阅读说明：本技术 一种巷道顶底板动态仪及其施工方法 (Roadway top and bottom plate dynamic instrument and construction method thereof ) 是由 娄庆楠 郑洪运 赵爽 时启鹏 李廷春 云明 朱庆文 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种巷道顶底板动态仪及其施工方法,它是由顶座、转动装置、位移杆、防冲击波套筒、传动器、综合表盘、恒阻尼液压装置和底座构成；顶座固定在顶板,并且中央设置的半球形卡槽与转动装置连接；位移杆上端与转动装置固接,下端与防冲击波套筒套接；防冲击波套筒为内凹圆形的三角形套筒,减小爆破冲击波影响；传动器为传动机构,与防冲击波套筒连接；传动器侧面固定有综合表盘,可显示顶底板移近量,同时,设有报警装置,在有人靠近一定距离范围内会发出警报声和亮灯,预防人员冲撞；恒阻尼液压装置上下分别与防冲击波套筒和转动装置连接,并且设有泄压阀,保证位移杆的压缩和回弹,转动装置与固定在底板的底座连接。(The invention discloses a roadway top and bottom plate dynamic instrument and a construction method thereof, wherein the roadway top and bottom plate dynamic instrument consists of a top seat, a rotating device, a displacement rod, an anti-shock wave sleeve, a driver, a comprehensive dial plate, a constant-damping hydraulic device and a base; the top seat is fixed on the top plate, and a hemispherical clamping groove arranged in the center is connected with the rotating device; the upper end of the displacement rod is fixedly connected with the rotating device, and the lower end of the displacement rod is sleeved with the shock wave preventing sleeve; the shock wave preventing sleeve is a triangular sleeve with an inwards concave circular shape, so that the influence of blasting shock waves is reduced; the driver is a transmission mechanism and is connected with the shock wave preventing sleeve; the side surface of the driver is fixed with a comprehensive dial plate which can display the moving amount of the top plate and the bottom plate, and meanwhile, the driver is provided with an alarm device which can give out alarm sound and light in a certain distance range when a person approaches, so that the collision of the person is prevented; the constant damping hydraulic device is connected with the shock wave preventing sleeve and the rotating device from top to bottom respectively, a pressure release valve is arranged, compression and resilience of the displacement rod are guaranteed, and the rotating device is connected with the base fixed on the bottom plate.)

一种巷道顶底板动态仪及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种顶底板动态仪，尤其涉及一种巷道监测领域中使用的顶底板动态仪及其施工方法。

背景技术

近年来随着采矿技术的不断提高，我国矿产行业得到更好更快的发展，随着矿产开采深度的不断增大矿山压力显现更为明显，造成的灾害也越来越严重，如顶板冒落、巷道变形冲击矿压等事故频繁发生，已经成为影响产安全生产的重要因素，严重威胁着采矿的生产安全和从业人员的生命安全。巷道作为矿井生产系统的主要组成部分，担负着整个矿井正常的生产运输、通风和行人的重要任务。在整个使用周期内的巷道围岩相对稳定对于保证安全高效生产具有重要的意义。为此，必须对巷道围岩的变形情况，特别是顶板的变形情况进行监测，从而及时采取措施避免出现离层、冒顶事故的发生。

目前常用的机械式巷道顶板动态仪主要通过将仪器紧固在顶底板上，通过记录弹簧的压缩变形进而监测顶底板的相对移近量。此类机械式顶板动态仪对安装环境的要求比较高，当仪器倾斜或者受力不均匀时其测试结果均无法真实的反映巷道顶底板变形情况，同时，***所产生的冲击波会使防冲击波套筒弯曲，导致测试结果不准确，并且容易被现场人员冲撞，导致仪器损坏。

在本发明之前，申请号为201720139432.X的专利公开了一种矿用巷道顶板动态仪，装置主要由杆体、自动记录仪、连接电缆、复位弹簧和传感装置构成，其特征在于，五根杆体套接，复位弹簧和智能传感器置于第二杆体内，自动记录仪通过电缆与传感装置连接。但是，复位弹簧长时间被压缩导致无法回弹，并且顶底板不均匀沉降时动态仪会倾斜导致测量结果不准确。

申请专利号为201702277558.4的专利公开了一种煤矿顶底板移近量智能传感器，包括采集顶板下沉或底板突出信号的智能传感器，接收并传递信号的智能传感器表头，智能传感器还包括压力智能传感器和激光测距仪，其特征在于，利用弹簧压缩和激光测距仪共同作用可以精确测量顶底板移近量。但是，此专利并未设置方***冲击波和避免人员冲撞的装置，且弹簧长时间压缩导致无法回弹，使测量值不准确。

针对以上发明存在的缺陷，需要发明一种结构简单、施工方便、能够解决顶板不均匀沉降，减小***冲击波影响并且能够预防人员冲撞的顶底板动态仪。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种巷道顶底板动态仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种巷道顶底板动态仪，其特征在于，包括顶座、转动装置、位移杆、防冲击波套筒、传动器、综合表盘、恒阻尼液压装置和底座，所述顶座固定在顶板上，位移杆上端与转动装置固定，位移杆通过转动装置与固定在顶板的顶座通过半球形卡槽连接，并与防冲击波套筒套接，穿过传动器内部，最下端和恒阻尼液压装置主体的位移塞连接，综合表盘安装在传动器侧面，传动器与上下两防冲击波套筒相连，恒阻尼液压装置主体上端与防冲击波套筒相连下端与转动装置固接，转动装置嵌在底座卡槽，底座固定在底板上。

作为本发明实施例进一步的方案：顶座由长宽均为250mm~300mm，厚度20mm~25mm的铝合金钢板制成，中央按设计要求制作一个半球形卡槽，半球形卡槽内除顶部外嵌有圆柱体滚动轴，当顶底板不均匀沉降时通过圆柱体滚动轴转动，使顶座与转动装置间更容易转动，以确保转动装置始终在半球形卡槽内和动态仪始终保持竖直，并在顶座四个角制作膨胀螺栓安装孔，通过膨胀螺栓使顶座固定在顶板上，下端通过半球形卡槽与转动装置连接。

作为本发明实施例进一步的方案：转动装置为直径为30mm~40mm的钢球，转动装置固定在位移杆顶端和恒阻尼液压装置主体底部，通过半球形卡槽与顶座和底座连接。

作为本发明实施例进一步的方案：位移杆是由铝合金制成的，表面刻有浅螺纹的空心圆杆，外直径为8mm~12mm，壁厚2mm，上端与转动装置固接，通过转动装置与顶座连接，顶座与转动装置间可旋转，以保证顶板和底板不均匀沉降时动态仪依然保持竖直，确保测量结果准确，并且避免了顶板和底板不均匀沉降导致顶底板动态仪损坏，同时，位移杆下端与恒阻尼液压装置主体的位移塞连接。

作为本发明实施例进一步的方案：防冲击波套筒为表面贴有反光条的铝合金制成的内凹圆形的三角形套筒，安装时，防冲击波套筒一个棱朝***冲击波产生方向，以减小***冲击波的作用，表面贴反光条可以警示工人，避免对动态仪冲撞，防冲击波套筒与位移杆套接，防冲击波套筒内表面光滑，确保位移杆顺利上下移动，上段防冲击波套筒最下端与传动器连接，下段防冲击波套筒的上端与传动器连接，下端与恒阻尼液压装置主体连接，以固定防冲击波套筒，同时，防冲击波套筒高度可根据巷道高度进行选择。

作为本发明实施例进一步的方案：传动器是由铝合金制成的传动机构，外壳由厚度为4mm～6mm的镀锌铁皮制成，防止巷道粉尘和水汽侵蚀传动器，内部有齿轮装置，通过位移杆的压缩使齿轮转动，进而通过齿轮的转动测量顶底板移近量，传动器分别与上段防冲击波套筒下端和下段防冲击波套筒上端连接。

作为本发明实施例进一步的方案：综合表盘包括电池、智能传感器、显示屏、警报灯、警报喇叭、距离监测探头和按键，综合表盘安装在传动器侧面，外形为圆弧形，由厚度为4mm～6mm的镀锌铁皮制成，防止巷道粉尘和水汽侵蚀综合表盘，智能传感器通过记录传动器中齿轮转动圈数进而计算出顶底板移近量，并且把信息转化成数字信号，通过显示屏把智能传感器转化的数字信号显示出来；距离监测探头上嵌固有红外线传感器，并且警报灯、警报喇叭与距离监测探头通过导线连接，在有人靠近一定距离范围内警报喇叭发出警报声，警报灯闪烁，以避免现场人员冲撞；按键分别可以把位移数值清零和设置红外线传感器感应范围，红外线传感器感应范围可在0.5m～2m内调节。

作为本发明实施例进一步的方案：恒阻尼液压装置包括恒阻尼液压装置主体、液压控制泵和泄压阀，恒阻尼液压装置主体上端与防***冲击波套筒活动连接，下端与转动装置固接，转动装置嵌在底座卡槽内，恒阻尼液压装置主体包括恒阻尼油缸、密封圈、导向套、位移塞和缓冲装置，位移塞与恒阻尼油缸活动连接，并且上端与位移杆固接，导向套在恒阻尼油缸上端，与恒阻尼油缸固接，对位移塞起到导向支撑作用，避免位移塞触碰恒阻尼油缸壁，密封圈固定在恒阻尼油缸上端，以保证不漏油，恒阻尼油缸内部下部设有缓冲装置，恒阻尼油缸外部下部安装泄压阀，当恒阻尼油缸内部压力达到0.1MPa时泄压阀打开，进行卸压，当压力小于0.1MPa时，泄压阀关闭，恒阻尼油缸中始终有压力以保证位移杆回弹，同时，不会位移杆因受压过大而损坏，还能保证转动装置在此压力下能够转动，液压控制泵固定在底板上，并且与液压装置主体活动连接，可以为恒阻尼液压装置主体自动补压。

作为本发明实施例进一步的方案：底座由长宽均为250mm~300mm，厚度20mm~25mm的铝合金钢板制成，中央按设计要求制作一个半球形卡槽，半球形卡槽内除底部外嵌有圆柱体滚动轴，当顶底板不均匀沉降时通过圆柱体滚动轴转动，使底座与转动装置间更容易转动，以确保转动装置始终在半球形卡槽内和动态仪始终保持竖直，并在底座四个角制作膨胀螺栓安装孔，通过膨胀螺栓使底座固定在底板上，上端通过半球形卡槽与下部连接转动装置的恒阻尼液压装置主体连接。

所述一种巷道顶底板动态仪的使用方法，具体步骤如下：

（1）按照施工要求在指定位置安设顶座和底座，保证顶座和底座的基点在同一直线上，然后根据采高选配顶底板动态仪位移杆和防冲击波套筒，并将位移杆与防冲击波套筒套接；

（2）将恒阻尼液压装置主体与转动装置连接，并将转动装置放入底座卡槽，将防冲击波套筒一个棱朝***冲击波产生方向，并将位移杆与恒阻尼液压装置主体的位移塞连接，防冲击波套筒与恒阻尼液压装置主体活动连接，将位移杆上端与转动装置连接，使位移杆上部转动装置嵌入顶座半球形卡槽，然后对恒阻尼液压装置加压，使动态仪牢固；

（3）把顶底板动态仪紧固在顶座和底座卡槽中，把液压控制泵固定在底板上，并在恒阻尼液压装置安装泄压阀，然后把综合表盘显示屏显示的数值清零，并设置红外线传感器的感应范围，顶底板动态仪就开始正常工作；

（4）拆卸仪器时，打开恒阻尼液压装置的泄压阀，进行卸压，使位移杆下移，取下顶底板动态仪。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

（1）防冲击波套筒为三角形套筒，其一个棱朝***冲击波产生方向，有效的减小***产生冲击波对仪器的损害；

（2）通过恒阻尼液压装置使位移杆回弹解决了复位弹簧长时间受压不能回弹的问题；

（3）位移杆通过转动装置和固定在顶板的顶座通过半球卡槽连接，保证了顶板不均匀沉降时动态仪依然保持竖直；

（4）防护外壳阻挡了水汽和粉尘对靠近报警器和传动器的侵蚀，提高了靠近报警器和传动器使用寿命和可靠度；

（5）防冲击波套筒表面贴有反光条，以警示现场人员，避免冲撞，综合表盘设置的红外线传感器、警报灯和警报喇叭对现场人员有二次警示的作用，避免了现场人员对动态仪的冲撞；

（6）仪器可以拆卸，能够重复利用，极大节约了经济成本。

附图说明

图1为本发明一种巷道顶底板动态仪的安装示意图。

图2为顶座锚固剖面图。

图3为恒阻尼油缸的结构图。

图4为综合表盘正视图。

图5为图1中一种巷道顶底板动态仪Ⅰ-Ⅰ截面图。

图中：1-顶座；11-圆柱体滚动轴；12-膨胀螺栓；2-转动装置；3-位移杆；4-防冲击波套筒；41-反光条；5-传动器；6-综合表盘；61-显示屏； 62-警报灯；63-警报喇叭；64-距离监测探头；65-按键；7-恒阻尼液压装置；71-恒阻尼液压装置主体；711-恒阻尼液压油缸；712-密封圈；713-导向套；714-位移塞；715-缓冲装置；72-液压控制泵；73-泄压阀；8-底座；9-顶板；10-底板。

需要特别说明的是，图例中“9-顶板”和“10-底板”是本发明的监测对象，并不是本发明的组成部分，为使本发明使用方法和施工过程更加清楚明确，故在图1和图2中予以展示。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种巷道顶底板动态仪，其特征在于，包括顶座1、转动装置2、位移杆3、防冲击波套筒4、传动器5、综合表盘6、恒阻尼液压装置7和底座8，所述顶座1固定在顶板9上，位移杆3上端与转动装置2固定，位移杆3通过转动装置2与固定在顶板9的顶座1通过半球形卡槽连接，并与防冲击波套筒4套接，穿过传动器5内部，最下端和恒阻尼液压装置主体71的位移塞714连接，综合表盘6安装在传动器5侧面，传动器5与上下两防冲击波套筒4相连，恒阻尼液压装置主体71上端与防冲击波套筒4相连下端与转动装置2固接，转动装置2嵌在底座8卡槽，底座8固定在底板10上。

作为本发明实施例进一步的方案：顶座1由长宽均为250mm~300mm，厚度20mm~25mm的铝合金钢板制成，中央按设计要求制作一个半球形卡槽，半球形卡槽内除顶部外嵌有圆柱体滚动轴11，当顶底板不均匀沉降时通过圆柱体滚动轴11转动，使顶座1与转动装置2间更容易转动，以确保转动装置2始终在半球形卡槽内和动态仪始终保持竖直，并在顶座1四个角制作膨胀螺栓12安装孔，通过膨胀螺栓12使顶座1固定在顶板9上，下端通过半球形卡槽与转动装置2连接。

作为本发明实施例进一步的方案：转动装置2为直径为30mm~40mm的钢球，转动装置2固定在位移杆3顶端和恒阻尼液压装置主体71底部，通过半球形卡槽与顶座1和底座8连接。

作为本发明实施例进一步的方案：位移杆3是由铝合金制成的，表面刻有浅螺纹的空心圆杆，外直径为8mm~12mm，壁厚2mm，上端与转动装置2固接，通过转动装置2与顶座1连接，顶座1与转动装置2间可旋转，以保证顶板9和底板10不均匀沉降时动态仪依然保持竖直，确保测量结果准确，并且避免了顶板1和底板8不均匀沉降导致顶底板动态仪损坏，同时，位移杆3下端与恒阻尼液压装置主体71的位移塞714连接。

作为本发明实施例进一步的方案：防冲击波套筒4为表面贴有反光条41的铝合金制成的内凹圆形的三角形套筒，安装时，防冲击波套筒4一个棱朝***冲击波产生方向，以减小***冲击波的作用，表面贴反光条41可以警示现场人员，避免对动态仪冲撞，防冲击波套筒4与位移杆3套接，防冲击波套筒4内表面光滑，确保位移杆3顺利上下移动，上段防冲击波套筒4最下端与传动器5连接，下段防冲击波套筒4的上端与传动器5连接，下端与恒阻尼液压装置主体71连接，以固定防冲击波套筒4，同时，防冲击波套筒4高度可根据巷道高度进行选择。

作为本发明实施例进一步的方案：传动器5是由铝合金制成的传动机构，外壳由厚度为4mm～6mm的镀锌铁皮制成，防止巷道粉尘和水汽侵蚀传动器5，内部有齿轮装置，通过位移杆3的压缩使齿轮转动，进而通过齿轮的转动测量顶底板移近量，传动器5分别与上段防冲击波套筒4下端和下段防冲击波套筒4上端连接。

作为本发明实施例进一步的方案：综合表盘6包括电池、智能传感器、显示屏61、警报灯62、警报喇叭63、距离监测探头64和按键65，综合表盘6安装在传动器5侧面，外形为圆弧形，由厚度为4mm～6mm的镀锌铁皮制成，防止巷道粉尘和水汽侵蚀综合表盘6，智能传感器通过记录传动器5中齿轮转动圈数进而计算出顶底板移近量，并且把信息转化成数字信号，通过显示屏61把智能传感器转化的数字信号显示出来；距离监测探头64上嵌固有红外线传感器，并且警报灯62、警报喇叭63与距离监测探头64通过导线连接，在有人靠近一定距离范围内警报喇叭63发出警报声，警报灯62闪烁，以避免现场人员冲撞；按键65分别可以把位移数值清零和设置红外线传感器感应范围，红外线传感器感应范围可在0.5m～2m内调节。

作为本发明实施例进一步的方案：恒阻尼液压装置7包括恒阻尼液压装置主体71、液压控制泵72和泄压阀73，恒阻尼液压装置主体71上端与防***冲击波套筒4活动连接，下端与转动装置2固接，转动装置2嵌在底座8卡槽内，恒阻尼液压装置主体71包括恒阻尼油缸711、密封圈712、导向套713、位移塞714和缓冲装置715，位移塞714与恒阻尼油缸711活动连接，并且上端与位移杆3固接，导向套713在恒阻尼油缸711上端，与恒阻尼油缸711固接，对位移塞714起到导向支撑作用，避免位移塞714触碰恒阻尼油缸711壁，密封圈712固定在恒阻尼油缸711上端，以保证不漏油，恒阻尼油缸711内部下部设有缓冲装置715，恒阻尼油缸711外部下部安装泄压阀73，当恒阻尼油缸711内部压力达到0.1MPa时泄压阀73打开，进行卸压，当压力小于0.1MPa时，泄压阀73关闭，恒阻尼油缸711中始终有压力以保证位移杆3回弹，同时，不会位移杆3因受压过大而损坏，还能保证转动装置2在此压力下能够转动，液压控制泵72固定在底板10上，并且与液压装置主体71活动连接，可以为恒阻尼液压装置主体71自动补压。

作为本发明实施例进一步的方案：底座8由长宽均为250mm~300mm，厚度20mm~25mm的铝合金钢板制成，中央按设计要求制作一个半球形卡槽，半球形卡槽内除底部外嵌有圆柱体滚动轴11，当顶底板不均匀沉降时通过圆柱体滚动轴11转动，使底座8与转动装置2间更容易转动，以确保转动装置2始终在半球形卡槽内和动态仪始终保持竖直，并在底座8四个角制作膨胀螺栓12安装孔，通过膨胀螺栓12使底座8固定在底板10上，上端通过半球形卡槽与下部连接转动装置2的恒阻尼液压装置主体71连接。

所述一种巷道顶底板动态仪的使用方法，具体步骤如下：

（1）按照施工要求在指定位置安设顶座1和底座8，保证顶座1和底座8的基点在同一直线上，然后根据采高选配顶底板动态仪位移杆3和防冲击波套筒4，并将位移杆3与防冲击波套筒4套接；

（2）将恒阻尼液压装置主体71与转动装置2连接，并将转动装置2放入底座8卡槽，将防冲击波套筒4一个棱朝***冲击波产生方向，并将位移杆3与恒阻尼液压装置主体71的位移塞714连接，防冲击波套筒4与恒阻尼液压装置主体71活动连接，将位移杆3上端与转动装置2连接，使位移杆3上部转动装置2嵌入顶座1半球形卡槽，然后对恒阻尼液压装置7加压，使动态仪牢固；

（3）把顶底板动态仪紧固在顶座1和底座2卡槽中，把液压控制泵72固定在底板10上，并在恒阻尼液压装置7安装泄压阀73，然后把综合表盘6显示屏61显示的数值清零，并设置红外线传感器的感应范围，顶底板动态仪就开始正常工作；

（4）拆卸仪器时，打开恒阻尼液压装置7的泄压阀73，进行卸压，使位移杆3下移，取下顶底板动态仪。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。