自制頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的研究與應(yīng)用

崔計(jì)平

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺(tái)山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

1 鹿臺(tái)山煤業(yè)概述

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺(tái)山煤業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t/a，為了解決回采工作面上隅角瓦斯、銜接緊張等問(wèn)題，在回采工作面軌道順槽采用切頂卸壓沿空留巷工藝，巷道成型效果良好，留巷工藝大獲成功。在實(shí)際施工過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。由于沿空留巷工藝的特點(diǎn)，成巷段的巷道會(huì)有不同程度的下沉。特別在構(gòu)造段，頂板下沉量會(huì)非常明顯，又因下一回采面回采時(shí)的采動(dòng)影響，頂板二次下沉的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的底鼓現(xiàn)象。兩次疊加，頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_(dá)500 mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有的頂?shù)装逡平坑^測(cè)儀的量程，導(dǎo)致觀測(cè)儀變形損壞，數(shù)據(jù)失真。為解決這一問(wèn)題，鹿臺(tái)山煤業(yè)自制了一種頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置。

2 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的構(gòu)成及工作原理

2.1 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置組成

頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置主要由內(nèi)套管、外套管、彈簧、刻度表、刻度指針及調(diào)節(jié)螺栓組成，見(jiàn)圖1。內(nèi)、外套管是由無(wú)縫鋼管加工而成。內(nèi)套管直徑為45 mm，長(zhǎng)度2 000 mm，一頭封堵。外套管直徑為50 mm，長(zhǎng)度為2 000 mm的無(wú)縫鋼管，下半段設(shè)有間隔50 mm的直徑為12 mm的孔，用于調(diào)節(jié)桿體長(zhǎng)度及彈簧行程。彈簧直徑為40 mm，長(zhǎng)度400 mm，刻度指針固定在內(nèi)套管上，刻度貼在外套管上。

2.2 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的安裝

安裝前將外套管固定的位置落到實(shí)底上。安裝時(shí)，先測(cè)量頂?shù)装逯g的距離，計(jì)算觀測(cè)裝置的安裝長(zhǎng)度，將調(diào)節(jié)螺栓穿入調(diào)節(jié)孔內(nèi)，再將彈簧裝入外套管，同時(shí)將內(nèi)套管裝入，內(nèi)套管上口套在外露的頂錨桿上，必要時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓位置，最終使彈簧稍有壓力。然后將刻度表粘貼在外套管的上部，刻度指針固定在內(nèi)套管上，最后調(diào)整桿體，使桿體垂直于頂?shù)装逯g，調(diào)整刻度指針與刻度表0位對(duì)齊。

圖1 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置示意圖

2.3 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的工作原理

當(dāng)頂?shù)装灏l(fā)生相對(duì)位移時(shí)，迫使內(nèi)套管與外套管相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)刻度指針下移，形成讀數(shù)。彈簧受力支撐內(nèi)套管，使內(nèi)套管始終頂在頂錨桿上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂?shù)装逡平?。頂?shù)装逡平砍^(guò)彈簧行程時(shí)，可根據(jù)外套管調(diào)節(jié)孔下調(diào)彈簧行程，繼續(xù)讀數(shù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

鹿臺(tái)山煤業(yè)2203軌道順槽采用切頂卸壓沿空留巷工藝施工，設(shè)計(jì)巷道高度2.8 m，要求留巷后高度不得小于2.3 m。目前1 300余米巷道已施工完成，施工過(guò)程中每隔50 m安裝了一組頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置，觀測(cè)到的數(shù)據(jù)最大到560 mm。為了驗(yàn)證觀測(cè)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性，在安裝地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行十字觀測(cè)法觀測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，得出自制的頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的觀測(cè)精度完全滿足觀測(cè)要求。自安裝以來(lái)，沒(méi)有一組設(shè)備因變形等原因損壞，強(qiáng)度滿足要求。

4 頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 優(yōu)點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，造價(jià)低廉。該裝置主要材料為鋼管和彈簧，市場(chǎng)上很容易采購(gòu)，而且價(jià)格低廉。制作簡(jiǎn)單，不需要大型的加工設(shè)備，本單位的機(jī)修車間完全可以制作。

2）量程大，可以調(diào)節(jié)。該裝置的量程取決于彈簧的伸縮量，理論上加長(zhǎng)彈簧長(zhǎng)度就可以增加量程。本裝置選用的彈簧伸縮量為300 mm，量程即為300 mm。外套管下半部間隔50 mm設(shè)有調(diào)節(jié)孔，當(dāng)下沉量達(dá)到滿量程時(shí)，可以調(diào)節(jié)螺栓位置來(lái)增加量程，方便快捷。

3）安裝方便，維護(hù)量小。安裝時(shí)只需套好內(nèi)外套管，調(diào)節(jié)好彈簧即可，不需要專用工具。由于采用無(wú)縫鋼管加工而成，強(qiáng)度大，幾乎無(wú)需維護(hù)。

4.2 缺點(diǎn)

1）外套管存在鉆底現(xiàn)象，影響數(shù)據(jù)觀測(cè)結(jié)果。在安裝時(shí)，由于巷道底板為泥巖，遇水后變軟，存在鉆底現(xiàn)象。需要對(duì)外套管底部進(jìn)行改造，增大受力面積，避免因鉆底導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

2）不能單獨(dú)反映頂板下沉量或底板鼓起量。該裝置只能反映頂板下沉與底板鼓起的相加量，不能單獨(dú)反映其中一個(gè)變量，需要進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

鹿臺(tái)山煤業(yè)自制的這種頂?shù)装逡平坑^測(cè)裝置，根據(jù)頂板下沉（底板鼓起）的相對(duì)位移，利用兩根鋼管分別固定指針和刻度來(lái)指示移近量，并通過(guò)彈簧的彈力保持內(nèi)外套管對(duì)頂?shù)装宓闹?，可以持續(xù)地對(duì)移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)在鹿臺(tái)山煤業(yè)2203軌道順槽試驗(yàn)，該裝置完全滿足要求。