一種工作面采動應(yīng)力的測試裝置及方法

李嬈嬈 山東科技大學青島校區(qū)

在今后相當長的一段發(fā)展過程中，煤炭工業(yè)仍將是我國現(xiàn)有工業(yè)體系中最重要的基礎(chǔ)工業(yè)部門之一，在經(jīng)濟和社會發(fā)展的過程中仍扮演著不可替代的角色。近年來，隨著我國能源需求的不斷加大，煤礦開采的深度也在逐漸增加，煤炭開采工作量逐漸增大，沖擊地壓也越來越嚴重，為了有效的防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的發(fā)生，需要井下準確的測定工作面前方煤體中的應(yīng)力變化規(guī)律。傳統(tǒng)測量礦山壓力大小的方法主要是利用單一方向的油包，該方法只能測定某一單一方向的應(yīng)力變化規(guī)律，然而在采動過程中地壓變化復雜，僅測出單一方向的應(yīng)力并不能完全得到測點壓力變化規(guī)律，這就給井下安全生產(chǎn)埋下了隱患。所以針對目前這一情況，本文改進了測壓油包數(shù)量及布置方式的方法來解決此問題，通過設(shè)置雙油包垂直交叉布置的方式同時測定垂向和水平的應(yīng)力。通過這種設(shè)計，不僅可以得到測點垂向應(yīng)力，還可得到水平應(yīng)力，將二者綜合考慮，可以有效防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害的發(fā)生，為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。

1 裝置的構(gòu)成

裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由兩部分組成：一部分由兩個呈垂直布置的油包構(gòu)成，并且兩油包各自從中間部位引出一個獨立的油管。其中一號油包引出的油管經(jīng)過二號油包內(nèi)部并從其中穿出。另一部分為分別與從一號及二號油包引出的油管相連接的兩個彈簧管式壓力表。采動過程中一號、二號油包分別測定鉆孔周圍煤體的垂向和水平應(yīng)力。

圖1 測定裝置整體布置圖

2 裝置的主要特點與優(yōu)勢

(1）兩個油包呈垂直布置，油包為扁片形狀，材質(zhì)為金屬剛體，大小為鉆孔大小的4/5，兩油包各自從中間部位引出一個獨立的油管，油包出油口通過焊接方式密封，且兩油包各自形成獨立的系統(tǒng)，以保證準確測出水平及垂直兩個方向的應(yīng)力。

(2）一號油包的油管從靠近的一側(cè)引出，經(jīng)過二號油包內(nèi)部并從其內(nèi)部穿出。二號油包的油管從其底部中心位置引出后90度旋轉(zhuǎn)變?yōu)榕c1號油管平行布置，方便實現(xiàn)彈簧式壓力表的準確讀數(shù)。

(3）一號及二號油包引出的油管分別與兩個彈簧管式壓力表相連接，通過壓力表上彈簧管自由端的位移量來測量出各自油包所受壓力的大小，進而分別得出水平及垂直應(yīng)力。

3 裝置的測試過程

(1）工人沿掘進巷道鋪設(shè)鉆孔，在此運行過程中嚴格遵守《煤礦安全規(guī)程》以及其他相關(guān)規(guī)范要求，保證鉆孔準確和安全布置。

(2）將一號和二號油包連帶兩根分別從其內(nèi)部引出的油管一同一次布置到目標位置，注意關(guān)注兩油包是否在指定地點分別水平及垂直放置。

(3）當采動到距離油包一定距離的時候，垂向應(yīng)力使得一號油包首先發(fā)生擠壓，其內(nèi)部的油通過一號油管流到井口外的壓力表中；之后，水平應(yīng)力會逐漸增大，二號油包發(fā)生擠壓，其內(nèi)部的油通過二號油管流到井口外的另一個壓力表中。

(4）彈簧式壓力表中彈簧管自由端發(fā)生位移后依靠連桿帶動扇形輪轉(zhuǎn)動，進而帶動與指針同軸的中心齒輪轉(zhuǎn)動，測量人員通過指針位置確定讀數(shù)，分別得出該測點的垂直及水平應(yīng)力。

4 結(jié)論

采用本文設(shè)計的工作面采動應(yīng)力的測試裝置及方法，通過改進測壓油包數(shù)量及布置方式，并設(shè)置雙油包垂直交叉布置的方式同時測定垂向和水平的應(yīng)力，不僅可以得到測點垂向應(yīng)力，還可得到水平應(yīng)力，將二者綜合考慮，可以有效防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害的發(fā)生，為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。