WBY-10型頂板離層儀的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高慧奇

(潞安化工集團(tuán) 余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046100)

頂板離層儀是一種監(jiān)測(cè)頂板巖層移動(dòng)的專用監(jiān)測(cè)儀器，又叫做頂板離層指示儀，是目前煤礦井下巷道中最基礎(chǔ)、使用最廣泛的頂板監(jiān)測(cè)儀器，在優(yōu)化巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)頂板支護(hù)強(qiáng)度、防止發(fā)生冒頂?shù)确矫姘l(fā)揮了巨大的作用。目前，井下主要使用的是WBY-10型頂板離層儀，在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該型離層儀存在一定設(shè)計(jì)缺陷，影響了其使用效果。

1 工作原理及存在問(wèn)題

WBY-10型離層儀結(jié)構(gòu)為“T”型，通過(guò)在頂板打設(shè)鉆孔，使用安裝桿安設(shè)深、淺基點(diǎn)錨固器，在孔口安設(shè)離層儀套管并調(diào)節(jié)好指示環(huán)的位置，固定螺絲，最后裁去多余鋼絲繩。當(dāng)頂板發(fā)生離層而導(dǎo)致頂板下沉?xí)r，鋼絲繩帶動(dòng)離層儀指示環(huán)移動(dòng)，通過(guò)觀測(cè)讀數(shù)或離層儀反光膜顏色記錄頂板離層情況。如圖1所示。

圖1 WBY-10型頂板離層儀實(shí)物圖

通過(guò)對(duì)井下巷道內(nèi)使用中的頂板離層儀的觀察，發(fā)現(xiàn)目前使用的WBY-10型離層儀存在以下問(wèn)題：

1) WBY-10型頂板離層儀在安設(shè)時(shí)，由于施工人員的操作不規(guī)范，可能會(huì)出現(xiàn)離層儀塞入鉆孔中的“A”部分被全部塞入鉆孔中，從而導(dǎo)致離層儀桿體“B”緊貼頂板，桿體上的指示環(huán)“C”容易被頂板或頂網(wǎng)卡絆，導(dǎo)致離層儀失效或顯示不準(zhǔn)確；

2) 當(dāng)離層儀規(guī)范安設(shè)，即離層儀桿體離開(kāi)頂板50 mm左右時(shí)，由于離層儀鉆孔孔口位置的直徑往往會(huì)由于鉆桿的摩擦變大，導(dǎo)致離層儀插入鉆孔中的部分“A”會(huì)在頂板下沉?xí)r嵌入鉆孔內(nèi)，而離層儀指示環(huán)讀數(shù)不變化，導(dǎo)致離層儀不能全程記錄頂板下沉全過(guò)程；

3) 在回風(fēng)巷道內(nèi)的離層儀桿體附著粉塵等雜物時(shí)，會(huì)造成離層儀指示環(huán)卡絆，最終導(dǎo)致離層儀被拉壞，或者離層儀鉆孔內(nèi)鋼絲繩被拉斷，從而造成離層儀失效；

4) 離層儀插入鉆孔中的部分“A”上有倒刺，可以固定離層儀，防止離層儀掉落，但在離層儀鉆孔內(nèi)，鋼絲繩因銹蝕斷裂或因頂板錯(cuò)位被切斷時(shí)，離層儀實(shí)際已經(jīng)失效，但通過(guò)外表無(wú)法發(fā)現(xiàn)，造成潛在安全隱患。

以上存在的問(wèn)題，均是由于目前在用的WBY-10型頂板離層儀存在的設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)“A”部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1) 針對(duì)“A”部位下部的優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析原離層儀存在容易安設(shè)不規(guī)范、不能全程記錄頂板離層的問(wèn)題，主要原因是“A”部位的直徑小于或接近于鉆孔直徑，而安設(shè)離層儀的鉆孔孔口由于鉆頭在開(kāi)口時(shí)的滑動(dòng)、鉆桿的摩擦導(dǎo)致實(shí)際孔口直徑會(huì)變大，離層儀“A”部位會(huì)全部插入頂板鉆孔內(nèi)。針對(duì)這一問(wèn)題，在離層儀“A”部位距離離層儀桿體“B”50 mm的位置設(shè)置1個(gè)托盤(pán)，托盤(pán)直徑要絕對(duì)大于鉆孔直徑、頂板金屬網(wǎng)網(wǎng)格，確保離層儀既能與頂板保持一定間距，防止出現(xiàn)安設(shè)不規(guī)范的現(xiàn)象，又能確保頂板發(fā)生下沉、離層時(shí)，離層儀的讀數(shù)準(zhǔn)確，以完整記錄頂板下沉全過(guò)程。

2) 針對(duì)“A”部位上部倒刺結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。離層儀“A”部位上的倒刺結(jié)構(gòu)，可以起到固定頂板離層儀桿體的作用，一旦離層儀安設(shè)在鉆孔內(nèi)，離層儀就無(wú)法取出，導(dǎo)致在隨后的使用過(guò)程中無(wú)法檢測(cè)離層儀是否完好。優(yōu)化設(shè)計(jì)：將“A”部位上的倒刺結(jié)構(gòu)更換為彈簧結(jié)構(gòu)，即可以起到固定離層儀的作用，同時(shí)離層儀還可以被拉出，便于檢測(cè)離層儀是否完好，同時(shí)在離層儀桿體下方中部位置設(shè)置1個(gè)圓環(huán)，便于離層儀觀測(cè)人員使用長(zhǎng)柄帶鉤工具下拉離層儀，以檢測(cè)離層儀是否完好，如圖2所示。

圖2 離層儀“A”部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)示意

2.2 對(duì)“C”部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)

巷道內(nèi)的離層儀，尤其是回風(fēng)巷道內(nèi)的離層儀，表面容易積累灰塵，從而導(dǎo)致離層儀指示環(huán)與桿體之間被堵塞，使指示環(huán)無(wú)法移動(dòng)，造成離層儀失效。嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)在頂板下沉?xí)r拉斷離層儀鉆孔內(nèi)的鋼絲繩，或者拉壞離層儀桿體。優(yōu)化設(shè)計(jì)：增加指示環(huán)與離層儀桿體、滑塊與離層儀桿體之間的間距，防止灰塵堵塞導(dǎo)致離層儀失效或損壞，如圖3所示。

圖3 離層儀指示環(huán)“C”的優(yōu)化設(shè)計(jì)示意

3 結(jié) 語(yǔ)

優(yōu)化后的頂板離層儀，既能滿足施工時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)安設(shè)要求，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，又可以降低在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的損壞率，且便于日常檢測(cè)，及時(shí)更新，可極大提高頂板離層儀的可靠性和準(zhǔn)確性。