一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置

1.本发明属于煤矿安全领域，具体涉及一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置。


背景技术：

2.冲击地压巷道灾害的预测、防治和支护问题一直是煤矿安全领域的重要问题。冲击地压是煤矿开采诱导的灾害，对煤矿工作者造成人身伤亡和重大经济损失。本世纪重点大型老煤矿进入深部开采，井下围岩储存的弹性势能和矿震释放的动能越来越大，震冲型灾害越来越突出，属于采矿诱导地震，巷道中发生尤为严重，巷道围岩在空间上会产生分区破坏现象，形成破碎区、塑性区、峰值区、弹性区、破裂区和原岩区的复合区域，破坏深度从5米扩大到20多米，震冲型冲击地压造成支护损坏而巷道几百米的坍塌，造成人员伤亡。而过去设计防治和支护的技术参数已经不适用深部矿井震冲型冲击地压巷道支护设计、预测防治支护，发生重大事故越来越频繁和严重。由于对分区破裂的机理和发生过程不清，防治和防护方法和设备还是沿用老的设计方法和措施，防治和防护自身都不能保证，因此不能起到防冲的作用。针对以上存在问题，发明了一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置，根据测量的过程参数而设计的防治和防护方法和装置经过现场应用非常成功，没有造成支护破坏和巷道坍塌，达到了安全开采的要求。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置。包括振速和位移两部分，振速部分由振速顺磁材料外筒左盖、振速弹簧、振速顺绕线圈、振速逆绕线圈、振速顺磁材料外筒、振速顺磁材料内筒、振速强磁惯性环、振速阻尼线圈、振速顺磁材料外筒右盖组成；位移部分由位移顺磁材料左盖、位移顺磁材料外筒、位移顺绕线圈、位移逆绕线圈、位移顺磁钢柱、位移强磁材料环、位移顺磁材料右盖、大量程位移电阻线圈、大量程位移电阻线圈滑动电极和大量程位移电阻线圈固定电极组成；振速部分和位移部分一起置于装置外壳内。
4.振速强磁惯性环套在振速顺磁材料内筒的外面，在振速强磁惯性环的两侧各放置一个振速弹簧，无外力时振速弹簧使振速强磁惯性环居中放置，振速强磁惯性环和振速顺磁材料内筒置于振速顺磁材料外筒的里面；振速顺磁材料外筒的左右两端分别配有振速顺磁材料外筒左盖和振速顺磁材料外筒右盖，振速顺磁材料外筒左盖有内螺纹，振速顺磁材料内筒有外螺纹，通过螺纹把振速顺磁材料内筒和振速顺磁材料外筒左盖固定连接；在振速顺磁材料外筒左盖和振速顺磁材料外筒右盖之间的范围内，振速强磁惯性环能相对于振速顺磁材料内筒运动，振速顺磁材料外筒左盖和振速顺磁材料外筒右盖的内径与振速顺磁材料内筒的外径相同。
5.振速顺绕线圈和振速逆绕线圈密绕在振速顺磁材料外筒的外面，在振速顺绕线圈和振速逆绕线圈的两侧绕有振速阻尼线圈，振速阻尼线圈通过电阻r形成闭合回路。
6.位移顺磁钢柱和位移强磁材料环固定连接在一起，位移顺磁钢柱设置指示刻度、左端螺母和右端螺丝。设置螺丝螺母连接测量加长杆；位移强磁材料环和位移顺磁钢柱置于位移顺磁材料外筒的里面，并能相对于位移顺磁材料外筒运动；位移顺绕线圈和位移逆绕线圈密绕在位移顺磁材料外筒的外面，位移顺磁材料外筒的左右两端分别配有位移顺磁材料左盖和位移顺磁材料右盖；位移顺磁材料左盖和位移顺磁材料右盖的内径与位移顺磁钢柱的外径相同，位移强磁材料环的外径与位移顺磁材料外筒的内径相同。
7.大量程位移电阻线圈密绕在装置外壳的内壁右端，大量程位移电阻线圈滑动电极一端连接在位移顺磁材料右盖，另一端可在大量程位移电阻线圈上滑动，大量程位移电阻线圈固定电极一端连接在装置外壳的右端，另一端与大量程位移电阻线圈固定连接。
8.振速顺磁材料外筒、振速顺磁材料内筒、位移顺磁材料外筒和装置外壳均为圆筒形。
9.振速顺绕线圈两端和振速逆绕线圈两端、位移顺绕线圈两端和位移逆绕线圈两端、大量程位移电阻线圈滑动电极和大量程位移电阻线圈固定电极均接入接线端子；接线端子输出信号接入煤矿安全监测网络系统，进行数据分析和输出网络报表，便于制定支护和防治的措施。本发明装置适合安装在围岩、支护设备上，测量深部巷道围岩的破碎区、塑性区、逐级冲击破裂区、摆型波及煤岩破裂序列的变形位移和振动速度，振速位移测量装置连入煤矿安全监测网络系统判断灾害类型及震源冲击源，支护响应的状态，以便采取相应防治措施，不但适合煤矿安全领域，还适合爆破、地震、建筑等的抗震工程领域。
附图说明
10.图1为本发明的一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置的结构示意图。
11.其中图中：11— 振速顺磁材料外筒左盖，12—振速弹簧，13—振速顺绕线圈，14— 振速逆绕线圈，15—振速顺磁材料外筒，16—振速顺磁材料内筒，17—振速强磁惯性环，18—振速阻尼线圈，19— 振速顺磁材料外筒右盖，20—指示刻度，21—位移顺磁材料左盖，22—位移顺磁材料外筒，23—位移顺绕线圈，24—位移逆绕线圈，25—位移顺磁钢柱，26—位移强磁材料环，27—左端螺母，28—右端螺丝，29—位移顺磁材料右盖，31—装置外壳，32—大量程位移电阻线圈，33—大量程位移电阻线圈固定电极，34—大量程位移电阻线圈滑动电极。
具体实施方式
12.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
13.本发明提出一种巷道围岩逐级震冲破裂的振速位移测量装置，如图1所示，包括振速和位移两部分，振速部分由振速顺磁材料外筒左盖（11）、振速弹簧（12）、振速顺绕线圈（13）、振速逆绕线圈（14）、振速顺磁材料外筒（15）、振速顺磁材料内筒（16）、振速强磁惯性环（17）、振速阻尼线圈（18）、振速顺磁材料外筒右盖（19）组成；位移部分由位移顺磁材料左盖（21）、位移顺磁材料外筒（22）、位移顺绕线圈（23）、位移逆绕线圈（24）、位移顺磁钢柱（25）、位移强磁材料环（26）、位移顺磁材料右盖（29）、大量程位移电阻线圈（32）、大量程位
移电阻线圈滑动电极（34）和大量程位移电阻线圈固定电极（33）组成；振速部分和位移部分一起置于装置外壳 （31）内。
14.振速强磁惯性环（17）套在振速顺磁材料内筒（16）的外面，在振速强磁惯性环（17）的两侧各放置一个振速弹簧（12），无外力时振速弹簧（12）使振速强磁惯性环（17）居中放置，振速强磁惯性环（17）和振速顺磁材料内筒（16）置于振速顺磁材料外筒（15）的里面，振速顺磁材料外筒（15）的左右两端分别配有振速顺磁材料外筒左盖（11）和振速顺磁材料外筒右盖（19），振速顺磁材料外筒左盖（11）有内螺纹，振速顺磁材料内筒（16）有外螺纹，通过螺纹把振速顺磁材料内筒（16）和振速顺磁材料外筒左盖（11）固定连接； 在振速顺磁材料外筒左盖（11）和振速顺磁材料外筒右盖（19）之间的范围内，振速强磁惯性环（17）能相对于振速顺磁材料内筒（16）运动，振速顺磁材料外筒左盖（11）和振速顺磁材料外筒右盖（19）的内径与振速顺磁材料内筒（16）的外径相同。
15.振速顺绕线圈（13）和振速逆绕线圈（14）密绕在振速顺磁材料外筒（15）的外面；在振速顺绕线圈（13）和振速逆绕线圈（14）的两侧绕有振速阻尼线圈（18），振速阻尼线圈（18）串联可调电阻r形成电阻尼，调整r改变阻尼系数。位移顺绕线圈（23）和位移逆绕线圈（24）密绕在位移顺磁材料外筒（22）的外面，位移顺磁材料外筒（22）的左右两端分别配有位移顺磁材料左盖（21）和位移顺磁材料右盖（29）。
16.位移顺磁钢柱（25）和位移强磁材料环（26）固定连接在一起，位移顺磁钢柱（25）设置指示刻度（20）、左端螺母（27）和右端螺丝（28）。设置螺丝螺母连接测量加长杆；位移强磁材料环（26）和位移顺磁钢柱（25）置于位移顺磁材料外筒（22）的里面，并能相对于位移顺磁材料外筒（22）运动；位移顺磁材料左盖（21）和位移顺磁材料右盖（29）的内径与位移顺磁钢柱（25）的外径相同，位移强磁材料环（26）的外径与位移顺磁材料外筒（22）的内径相同。
17.大量程位移电阻线圈（32）密绕在装置外壳 （31）的内壁右端，大量程位移电阻线圈滑动电极（34）一端连接在位移顺磁材料右盖（29），另一端可在大量程位移电阻线圈（32）上滑动，大量程位移电阻线圈固定电极（33）一端连接在装置外壳 （31）的右端，另一端与大量程位移电阻线圈（32）固定连接。
18.所述振速顺磁材料外筒（15）、振速顺磁材料内筒（16）、位移顺磁材料外筒（22）和装置外壳（31）均为圆筒形。
19.振速顺绕线圈（13）两端和振速逆绕线圈（14）两端、位移顺绕线圈（23）两端和位移逆绕线圈（24）两端、大量程位移电阻线圈滑动电极（34）和大量程位移电阻线圈固定电极（33）均接入接线端子。
20.下面按照一次震冲型冲击地压的发生过程说明装置的响应过程。分区破裂过程波形振速振幅为2.607mm/s，矿震能量作用于巷道围岩，围岩快速破裂，快速产生破碎区，储存弹性势能释放109j能量，振速波动范围10.427mm/s，随着破裂分区能量损耗，围岩释放降低，逐步达到平衡稳定，这是一次震冲破裂分区过程，振速随时间变化曲线出现一次峰值。
21.振速部分跟着围岩依次破裂分区过程而响应，振速强磁惯性环（17）、振速弹簧（12）和振速阻尼线圈（18）组成振速振子，振速顺绕线圈（13）和振速逆绕线圈（14）组成正负振速线圈，转换电压信号输出，量程 36mm/s，振速精度 0.001mm/s，响应频带5hz~100 hz，适应矿震104~10
10
j能量的震冲型冲击地压。
22.当位移小于10mm，小量程位移装置响应，大量程位移装置不响应，当位移大于 10mm，位移强磁材料环（26）带动大量程位移部分位移顺磁材料右盖（29）滑动，大量程位移电阻线圈固定电极（33）和大量程位移电阻线圈滑动电极（34）之间电阻变化，通过位移电压转换信号，测出累计总位移。
23.输出的振速、小量程位移、大量程位移信号输出到煤矿安全工业网进行数据处理分析，得到巷道围岩壁顶帮底鼓破碎区、塑性区、集中区、破裂局部化、破裂分区化、破裂序列化以及摆型波特征参数，进行抗冲让位锚杆索网、抗冲让位液压支架和大孔径让容参数设计，传输到网络数据库进行网络查询、报表打印。