專利名稱：一種礦用鉆孔微位移測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用鉆孔微位移測量儀，尤其涉及一種用于煤礦井下工作面鉆孔中測量微小位移的測量儀器。
背景技術(shù)：
在煤礦開采的礦井中，采場周圍巖體的運動及圍巖中高應(yīng)力區(qū)域的存在是導(dǎo)致煤礦發(fā)生頂板垮落、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的根本致因。因此，準(zhǔn)確地監(jiān)測采場圍巖(主要是煤體)中應(yīng)力和/或支承壓力的分布規(guī)律，預(yù)報高應(yīng)力集中區(qū)域的位置是預(yù)防和控制煤礦重大動力災(zāi)害的前提。礦山壓力理論研究成果表明:采動后圍巖(煤體)中支承壓力勢必導(dǎo)致頂?shù)装宓囊平兔后w的壓縮，通過監(jiān)測頂?shù)装宓囊平亢鸵平俣?煤體的壓縮量和壓縮速度)可以推斷煤體中支承壓力的高峰位置。礦用微位移測量儀主要利用上述原理，在工作面前方煤體中布置鉆孔，測量鉆孔中煤體的壓縮量和壓縮速度，對煤體中的支承壓力分布變化規(guī)律特別是壓力高峰的位置進行推斷和預(yù)測，為煤礦動力災(zāi)害預(yù)防控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是煤礦礦壓觀測必選儀器之一。目前國內(nèi)外尚沒有對工作面前方煤體的微位移進行測量的專用儀器。目前一直采用的方法是在巷道中預(yù)置機械百分表來測量頂?shù)装宓奈灰屏浚捎诰C合機械化采煤，巷道中已經(jīng)不能布置這些測量點，急需采用新的測量方法和儀器，適應(yīng)新型采煤工藝的需要。CN1020588C公開了一種容式位移測量裝置，但其測量結(jié)構(gòu)完全暴露，無法適應(yīng)井下惡劣的測量環(huán)境，且其兩極之間沒有充填介質(zhì)的功能，測量精度無法保證，無法測量鉆孔中微小位移；CN1170116C公開了一種容式位移測量裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，無法在鉆孔中使用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種礦用微位移測量儀，包括:本體和多個傳感器；每個所述傳感器包括動尺和靜尺，所述動尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動尺插入的通孔，所述通孔的下端設(shè)置有密封靜活塞，所述密封靜活塞上設(shè)置有用于介質(zhì)進出的接頭和用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭；所述動尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動尺尺身上附著絕緣材料，其下端設(shè)置有密封動活塞，所述密封動活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有靜尺橡膠密封圈，所述動尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，所述緊固止退箍內(nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，所述緊固止退箍通過螺紋配合固定安裝在所述靜尺上，所述動尺可相對所述緊固止退箍移動；所述動尺的上端設(shè)置有動尺接線片，所述動尺接線片上通過絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時鐘芯片、存儲器芯片、RS485芯片，用于檢測傳感器的測量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送；
各個傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個傳感器的靜尺的下端通過三通互相連接并通過油氣管連接儲能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門。優(yōu)選所述緊固止退箍內(nèi)部附著的絕緣材料為動尺橡膠密封圈。優(yōu)選所述密封靜活塞上的接頭通過連接管連接所述三通，所述三通連接所述油氣管。本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、體積小，可安裝在煤體鉆孔中，不受綜采工作面設(shè)備移動及行人的影響；2、采用電容式位移傳感器，精度高，體積小，適用于井下環(huán)境；3、傳感器上安裝有能產(chǎn)生電容效應(yīng)的動尺、靜尺，在煤體受到外力作用變形時，動尺隨著煤體變形而產(chǎn)生位移變化，進而產(chǎn)生電容變化，經(jīng)過電路處理可計算出位移傳感器上的尺寸，其大小與電容變化量的變化量成正比，實現(xiàn)將變形量向電容量的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了位移的測量；4、電路中含有電容測量芯片CAV414(或CAV424)、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時鐘芯片、大容量存儲器芯片、RS485芯片，實現(xiàn)了高精度的數(shù)據(jù)采集、計算、存儲，并可通過RS485通信與其他設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。


附圖1是本發(fā)明所述微位移多點測量儀的外形圖(局部剖視)。附圖標(biāo)記如下:I 一絕緣緊固釘,2 —動尺接線片，3 —動尺,4 一緊固止退箍,5 —動尺橡膠密封圈，6 一靜尺，7 —密封動活塞，8 —靜尺橡膠密封圈，9 一密封靜活塞，10 —連接管，11 一鎖緊頭，12 一二通,13 一油氣管，14 一閥門，14 一本體,15 一儲能罐。
具體實施例方式參見附圖1，其描述本發(fā)明所述礦用鉆孔微位移測量儀的一個優(yōu)選實施例。礦用鉆孔微位移測量儀包括本體和多個傳感器，多個傳感器并列固定設(shè)置在本體上。每個所述傳感器包括動尺和靜尺，動尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，例如鋁、銅等金屬材料。靜尺為空心管狀結(jié)構(gòu)，其中具有適于動尺插入的通孔，通孔內(nèi)部的下端設(shè)置有密封靜活塞，密封靜活塞上設(shè)置有用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭，靜尺的下端連接三通，三通通過連接管連接密封靜活塞上的接頭，用于傳感器內(nèi)部介質(zhì)的充入或釋放。動尺設(shè)置在靜尺的通孔內(nèi)，動尺尺身上附著絕緣材料，其可以選自橡膠等介電常數(shù)較高的材料，動尺下端設(shè)置有密封動活塞，密封動活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有橡膠密封圈，通過橡膠密封圈與靜尺通孔的內(nèi)壁接觸，減少動尺與靜尺之間相對移動時的摩擦力，并保證動尺和靜尺之間不發(fā)生接觸，動尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，緊固止退箍內(nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，絕緣材料可以制成密封圈的形式，形成動尺橡膠密封圈，螺紋直接設(shè)置在動尺橡膠密封圈上，緊固止退箍通過螺紋配合固定旋接在靜尺上，緊固止退箍中間具有通孔，通孔壁上附著絕緣材料，動尺插在緊固止退箍的通孔內(nèi)，可相對緊固止退箍沿其軸向移動。
動尺的上端設(shè)置有金屬動尺接線片，動尺接線片上通過絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，靜尺上的導(dǎo)體部分上也設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線連接電路模塊，電路模塊通過螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時鐘芯片、存儲器芯片、RS485芯片，用于檢測傳感器的測量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送。通過三通連接在一起的各個傳感器通過油氣管連接儲能罐，儲能罐中儲存介電常數(shù)較高的油類(如變壓器油)或氣體，油氣管上設(shè)置有閥門，控制油氣管的通斷。以上所述的結(jié)構(gòu)，保證了動尺與靜尺之間能夠運動，并保證動尺與靜尺之間沒有電氣的直接連接，從而形成了可變電容的傳感器的結(jié)構(gòu)，保證了動尺與靜尺之間有很高的電阻，使其在動、靜尺之間形成一個變化穩(wěn)定的電容。微位移測量儀的單點測量方式采用測量動、靜尺之間的電容，經(jīng)過校準(zhǔn)后，電容變化量與動靜、尺之間的位移變化量成線性關(guān)系，從而完成位移的測量。微位移測量儀由以上所述的多個電容傳感器組成，連接固定在本體上。傳感器之間用三通連接，用于對傳感器充放介質(zhì)。所有電容傳感器的動尺接線片的出線連接到電路板模塊，本體也與電路板模塊接通，形成電容測量的電路通道。微位移測量儀的各傳感器之間距離可為50 300mm，優(yōu)選100mm，其間距越小，布
置數(shù)量密度越大，測量煤體變形能力越強。組成多點微位移測量儀的傳感器數(shù)量可在I 256選擇，優(yōu)化數(shù)量120個。這種數(shù)量、間隔組成方式，適應(yīng)了在煤體應(yīng)力應(yīng)變測量中大深度、高精度測量需要，更適用于井下使用，且這種設(shè)置方式增加了測量煤體彈性變形的深度范圍，為研究煤體變形提供了一種測量工具。測量儀中電容傳感器上所安裝的動尺，在受到外力作用時發(fā)生位移，同時引起傳感器電容的變化，經(jīng)過電路處理可計算出位移變化的大小，其大小與動尺的變化量成正比，電路模塊經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到變化值，并計算出位移變化量。本發(fā)明安裝時，在煤體或巖石上打出預(yù)定大小和長度的孔，將一個或多個礦用多點微位移測量儀依次安裝于鉆孔中預(yù)定位置，然后打開閥門，對傳感器充入一定壓力的介質(zhì)，介質(zhì)壓力在0.5 IMPa，動尺即可伸展對煤體施加一定的壓力，這時即可開始對鉆孔內(nèi)所有多點微位移測量儀采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理。鉆孔內(nèi)的所有礦用多點微位移測量儀并聯(lián)連接，各礦用微位移測量儀單獨工作，互不干擾。在鉆孔一處或多處受到外力而產(chǎn)生變形時，鉆孔內(nèi)一個或多個礦用微位移測量儀的動尺首先受到擠壓，進而迫使與之對應(yīng)的電容量發(fā)生改變，此時，電路板的電容測量電路輸出信號，A/D轉(zhuǎn)換模塊接收信號，并對其進行轉(zhuǎn)換計算處理，得出位移變化量，并將數(shù)據(jù)通過電纜線傳輸至地面的主機(或井下分站，可存儲在U盤)，主機配套軟件中以圖表等各種方式顯示分析所測數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過礦用多點微位移測量儀測量煤體變形量大小和變形范圍，可以準(zhǔn)確預(yù)報高峰應(yīng)力的范圍及位置，為合理布置巷道及采掘工作面提供依據(jù)，預(yù)防沖擊地壓等重大災(zāi)害的發(fā)生，從而保證礦井的安全生產(chǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于，包括:本體和多個傳感器； 每個所述傳感器包括動尺和靜尺，所述動尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動尺插入的通孔，所述通孔的下端設(shè)置有密封靜活塞，所述密封靜活塞上設(shè)置有用于介質(zhì)進出的接頭和用于固定所述密封靜活塞的鎖緊頭； 所述動尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動尺尺身上附著絕緣材料，其下端設(shè)置有密封動活塞，所述密封動活塞由絕緣材料制成，其上設(shè)置有橡膠密封圈，所述動尺的上端設(shè)置有緊固止退箍，所述緊固止退箍內(nèi)部附著絕緣材料并具有螺紋，所述緊固止退箍通過螺紋配合固定安裝在所述靜尺上，所述動尺可相對所述緊固止退箍移動； 所述動尺的上端設(shè)置有動尺接線片，所述動尺接線片上通過絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過螺柱固定設(shè)置在本體上，包括電容測量芯片CAV414、多通道模擬量切換芯片⑶4051、24位A/D轉(zhuǎn)換芯片、16位低功耗MCU芯片、時鐘芯片、存儲器芯片、RS485芯片，用于檢測傳感器的測量結(jié)果并予以分析、記錄和發(fā)送； 各個傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個傳感器的靜尺的下端通過三通互相連接并通過油氣管連接儲能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門。
2.按權(quán)利要求1所述的微位移測量儀，其特征在于:所述緊固止退箍內(nèi)部附著的絕緣材料為動尺橡膠密封圈。
3.按權(quán)利要求1或所述的微位移測量儀，其特征在于:所述密封靜活塞上的接頭通過連接管連接所述三通，所述三通連接所述油氣管。
全文摘要
一種礦用鉆孔微位移測量儀，包括本體和多個傳感器；每個所述傳感器包括動尺和靜尺，所述動尺和靜尺均由導(dǎo)體制成，所述靜尺中具有適于所述動尺插入的通孔，所述動尺設(shè)置在靜尺的所述通孔內(nèi)，所述動尺尺身上附著絕緣材料，所述動尺的上端設(shè)置有動尺接線片，所述動尺接線片上通過絕緣緊固釘固定有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線連接電路模塊，所述電路模塊通過螺柱固定設(shè)置在本體上，各個傳感器以并聯(lián)的方式固定在所述本體上，各個傳感器的靜尺的下端通過三通互相連接并通過油氣管連接儲能罐，所述油氣管上設(shè)置有閥門。
文檔編號G01B7/02GK103090780SQ20131000963
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者石永奎, 任義, 齊敏華, 郝建, 林惠立, 邊平勇 申請人:山東科技大學(xué)