[发明专利]一种巷道帮部位移测量设备及方法

权利要求书

1.一种巷道帮部位移测量设备，其特征在于：包括用于发射带电粒子的粒子发射源、用于筛选出特定速度带电粒子的第一空间、粒子接收器以及用于将带电粒子偏转至粒子接收器上的第二空间；

粒子发射源位于第一空间的一侧，第二空间位于第一空间的另一侧；粒子发射源与第一外接电源连接，其向第一空间中发射带电粒子；

在第一空间中设置有第一金属板和第二金属板，第一金属板和第二金属板平行布置在第一空间的上边界和下边界，第一金属板和第二金属板连接第二外接电源，且第一金属板带正电，第二金属板带负电，第一金属板和第二金属板之间产生竖直向下的电场；

在第二空间中设置有第三金属板和第四金属板，第三金属板和第四金属板平行布置在第二空间的左边界和右边界，在第三金属板上还设置有供带电粒子穿过的通孔；所述粒子接收器布置在第二空间的上边界处，粒子接收器与外接显示屏连接；

在第一空间和第二空间位置处还设置有亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈通电后在第一空间和第二空间中产生方向为垂直巷道断面向里的匀强磁场；

所述第四金属板与固定杆连接，固定杆的固定端插入巷道帮部的稳定岩层中；所述粒子接收器与随动杆连接，随动杆的固定端插入巷道帮部的松动岩层中；

所述粒子接收器和随动杆之间设置有连接板，粒子接收器与连接板的一面连接，随动杆与连接板的另一面连接；在固定杆和随动杆之间设置有连接杆，连接杆的两端设置有导向轮，所述导向轮的轮毂边缘带有便于固定杆或随动杆的杆体嵌入的凹槽；

所述亥姆霍兹线圈包括第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈，其中第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈分别设置在第一空间的前后面，第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈分别设置在第二空间的前后面。

2.一种巷道帮部位移测量方法，采用如权利要求1所述的设备，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，分别将固定杆的固定端与随动杆的固定端插入巷道帮部的稳定岩层与松动岩层中，使其分别与稳定岩层和松动岩层相对固定；

步骤二，将连接杆的两个导向轮分别卡入随动杆和固定杆；

步骤三，接通第一外接电源，使粒子发射源不断产生速度为v的带电粒子，所述带电粒子带正电，且所带电荷为q，带电粒子首先进入第一空间；

步骤四，接通第二外接电源，使第一金属板带正电，第二金属板带负电，带电粒子在第一空间中受垂直向下的电场力；所述第一金属板与第二金属板之间电压为U₁，距离为d₁；第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈通电后在第一空间中产生方向为垂直巷道断面向里的匀强磁场，所述匀强磁场强度为B₁；

所述带电粒子在第一空间中受到竖直向上的洛伦兹力F_洛1＝B₁vq和竖直向下的电场力F_电＝U₁/d₁×q，二力大小相等，方向相反，即F_洛1＝F_电，所以通过第一空间的带电粒子速度为v＝U₁/B₁d₁，在第一空间中筛选掉速度不为v的带电粒子，保证只有速度为v的带电粒子才能做匀速直线运动通过第一空间，且穿过第三金属板上的通孔，进入第二空间；

步骤五，所述第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈通电后在第二空间中产生方向为垂直巷道断面向里的匀强磁场，且匀强磁场强度为B₂，带电粒子进入第二空间后受到垂直速度运动方向的洛伦兹力F_洛2＝B₂vq后做匀速圆周运动，带电粒子所受的洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力，即F_洛2＝F_向，而向心力大小为F_向＝mv²/R，所以带电粒子做匀速圆周运动的半径为R＝mv/B₂q，控制圆的半径R与第三金属板上的通孔到粒子接收器的距离d₂相同，即R＝d₂，所以带电粒子做匀速圆周运动后垂直打在粒子接收器上，被粒子接收器接收；

将粒子接收器接通外接显示屏，使带电粒子在第二空间中受到垂直速度运动方向的洛伦兹力后垂直偏转至粒子接收器上，被粒子接收器接收，通过外接显示屏显示每次接收粒子的位置情况；

当巷道帮部的松动岩层发生变形产生位移时，随动杆的固定端随着巷道帮部松动岩层的运动而产生位移，固定杆的固定端由于固定于稳定岩层，不产生位移；随动杆产生位移后，通过连接板推动粒子接收器发生位移；由第二空间偏转至粒子接收器上的带电粒子源源不断的被粒子接收器接收，当粒子接收器产生位移后，粒子接收器接收带电粒子的位置也在不断变化，并且通过外接显示屏显示每次接收粒子的位置情况，通过外接显示屏，可看出带电粒子的具体偏转位置，进而显示出巷道帮部发生蠕变的位移情况。