【技术领域】
[0001] 本实用新型属于
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。【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。【实用新型内容】
[0003] 本实用新型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并固定在钻孔预定
位置，另外一端依次穿出测筒和传动腔；所述传动腔内设置有传动轮，该传动轮在直线运动部的带动下转动，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，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，在传动轮上盘外周缠绕有传动
弹簧片；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] 所述直线运动部上依次安装有第一锚爪、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安装在测筒上的托盘，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，用紧固件紧固。
[0013] 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。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型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】
[0015] 图1为离层仪整体示意图；
[0016] 图2为传动腔内部结构及后盖示意图；
[0017] 图3为传动腔后盖示意图；
[0018] 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；
[0019] 图5为连接构件结构示意图；
[0020] 图6为数显报警系统示意图。
[0021] 附图标记说明：
[0022]【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
[0024] 如图1至图6所示，本实用新型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10m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。
[0025] 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2一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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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13一端与传动轮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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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显示装置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。
[0033] 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，通过声光预警功能报警。当用矿灯照射光敏控制开关时，LED显示装置显示当前离层量，反之不显示，以节省系统电量。
[0034] 以下针对本实用新型监测系统的安装方法予以说明：
[0035] 步骤1、首先将两根钢绞线2的一端分别与深基点锚爪1-1和浅基点锚爪1-2通过紧固螺丝21连接在一起，另一端依次通过金属固定锚爪3顶部小孔、测筒6内部钢绞线通过孔、连接构件15的钢绞线通过孔、传动腔体下部安装孔18后缠绕在钢绞线收放装置11上；
[0036] 步骤2、组装传动轮16、紧固弹簧片14及传动弹簧片13。以右传动轮安装为例，紧固弹簧片14安装在传动轮下盘16-2部分，紧固弹簧片14一端与传动腔体连接，一端与传动轮16相连，可使传动轮16自动逆
时针旋转，以紧固钢绞线2；传动弹簧片13一端与连接构件15连接，然后顺时针缠绕在传动轮上盘16-1，传动弹簧片13另一端与传动轮16相连，向上拉动连接构件15可使传动
转轮16顺时针转动，即紧固弹簧片14与传动弹簧片13缠绕方向相反；
左传动轮安装步骤与上述步骤相同，但是紧固弹簧片14及传动弹簧片13缠绕方向与右传动轮相反；
[0037] 步骤3、将传动轮16安装在传动腔体内部，调整位置后，盖上传动腔后盖20，并依次拧紧后盖上的10颗小螺丝；
[0038] 步骤4、将位移传感器的输出端与单片机连接，单片机的输出端连接声光预警装置和LED显示装置，可充电电源分别连接在角位移传感器和光敏控制开关上，光敏控制开关的输出连接在LED显示装置上。在单片机24内部预先输入处理程序；盖上电路腔后盖，依次10颗安装紧固螺丝；
[0039] 步骤5、将角位移传感器转轴插入传动轮中心的转轴连接孔16-3组装完毕。
[0040] 以下对本实用新型的监测方法予以说明：
[0041] 步骤1、选取某一需要监测的巷道断面，利用锚杆钻机，选取外径相当的
钻杆及
钻头，沿垂直于顶板岩面钻进到
指定位置后，取出钻杆及钻头，即完成孔的钻进；
[0042] 步骤2、利用专用安装
推杆依次将深基点锚爪1-1和浅基点基点锚爪1-2推入到钻孔中合适位置，一般规定深基点锚爪1-1固定在深入稳定岩层300mm以上的位置，浅基点锚爪1-2固定与锚杆有效长度相当的位置。拉动钢绞线2以确保基点锚爪1不向下滑移，将测筒6插入钻孔中，利用金属固定锚爪3及橡胶固定锚爪4将其固定，孔口托盘5与顶板紧密
接触，确保离层系统安装牢靠；
[0043] 步骤3、利用收放装置拉紧钢绞线2，拧紧连接构件紧固螺丝，确保钢绞线2与连接构件15连接；
[0044] 步骤4、按下电源键9及角位移电位器清零键10，系统开始工作；
[0045] 步骤5、一般认为，顶板离层变化在一周内较为明显，因此，井下人员需要每天或每两天记录一次深、浅基点读数；
[0046] 步骤6、
数据处理：假设深基点安装深度为A，浅基点安装深度为B，当深基点读数为X1，浅基点读数为X2。根据离层仪监测原理，X1一定大于或等于X2，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；
[0047] 步骤7、当用矿灯照射离层仪光敏控制开关27时，LED显示装置26显示读数，其余时间LED显示装置26不工作，进而达到节省电量的目的。当顶板离层量超过设定阈值时，声光预警装置25会自动报警。
[0048] 步骤三，设备回收。
[0049] 在连续若干天的读数趋于稳定后，监测完毕，可对设备进行回收，首先拧松连接构件15紧固螺丝，然后从钢绞线自动收放装置9处剪短钢绞线2，用
力拉动，将垂直测筒从钻孔中拔出即可。
[0050] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
[0051] 1、本实用新型在实现对顶板离层量动态监测的同时，当离层量超过警戒值后可进行报警。
[0052] 2、本实用新型将机械传动系统与数显报警系统相互分离设计，密闭设计的电路腔可隔绝水汽，同时方便电路腔的回收。
[0053] 3、本实用新型将垂直测筒长度设置为1.5m左右，方便系统安装及回收。
[0054] 4、本实用新型设置有用于连接钢绞线与传动弹簧的连接构件，以及设置有钢绞线收放装置；
[0055] 5、本实用新型在垂直测筒上设置有托盘，以阻挡顶板水以及方便在顶板完整性较差的巷道中使用。
[0056] 以上所述，仅是本实用新型的较佳操作实例，并非对本实用新型作出的任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上操作实例所作的任何简单
修改、变更，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
