一種SXXZ型數(shù)顯式支撐柱的設(shè)計(jì)及使用

孫順進(jìn)，方家耀，吳雙一

（浙江衢州煤礦機(jī)械總廠股份有限公司，浙江 衢州 324000）

引言

根據(jù)目前某土遺址文保項(xiàng)目的需要，經(jīng)過實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)引起某土遺址破壞的主要病害之一是土遺址底部受外界環(huán)境侵蝕而形成掏蝕凹進(jìn)的臨空面，這類病害形成后極易引起土遺址的整體坍塌，這時(shí)就需要對其進(jìn)行支撐保護(hù)，等待進(jìn)一步維修加固。為有效防止單體液壓支柱支撐出現(xiàn)問題而發(fā)生事故，造成人員傷亡和設(shè)備損失，一些新興的技術(shù)如微傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在頂板、墻體監(jiān)測和防護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用也越來越廣泛。根據(jù)某土遺址文保項(xiàng)目的需要，研制臨時(shí)支撐裝置，帶有壓力數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)功能，可以起到監(jiān)測預(yù)警與支撐保護(hù)的雙重作用。而SXXZ型數(shù)顯式支撐柱就是其中之一。SXXZ型數(shù)顯式支撐柱可觀測當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)，并可通過紅外通訊方式隨時(shí)方便地進(jìn)行調(diào)零、校準(zhǔn)，是支護(hù)質(zhì)量日常檢測、確保高效安全生產(chǎn)的理想產(chǎn)品。

1 SXXZ型數(shù)顯式支撐柱的研制結(jié)構(gòu)原理

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱的工作原理和內(nèi)注式單體液壓支柱工作原理相同，包括升柱、初撐、承載和回柱四個(gè)過程[1]。SXXZ型數(shù)顯式支撐柱工作液為5號液壓油，回柱時(shí)油缸中液壓油流回活柱內(nèi)腔及通液管內(nèi)形成封閉式循環(huán);不需要泵站和管路系統(tǒng)，配套設(shè)備少、成本低；在沒有電源和泵站的地方照樣使用，靈活性大、管理方便、簡單。由于工作液是封閉式循環(huán)，支柱回柱時(shí)液壓油流回活柱內(nèi)腔及通液管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)支柱本身液壓油的閉路循環(huán)，液壓油消耗很少。支柱液壓系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，液壓油不外溢，不污染環(huán)境，有利于環(huán)保，并對工作面生產(chǎn)的影響小，較好地保持了工作面環(huán)境，勞動(dòng)條件較好。支柱的閥全部裝在支柱內(nèi)腔，受外界污染的可能性小，可靠性高[1，2]。

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱，主要由抓地爪、手把體、卸載閥、安全閥、手把、壓力檢測儀、球頭交接頂板等零部件組成。其結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1

2 SXXZ型數(shù)顯式支撐柱技術(shù)參數(shù)

（1）SXXZ型數(shù)顯式支撐柱壓力檢測儀原理結(jié)構(gòu)

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱的壓力檢測儀，是用于單體支柱壓力參數(shù)監(jiān)測的智能儀表，是俗稱“電腦圓圖儀”的組成部分。通過單體支柱壓力變化曲線，從而分析頂板壓力變化。它具有體積小、操作方便、顯示直觀、數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)等特點(diǎn)，輸出的報(bào)表格式通用性強(qiáng)。它采用了紅外無線數(shù)據(jù)通訊和改進(jìn)的電池供電系統(tǒng)，大大提高了儀器的使用可靠性和電源的使用壽命，是傳統(tǒng)的機(jī)械式圓圖儀的理想替代產(chǎn)品[3]。

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱壓力檢測儀，主要由監(jiān)測分機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、通信適配器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成的數(shù)字綜采壓力檢測系統(tǒng)，如圖2所示，工作原理簡圖如圖3所示。數(shù)據(jù)采集器可對每個(gè)監(jiān)測分機(jī)進(jìn)行壓力監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集器通過串口將數(shù)據(jù)自動(dòng)地傳送到PC計(jì)算機(jī)處理。PC計(jì)算機(jī)通過壓力管理軟件就可以查看所有支撐柱工作面的壓力狀況。通過對支撐柱的支架壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢，可以實(shí)時(shí)掌握支柱的壓力，從而保證支撐柱及支撐面的安全性。

圖2 系統(tǒng)組成示意圖

圖3 工作原理簡圖

（2）SXXZ型數(shù)顯式支撐柱使用說明

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱采用電阻式壓力傳感器和微處理器控制的電子電路及干電池組成。儀器采用一體化設(shè)計(jì)和不銹鋼沖壓式全密封外殼結(jié)構(gòu)，具有防水、抗沖擊、靈敏度高、操作簡單、使用方便、結(jié)構(gòu)合理、測試準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱無需外配動(dòng)力源，不用配置乳化液泵站和乳化液管路供液系統(tǒng)，回柱時(shí)無工作液排出，較好地保持了工作面環(huán)境，可用于地基較軟處對于墻體的支撐，該柱自帶內(nèi)置手搖把，在使用時(shí)用配套的手搖泵插入搖柱口搖動(dòng)。手搖把工作時(shí)，液壓行程300 mm，活動(dòng)可調(diào)節(jié)行程 800～900 mm，初撐力 49.7 kN，工作阻力150kN。該數(shù)顯式支撐柱初始高度為1900mm左右，最大伸出高度為3000mm左右[4]。

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱從液壓工作腔內(nèi)引出油路，接口處配套壓力顯示記錄儀，該記錄儀由4節(jié)額定電壓1.5V的1號干電池串聯(lián)，最大開路電壓為6.6V；最大短路電流不大于1.2A，工作電流為55mA，壓力等級為2.0級，量程為0-60MPa，LED數(shù)字顯示壓力，紅外無線通訊傳輸存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量為8kb,每5分鐘喚醒工作，其余時(shí)間進(jìn)入休眠省電狀態(tài)，使用時(shí)間大于6個(gè)月，可在初始支撐力至最高工作阻力之間設(shè)定一報(bào)警壓力，當(dāng)載荷壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，紅燈閃爍報(bào)警。

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱還配置有數(shù)據(jù)采集器和壓力管理系統(tǒng)軟件。定期利用采集器將支撐柱壓力顯示記錄儀的數(shù)據(jù)無線采集到采集器內(nèi)，再將采集器利用數(shù)據(jù)線與電腦連接后傳輸至電腦，利用配套的壓力管理系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)對于支撐柱壓力工作數(shù)據(jù)的顯示、分析，繪制壓力變化曲線，以及關(guān)于數(shù)據(jù)、曲線匯總的打印等。

（3）數(shù)顯式支撐柱的適用范圍

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱一般用于垂直或水平傾角大于15°水平支撐使用，其中球頭交接頂板可擺動(dòng)45°；支撐高度不大于支柱的最大高度，即支撐高度變化范圍在最小高度和最大高度之間[1]。

SXXZ型數(shù)顯式支撐最高工作阻力可以達(dá)到150 kN，工作液壓可為30 MPa，安全閥最高設(shè)定壓力可以為30 MPa，當(dāng)支撐頂板或墻體的載荷超過額定壓力時(shí)，安全閥可開啟內(nèi)部卸壓，液壓行程的活柱就均勻下縮，工作載荷小于額定工作阻力時(shí)，安全閥關(guān)閉，使支撐柱處于鎖定狀態(tài)，突出安全使用[4]。

3 結(jié)語

SXXZ型數(shù)顯式支撐柱針對本土遺址文保需要，首先對高大空間可利用腳手架系統(tǒng)給支撐提供反力，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)支撐，方便、高效。對狹小內(nèi)部空間可利用固定式支撐提供反力，無需搭設(shè)腳手架系統(tǒng)。其次支撐桿長度可調(diào)、支撐掌角度可調(diào)，操作簡便適用性強(qiáng)，滿足了現(xiàn)場的需要。再者，支撐帶有壓力傳感裝置可精確顯示土遺址變形趨勢帶來的壓力，提供預(yù)警功能。最后，支撐可逆的物理支護(hù)措施，安裝、拆卸方面，可循環(huán)使用，節(jié)能環(huán)保。SXXZ型數(shù)顯式支撐柱項(xiàng)目研究，以多年參與土遺址保護(hù)施工的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從一定程度上解決了土遺址施工過程中廣泛存在著的精細(xì)化程度不足、質(zhì)量控制依靠經(jīng)驗(yàn)、作業(yè)效率低等問題。