本发明属于矿区治理检测，具体是指一种煤矿注浆充填区域的取样设备。
背景技术：
1、煤矿开采过程中，为防止采空区塌陷，保障地面建筑和设施安全，通常采用注浆充填技术对采空区进行回填。该技术利用材料配制成浆液，注入采空区，使其凝固形成支撑体，达到稳固地层的目的。然而注浆充填完成后，需要对充填区域的地质情况进行检测，以评估充填效果，确保充填质量达到预期目标，为后续的煤矿开采活动提供安全保障。
2、目前，对煤矿注浆充填区域地质情况进行检测时，普遍采用标准贯入器取样，取样的同时现场进行标准贯入试验，能够有效避免样本扰动，更能反映采空区的复杂环境，提高测试结果的准确性，贯入器将试验后的样本取出进行室内试验，检测样本中不受贯入实验扰动影响的其他参数，以进一步分析土体的物理性质，进而获得更全面、更准确的样本信息。
3、在标准贯入原位试验中，将标准贯入器放置在地下某深度的检测点上，用63.5kg的落锤自76cm的落距落下，通过钻垫和钻杆将标准贯入器击入检测点固定深度并统计所需的锤击数，贯入时，先将贯入器打入测试点15cm，避开之前钻至测试点时地层受到的扰动影响，再统计每次打入地层15cm的总锤击数，统计两次后完成实验。然而传统的标准贯入试验在实际应用于煤矿注浆充填区域检测时存在明显不足。
4、传统标准贯入试验中落锤的落距需要一致，但在实际操作中，随着贯入器和钻杆不断下移，传统的提锤装置提升的绝对高度固定，导致实际落距增加，影响测试结果的准确性。
5、标准贯入试验要求记录每贯入15cm所需的锤击次数，然而实际操作中，依靠人工判别贯入深度存在较大误差，且贯入标准深度后并没有反馈提醒，导致人员分次记录的锤击次数不准确，影响最终结果的可靠性。
技术实现思路
1、针对上述情况，本发明提供一种煤矿注浆充填区域的取样设备，能够在标准贯入试验取样过程中保持恒定的落锤落距，并在贯入标准深度后提供实时反馈提醒，有效避免人为误判，提高测试结果的准确性和可靠性。
2、本发明采取的技术方案如下：本发明提出一种煤矿注浆充填区域的取样设备，包括水平基架，所述水平基架两边缘上侧垂直固定对称设有支撑杆，所述支撑杆上端水平固定设有安装板，所述安装板前端中部水平对称固定设有限位杆，所述限位杆前端竖直滑动设有竖向限位随落机构，所述竖向限位随落机构上由上至下分别竖向滑动设有被动夹持释放机构和锤击机构，所述竖向限位随落机构上部固定设有主动脱钩机构，所述竖向限位随落机构正下方设有贯入取样机构，其中一个限位杆上设有落距反馈机构，所述安装板上设有往复卷扬机构。
3、进一步地，所述竖向限位随落机构包括限位柱，所述限位柱成对设置，所述限位柱上端分别竖向滑动贯穿两个限位杆前端，所述限位柱下端之间水平固定设有随落环。
4、进一步地，所述被动夹持释放机构包括空心柱，所述空心柱同轴设于随落环上方，所述空心柱上端封闭设置，所述空心柱侧壁下部加厚设置，所述空心柱加厚段侧壁内侧对称开设有矩形凹槽，所述矩形凹槽指向空心柱轴心，所述矩形凹槽内平行设有滑柱，所述滑柱与矩形凹槽间隔设置，所述滑柱朝向空心柱轴心的一端固定设有滑块，所述滑块与矩形凹槽紧贴滑动设置，所述滑柱另一端贯穿空心柱后固定设有第一磁块，所述矩形凹槽内在滑柱外侧设有压簧，所述压簧两端分别与滑块和空心柱固定连接，所述滑块背对压簧一端呈斜面设置，所述滑块斜面朝向空心柱轴心并朝下设置，所述空心柱外侧在垂直于两个滑柱连线方向对称固定设有第二导杆，所述第二导杆一端固定设有滑环，所述滑环滑动套设于限位柱外侧，两个滑环垂直于第二导杆方向分别背对开设有缺口，所述空心柱上端中心固定设有吊环。
5、进一步地，所述锤击机构包括落锤，所述落锤同轴设于随落环和空心柱之间，所述落锤直径小于随落环内径，使得落锤不会锤击随落环，所述落锤上部两侧对称固定设有第一导杆，所述第一导杆一端分别滑动套设于限位柱外侧，所述落锤上端同轴固定设有连接柱，所述连接柱上端同轴固定设有圆锥卡块，所述圆锥卡块呈正立圆锥设置，所述压簧初始状态下两个滑块斜面之间的最短距离小于圆锥卡块下端面直径。
6、进一步地，所述主动脱钩机构包括第一固定杆，所述第一固定杆分别垂直固定设于限位柱一侧，两个第一固定杆背对平行设置，所述第一固定杆位于限位杆下方，所述第一固定杆能够穿过同侧的缺口，两个第一固定杆一端分别水平垂直固定设有第二固定杆，两个第二固定杆面对设置，所述第二固定杆一端竖向垂直固定设有第二磁块，所述第二磁块与同侧的第一磁块处于同一竖直平面，所述第二磁块位于第一磁块的外侧。
7、进一步地，所述贯入取样机构包括锤垫，所述锤垫同轴设于随落环下方，所述锤垫直径小于随落环内径，所述锤垫下侧同轴固定设有连接盘，所述连接盘直径大于随落环内径，使得连接盘能够支撑随落环，所述连接盘下侧同轴固定设有能够拼接加长的钻杆，所述钻杆下侧同轴固定设有贯入器。
8、进一步地，所述落距反馈机构包括支座、转尺和u型卡，所述支座对称固定设于其中一个限位杆一端，所述转尺下端转动设于支座之间，所述转尺竖直状态时其面朝限位柱的一侧与限位杆紧贴，所述转尺下部外边缘开设有开口，所述转尺上端背对限位柱一侧固定设有配重块，使得转尺不受力时会朝配重块倾斜，所述u型卡在限位杆上方紧贴卡合于限位柱一侧，所述u型卡与开口同侧设置，所述u型卡的两侧段收紧设置，所述u型卡由弹性材料制成，使得u型卡能够通过变形卡合在限位柱上，所述u型卡的内侧设有防滑层，使得u型卡能够牢稳固定在限位柱上，所述u型卡中部侧向水平固定设有延伸杆，所述延伸杆一端水平垂直固定设有档杆，所述转尺竖直状态时在档杆和u型卡之间与档杆紧贴。
9、进一步地，所述往复卷扬机构包括电机、支板和转轴，所述电机固定设于安装板上侧，所述电机往复转动设置，实现电机正转时将吊绳卷起且反转时吊绳下端下移，所述支板间隔固定设于安装板上侧，所述支板之间转动设有卷筒，所述电机输出端贯穿相邻支板后与卷筒同轴固定连接，所述卷筒上缠绕有吊绳，所述转轴固定设于两个限位杆之间，所述转轴中部同轴转动设有引导轮，用于引导吊绳的竖向移动，所述吊绳一端在上方紧贴绕过引导轮后竖直向下与吊环固定连接。
10、进一步地，同侧的第一磁块和第二磁块相对面设置为不同磁极，使得第一磁块和第二磁块靠近时能够相互吸引。
11、进一步地，所述限位柱在贯入器贯入取样过程中始终滑动于限位杆内，所述吊绳对空心柱的最高固定卷扬位置高于初始位置的主动脱钩机构，使得被动夹持释放机构能够始终向上穿过并触发主动脱钩机构，所述吊绳下端的最低固定下落位置始终低于与锤垫接触的落锤上端位置，使得锤垫在每次下降后落锤依旧能够与空心柱接触。
12、采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
13、（1）电机正转时，卷筒卷起吊绳并将空心柱上提，由于此时滑块位于圆锥卡块下方，并且此时两个滑块斜面之间的最短距离小于圆锥卡块下端面直径，使得滑块将圆锥卡块和落锤向上提起，继续上提直到第一磁块与第二磁块靠近时，第二磁块将第一磁块外吸使得滑柱克服压簧压力外移，使得滑块不再对圆锥卡块支撑，落锤开始自由落体，通过合理设置第一固定杆在限位柱上的固定位置使得落锤被抬起76cm后刚好触发主动脱钩机构实现落锤的自由落体，由于随落环与锤垫分离并且位于锤垫上方，使得落锤只会锤击锤垫并将力向下传导，避免连同随落环和限位柱一同锤击分担锤击动能，由于第一固定杆与随落环、锤垫的相对位置固定，使得与锤垫接触的落锤每次被提升76cm后均被主动脱钩机构作用实现自由下落，保证了落锤每次锤击锤垫的落距以及动能恒定，严格符合贯入标准，使得测试结果更加准确。
14、（2）在锤击过程中，限位杆和转尺位置固定，初始时档杆与配重块紧贴，限位柱下移带动u型卡和档杆下移，通过设置开口与配重块的距离，使得档杆跟随u型卡、限位柱和贯入器下降15cm后，档杆移动至开口处使得转尺失去支撑，在配重块的作用下转尺倾斜，释放显著信号提醒操作人员已经贯入15cm，将u型卡和转尺的位置关系复位，继续锤击并开始记录锤击次数，重复上述步骤并根据信号反馈来分别记录两次贯入15cm对应的锤击次数，由于贯入15cm后的反馈提醒准确明显，能够及时提醒操作人员开始记录并分次记录，避免了人为判别贯入深度，避免了操作人员忘记记录，使得测试结果更加可靠。
15、（3）本装置采用纯机械结构，机械联动安全可靠，生产及维护成本较低，可大规模批量生产，适用于野外勘探等工作环境艰苦恶劣的场景，避免了传感器等微电子机构在野外工作易坏难修的缺陷，本装置操作使用非常简单，原理明确，无需学习成本，因此可快速推广应用。
1.一种煤矿注浆充填区域的取样设备，包括水平基架（1），其特征在于：所述水平基架（1）两边缘上侧垂直固定对称设有支撑杆（11），所述支撑杆（11）上端水平固定设有安装板（12），所述安装板（12）前端中部水平对称固定设有限位杆（13），所述限位杆（13）前端竖直滑动设有竖向限位随落机构（2），所述竖向限位随落机构（2）上由上至下分别竖向滑动设有被动夹持释放机构（3）和锤击机构（4），所述竖向限位随落机构（2）上部固定设有主动脱钩机构（5），所述竖向限位随落机构（2）正下方设有贯入取样机构（6），其中一个限位杆（13）上设有落距反馈机构（7），所述安装板（12）上设有往复卷扬机构（8）。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述竖向限位随落机构（2）包括限位柱（21），所述限位柱（21）成对设置，所述限位柱（21）上端分别竖向滑动贯穿两个限位杆（13）前端，所述限位柱（21）下端之间水平固定设有随落环（22）。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述被动夹持释放机构（3）包括空心柱（31），所述空心柱（31）同轴设于随落环（22）上方，所述空心柱（31）上端封闭设置，所述空心柱（31）侧壁下部加厚设置，所述空心柱（31）加厚段侧壁内侧对称开设有矩形凹槽（32），所述矩形凹槽（32）指向空心柱（31）轴心，所述矩形凹槽（32）内平行设有滑柱（33），所述滑柱（33）与矩形凹槽（32）间隔设置，所述滑柱（33）朝向空心柱（31）轴心的一端固定设有滑块（35），所述滑块（35）与矩形凹槽（32）紧贴滑动设置，所述滑柱（33）另一端贯穿空心柱（31）后固定设有第一磁块（34），所述矩形凹槽（32）内在滑柱（33）外侧设有压簧（36），所述压簧（36）两端分别与滑块（35）和空心柱（31）固定连接，所述滑块（35）背对压簧（36）一端呈斜面设置，所述滑块（35）斜面朝向空心柱（31）轴心并朝下设置，所述空心柱（31）外侧在垂直于两个滑柱（33）连线方向对称固定设有第二导杆（38），所述第二导杆（38）一端固定设有滑环（39），所述滑环（39）滑动套设于限位柱（21）外侧，两个滑环（39）垂直于第二导杆（38）方向分别背对开设有缺口（391），所述空心柱（31）上端中心固定设有吊环（37）。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述锤击机构（4）包括落锤（41），所述落锤（41）同轴设于随落环（22）和空心柱（31）之间，所述落锤（41）直径小于随落环（22）内径，所述落锤（41）上部两侧对称固定设有第一导杆（42），所述第一导杆（42）一端分别滑动套设于限位柱（21）外侧，所述落锤（41）上端同轴固定设有连接柱（43），所述连接柱（43）上端同轴固定设有圆锥卡块（44），所述圆锥卡块（44）呈正立圆锥设置，所述压簧（36）初始状态下两个滑块（35）斜面之间的最短距离小于圆锥卡块（44）下端面直径。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述主动脱钩机构（5）包括第一固定杆（51），所述第一固定杆（51）分别垂直固定设于限位柱（21）一侧，两个第一固定杆（51）背对平行设置，所述第一固定杆（51）位于限位杆（13）下方，所述第一固定杆（51）能够穿过同侧的缺口（391），两个第一固定杆（51）一端分别水平垂直固定设有第二固定杆（52），两个第二固定杆（52）面对设置，所述第二固定杆（52）一端竖向垂直固定设有第二磁块（53），所述第二磁块（53）与同侧的第一磁块（34）处于同一竖直平面，所述第二磁块（53）位于第一磁块（34）的外侧。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述贯入取样机构（6）包括锤垫（63），所述锤垫（63）同轴设于随落环（22）下方，所述锤垫（63）直径小于随落环（22）内径，所述锤垫（63）下侧同轴固定设有连接盘（62），所述连接盘（62）直径大于随落环（22）内径，所述连接盘（62）下侧同轴固定设有能够拼接加长的钻杆（61），所述钻杆（61）下侧同轴固定设有贯入器（64）。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述落距反馈机构（7）包括支座（71）、转尺（72）和u型卡（75），所述支座（71）对称固定设于其中一个限位杆（13）一端，所述转尺（72）下端转动设于支座（71）之间，所述转尺（72）竖直状态时其面朝限位柱（21）的一侧与限位杆（13）紧贴，所述转尺（72）下部外边缘开设有开口（74），所述转尺（72）上端背对限位柱（21）一侧固定设有配重块（73），所述u型卡（75）在限位杆（13）上方紧贴卡合于限位柱（21）一侧，所述u型卡（75）与开口（74）同侧设置，所述u型卡（75）的两侧段收紧设置，所述u型卡（75）由弹性材料制成，所述u型卡（75）的内侧设有防滑层，所述u型卡（75）中部侧向水平固定设有延伸杆（76），所述延伸杆（76）一端水平垂直固定设有档杆（77），所述转尺（72）竖直状态时在档杆（77）和u型卡（75）之间与档杆（77）紧贴。
8.根据权利要求7所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述往复卷扬机构（8）包括电机（81）、支板（82）和转轴（85），所述电机（81）固定设于安装板（12）上侧，所述电机（81）往复转动设置，所述支板（82）间隔固定设于安装板（12）上侧，所述支板（82）之间转动设有卷筒（83），所述电机（81）输出端贯穿相邻支板（82）后与卷筒（83）同轴固定连接，所述卷筒（83）上缠绕有吊绳（84），所述转轴（85）固定设于两个限位杆（13）之间，所述转轴（85）中部同轴转动设有引导轮（86），所述吊绳（84）一端在上方紧贴绕过引导轮（86）后竖直向下与吊环（37）固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：同侧的第一磁块（34）和第二磁块（53）相对面设置为不同磁极。
10.根据权利要求9所述的一种煤矿注浆充填区域的取样设备，其特征在于：所述限位柱（21）在贯入器（64）贯入取样过程中始终滑动于限位杆（13）内，所述吊绳（84）对空心柱（31）的最高固定卷扬位置高于初始位置的主动脱钩机构（5），所述吊绳（84）下端的最低固定下落位置始终低于与锤垫（63）接触的落锤（41）上端位置。
