一种测量巷道底板裂隙发育深度的装置及方法与流程

1.本发明涉及巷道底板塑性破坏的测量技术领域，尤其涉及到一种测量巷道底板裂隙发育深度的装置及方法。


背景技术：

2.在煤炭开采过程中，巷道的开挖或工作面开采均会导致其巷道围岩应力的重新分布，围岩中出现应力变化区，在该区产生应力集中现象。当该应力值超过围岩体强度极限或屈服极限时，巷道周边岩体就会出现破裂，使巷道周边形成一定范围的破裂区域，也称为裂隙发育区域。对巷道围岩裂隙发育程度的探测成为对巷道进行合理有效支护的必要环节。其中，对底板裂隙发育程度及深度的探测也是巷道及工作面防治水中尤为关键的一环。然而，现如今对底板裂隙发育程度及深度的探测往往存在操作复杂且具有较大误差，不能保证探测结果的精准性。
3.针对如何获取巷道底板裂隙发育深度及过程的问题，目前主要以数值模拟和声波测控仪探测的方法为主。但是，由于矿井的地质条件极其复杂，用计算机软件获得的钻孔塑性区范围过于理想，而声波测孔仪在探测过程中手动操作过多，操作复杂，二者所测的结果产生的误差较大。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供一种测量巷道底板裂隙发育深度的装置，不仅操作简单，而且测量结果更加准确。
5.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种测量巷道底板裂隙发育深度的装置，包括沿竖直方向开设于巷道底板的测量孔、位于所述测量孔内的浮体，以及一端与所述浮体连接的拉线，所述拉线的另一端穿过长度感应器。
6.本方案在使用时，向测量孔内注满水，浮体浮在测量孔内的水面上，由于底板裂隙的存在，部分水进入裂隙而使测量孔的水位下降，浮体水位的下降而下降，浮体下降的过程中，带动拉线移动，通过长度感应器测量拉线的移动距离，至测量孔内的水位不再下降时，说明水位所处位置所对应的巷道底板处不存在裂隙，长度感应器所测得的拉线移动的长度数据即为底板裂隙发育深度。
7.作为优化，所述测量孔内还设有固孔筒，固孔筒的外径与测量孔的内径适配，固孔筒的内径大于浮体外廓尺寸，固孔筒的侧壁上开设有若干透水孔。本优化方案通过在测量孔内设置固孔筒，以保证测量孔可以长时间稳定存在而不塌孔，通过设置透水孔，使水能够顺利进入底板裂隙。
8.作为优化，还包括保护壳体，所述长度感应器位于保护壳体中。本优化方案通过设置保护壳体，对长度感应器起到保护作用，避免在巷道内被碰撞损坏。
9.作为优化，所述保护壳体上固设有与长度感应器电性连接的数据显示屏，所述数据显示屏显示长度感应器所感应的长度数据。本优化方案通过在保护壳体上设置数据显示
屏，更方便工作人员获知底板裂隙发育深度。
10.作为优化，保护壳体为圆筒状，保护壳体远离测量孔的一端设有与拉绳适配的三位置收线器。本优化方案将保护壳体设置为圆筒状，更方便收线器和长度感应器相对位置的布置，采用三位置收线器，可满足自由放线、固定拉线和回收拉线的要求，使用更加方便。
11.本方案还提供一种测量巷道底板裂隙发育深度的方法，包括如下步骤：1、在巷道底板打一个用于探测底板裂隙发育的竖直测量孔，测量孔的直径大于固孔筒的外径，使固孔筒能够放入测量孔；2、将固孔筒放入测量孔中，利用固孔筒对测量孔进行加强，以避免测量孔出现塌孔；3、将测量孔中注满水，并把浮体放入测量孔中，使浮体漂浮于测量孔中的水面上，并使拉线处于拉直状态；打开绝缘开关，启动长度感应器和数据显示屏，通过数据显示屏显示长度感应器所感应的长度数据；4、测量孔中的水通过巷道底板中的底板裂隙流失而导致水位下降，在测量孔内的水位下降过程中，浮体随水位下降，同时拉动拉线移动，通过长度感应器测量拉线的移动距离；当测量孔内的水位停止下降时，数据显示屏所显示的长度便是此时底板裂隙发育的深度；5、将测量巷道底板裂隙发育深度的装置固定在巷道帮部，并每隔固定的时间观测一次数据显示屏显示的长度，来确定随着工作面的推进底板裂隙的发育深度；根据数据显示屏所记录的时间，计算固定时间内拉线穿过长度感应器的速度。
12.本发明的有益效果为：利用水自上往下流动的原理，以及水可进入底板裂隙的特点，以水位的深度判断底板裂隙发育深度，利用浮体作为转换体，将水位的深度位置转化为拉线移动的距离，不仅提高了测量裂隙发育深度的准确性，而且操作十分简单。
附图说明
13.图1为本发明测量巷道底板裂隙发育深度的装置结构示意图；图2为本发明三位置收线器结构示意图；图中所示：1、底板，2、底板裂隙，3、测量孔，4、浮体，5、拉线，6、固孔筒，7、长度感应器，8、绝缘开关， 9、数据传输线，10、数据显示屏，11、保护壳体，12、三位置收线器，13、三向开关，14、小转筒，15、大转筒。
具体实施方式
14.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
15.如图1所示一种测量巷道底板裂隙发育深度的装置，包括沿竖直方向开设于巷道底板1的测量孔3、位于所述测量孔内的浮体4，以及一端与所述浮体连接的拉线5，所述拉线的另一端穿过长度感应器7。
16.为了避免测量孔塌孔，本实施例在测量孔内还设有固孔筒6，固孔筒的外径与测量孔的内径适配，固孔筒的内径大于浮体外廓尺寸，固孔筒的侧壁上开设有若干透水孔，本实施例的固孔筒为圆柱形钢制空心管，可承受较大压力保持不变形。
17.还包括圆筒状的保护壳体11，且保护壳体为绝缘硬塑料制成，用于支撑和保护整个装置，保护壳体的前端开设有穿线孔可供拉线穿过。长度感应器7位于保护壳体中，保护壳体远离测量孔的一端设有与拉绳适配的三位置收线器12。保护壳体上固设有与长度感应器电性连接的数据显示屏10，所述数据显示屏10显示长度感应器所感应的长度数据，长度感应器采用现有技术，其中间位置设有小孔，小孔处带有滚轮，当拉线穿过时带动滚轮转动从而间接的反应穿过的拉线的长度。保护壳体上还安装有与长度感应器、数据显示屏电连接的绝缘开关8，绝缘开关8不漏电且用于控制长度感应器和数据显示屏的开启与关闭。数据显示屏受到绝缘开关的控制，通过数据传输线9与绝缘开关、长度感应器相连，用于显示长度感应器所感应的数据以及装置的测量时间。
18.本实施例的三位置收线器12位于装置的末端，其结构可采用现有技术，三位置收线器的外壳上带有三向开关13，用于收线、放线和固定转筒，其内部转动设置有小转筒和大转筒两个同心转筒，小转筒14由三向开关控制顺时针转动，大转筒15位于小转筒外侧用于缠绕拉线，当小转筒受三向开关控制顺时针转动时可带动大转筒一起顺时针转动用于缠绕拉线，当开关处于放线接口时，拉线可完全由实心塑料球的重力从大转筒上无阻碍拉出，当三向开关处于固定转筒的接口时，可将大转筒与小转筒同时固定。
19.本实施例的浮体4为实心塑料球，实心塑料球的密度小于水且具有一定的重量，在水位下降时，实心塑料球随之下降，且同时带动拉线移动。拉线是一条足够长且不易断裂的坚韧细线，其前端与实心塑料球连接，后端与收线器相连，贯穿整个装置。
20.使用本实施例的装置进行的一种测量巷道底板裂隙发育深度的方法，包括如下步骤：1、在工作面附近的巷道底板打一个用于探测底板裂隙2发育的竖直测量孔，测量孔的直径略大于固孔筒的外径，使固孔筒能够放入测量孔；2、将固孔筒放入测量孔中，利用固孔筒对测量孔进行加强，以避免测量孔出现塌孔，保证所打的测量孔可以长时间稳定存在；3、将测量孔中注满水，并把实心塑料球放入测量孔中，使实心塑料球漂浮于测量孔中的水面上，并使拉线处于拉直状态；转动收线器上的三向开关至放线接口，保证拉线可完全由实心塑料球的重力从大转筒上无阻碍拉出，同时打开绝缘开关，启动长度感应器和数据显示屏，通过数据显示屏显示长度感应器所感应的长度数据；4、测量孔中的水通过巷道底板中的底板裂隙流失而导致水位下降，直至下降到完整性较好的地板岩层中，在测量孔内的水位下降过程中，实心塑料球随水位下降，同时拉动拉线移动，通过长度感应器测量拉线的移动距离；当测量孔内的水位停止下降时，数据显示屏所显示的长度便是此时底板裂隙发育的深度；5、将测量巷道底板裂隙发育深度的装置用铁丝固定在巷道帮部，并每隔固定的时间观测一次数据显示屏显示的长度，来确定随着工作面的推进底板裂隙的发育深度；根据数据显示屏所记录的时间t和长度感应器感应的长度l，利用公式l/t=v来计算固定时间内拉线穿过长度感应器的速度v，速度越快说明孔中水位下降的越快，说明地板裂隙发育的越快。
21.6、测量完毕，转动收线器上的三向开关至收线处，小转筒顺时针转动带动大转筒一起顺时针转动，缠绕拉线将装置回收，完成测量。
22.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。