动弹簧片缠绕在传动轮上盘外 周；所述传动轮下盘内部安装有可自动张紧的紧固弹簧片，该紧固弹簧片的一端固定在传 动腔的腔体上，另外一端与传动轮相连，保证传动轮始终保持自动旋紧状态。
[0006] 传动弹簧片和紧固弹簧片的缠绕方向始终保持相反。
[0007] 所述角位移传感器安装在传动轮中心的安装孔内，保证传动轮与角位移传感器共 用一根转轴。
[0008] 所述抓紧部为锚爪，该锚爪除了安装在钻孔内直线运动部末端位置的第一锚爪 外，还包括第二锚爪、第三锚爪，以及第四锚爪，其中，所述第一锚爪和第二锚爪自测筒伸出 并固定在钻孔的预定位置，所述第三锚爪安装在测筒末端并通过紧固件与测筒固定连接， 所述第四锚爪安装在顶板钻孔开口位置。
[0009] 所述第一和第二锚爪设置有爪形钢片，用于将锚爪固定在钻孔的预定位置。
[0010] 所述第三锚爪为金属锚爪且与测筒通过胶粘贴在一起，所述第四锚爪为橡胶锚 爪，辅助固定测筒。
[0011] 所述的矿用机械传动数显离层监测系统进一步包括有托盘，该托盘为直径略大于 钻孔的薄盘，防止顶板水进入到传动腔内。
[0012] 所述测筒与传动腔的连接位置安装有连接构件，该连接构件内设置有直线运动部 通过孔，当直线运动部穿过该连接构件的直线运动部通过孔之后，二者用紧固件紧固，所述 传动弹簧片连接在连接构件上，直线运动部直线运动时，带动连接构件运动，进而通过传动 弹簧片带动传动轮转动。
[0013] 一种矿用机械传动数显离层监测系统的监测方法，包括以下步骤：
[0014] (1)钻孔后，将测筒伸入钻孔中并固定在钻孔内，其中，直线运动部伸出测筒并通 过两个锚爪稳定地固定在钻孔的两个预定位置；
[0015] (2)拉紧直线运动部，防止测量误差；
[0016] (3)假设位于较深位置的基点锚爪安装深度为A，位于较浅位置的基点锚爪安装 深度为B，深基点读数为XI，浅基点读数为X2 ;则在A-B范围内围岩离层量为X1-X2,在0~B范围内的顶板离层量为X2。
[0017] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明测筒内设置有直线运动 部，该直线运动部通过两个抓紧部固定在钻孔的两个预定位置，直线运动部的另外一端连 接有传动轮，该传动轮上安装有位移传感器，当直线运动部做直线运动时，带动传动轮运 转，从而将直线运动转为旋转运动，并被位移传感器检测到，从而对离层量进行计算。 【【附图说明】】
[0018] 图1为离层仪整体示意图；
[0019] 图2为传动腔内部结构及后盖示意图；
[0020] 图3为传动腔的后盖示意图；
[0021] 图4为传动轮结构示意图，其中图4(a)为传动轮的主视图，图4(b)为传动轮的侧 视图；
[0022] 图5为连接构件结构示意图；
[0023] 图6为数显报警系统示意图。
[0024] 附图标记说明：
[0025]
【【具体实施方式】】
[0027] 以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0028] 如图1至图6所示，本发明提供了一种矿用机械传动数显离层监测系统，包括机械 传动系统和数显监测系统，所述机械传动系统包括：两个基点锚爪1、两根长度分别为l〇m 和5m的钢绞线2、一个金属固定锚爪3、一个橡胶固定锚爪4、一个垂直的测筒6、一个托盘 5、一个传动腔8、两个连接构件15、两颗连接连接构件15的螺丝、两个传动轮16、两根紧固 弹簧片14、两根传动弹簧片13、一个传动腔后盖20、两个角位移电位器23、一个LED显示装 置26、一个光敏控制开关27、一个声光预警装置25、一个单片机24, 一个可充电电源22、20 颗小螺丝等零件。
[0029] 所述测筒6内部安装有两根钢绞线2,测筒6从顶部到尾部依次安装有金属固定锚 爪3、橡胶固定锚爪4、托盘5及传动腔8。所述基点锚爪分为深基点锚爪1-1和浅基点锚 爪1-2,分别固定在钻孔内较深和较浅的位置，在深基点锚爪1-1和浅基点锚爪1-2的顶部 分别设置有一颗紧固螺丝21，用于连接钢绞线2与各自的基点锚爪，在基点锚爪1中部设置 有三个爪形钢片，用于将基点锚爪1固定在钻孔预定位置；所述钢绞线2 -端通过紧固螺丝 与基点锚爪1相连，另一端依次穿过测筒6、连接构件15上的钢绞线通过孔、传动腔下部安 装孔18,最后缠绕在钢绞线收放装置11上，所述钢绞线收放装置上设置有"Z"形旋转手柄 12,方便地缠绕多余的钢绞线。
[0030] 所述测筒6内部设置有两个钢绞线通过孔，供两根钢绞线2贯穿；所述测筒6顶端 安装有金属固定锚爪3,金属固定锚爪3与测筒6通过高强度胶粘接在一起；所述橡胶固定 锚爪4安装在钢绞线上且位于顶板钻孔开口附近，用以辅助固定测筒6。根据煤矿井下巷道 设计要求和规范，在不影响巷道中设备及人员通过的前提下，将测筒6长度设计为1. 5m，以 减小在大断面巷道中因为巷道较高而给系统安装及回收带来的难度。
[0031] 所述托盘5为一个直径略微大于钻孔的圆形薄盘，安装在顶板钻孔开口，托盘直 径保证适应平整性较差的巷道顶板，并可防止顶板漏水进入系统主机电路腔内。
[0032] 在所述测筒6与传动腔8的连接部位设置两个连接构件15,每一个连接构件设置 有钢绞线通过孔和紧固钢绞线的螺丝，当两根钢绞线分别穿过连接构件15后，通过紧固螺 丝7进行紧固。
[0033] 所述传动腔8包括腔体、后盖和前罩体，其中后盖和前罩体上分别设置有后盖螺 孔17-1和前罩体螺孔17-2,三者通过螺钉紧固连接。所述腔体内设有两个传动轮16,每个 传动轮16上安装有自动张紧的紧固弹簧片14和传动弹簧片13等。所述传动轮16分为传 动轮上盘16-1和传动轮下盘16-2两部分，所述传动弹簧片13缠绕在传动轮上盘16-1外 围，所述传动弹簧片13-端与传动轮16固定相连，另一端连接在连接构件下端。当顶板发 生离层时，钢绞线2通过连接构件15和传动弹簧片13带动传动轮16转动，进而使安装在 传动轮上的角位移传感器转动。
[0034]在传动轮下盘16-2内部安装有紧固弹簧片14,所述紧固弹簧片14 一端固定在传 动腔内壁，另一端与传动轮16相连，用于使传动轮16始终保持自动旋紧状态。当钢绞线2 与传动弹簧片13连接后，可达到自动张紧钢绞线2的目的，其中，每个传动轮上的传动弹簧 片13与紧固弹簧14缠绕方向始终保持相反。
[0035]所述传动轮16中心设置有六边形转轴连接孔16-3,用于将角位移传感器转轴插 入其中，从而使传动轮16与角位移传感器共用同一根转轴，所述传动腔后盖上设置有转轴 通过孔19,传动轮和角位移传感器共用的转轴自该转轴通过孔19穿出。
[0036]数显监测系统包括数显报警系统，可设置离层量阈值，具有监测准确、报警及时、 连续工作时间长、可回收等优点，具体包含可充电电源22、两个角位移传感器23、一个LED 显不装置26、一个光敏控制开关27、一个声光预警装置25与一个单片机24。所述可充电电 源22同时与角位移传感器23和光敏控制开关27连接为其供电，所述角位移传感器的输出 端与单片机连接，光敏控制开关的输出端与LED显示装置连接；所述单片机的输出端同时 与声光预警装置和LED显示装置连接。
[0037] 工作时，首先通过传动轮16将线位移转化为角位移，然后角位移传感器将该角位 移转化为电信号，传输给单片机，经单片机内部的程序对测量的数据进行处理，输出变形量 并对数据进行储存，再通过LED显示装置显示出变形量，当变形量超过预设阈值，通过声光