高慧奇

(潞安化工集團 余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046100)

頂板離層儀是一種監(jiān)測頂板巖層移動的專用監(jiān)測儀器，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)測儀器，在優(yōu)化巷道支護設(shè)計、監(jiān)測頂板支護強度、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，在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)該型離層儀存在一定設(shè)計缺陷，影響了其使用效果。

1 工作原理及存在問題

WBY-10型離層儀結(jié)構(gòu)為“T”型，通過在頂板打設(shè)鉆孔，使用安裝桿安設(shè)深、淺基點錨固器，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。當頂板發(fā)生離層而導致頂板下沉時，鋼絲繩帶動離層儀指示環(huán)移動，通過觀測讀數(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型頂板離層儀實物圖

通過對井下巷道內(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題：

1) WBY-10型頂板離層儀在安設(shè)時，由于施工人員的操作不規(guī)范，可能會出現(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，導致離層儀失效或顯示不準確；

2) 當離層儀規(guī)范安設(shè)，即離層儀桿體離開頂板50 mm左右時，由于離層儀鉆孔孔口位置的直徑往往會由于鉆桿的摩擦變大，導致離層儀插入鉆孔中的部分“A”會在頂板下沉時嵌入鉆孔內(nèi)，而離層儀指示環(huán)讀數(shù)不變化，導致離層儀不能全程記錄頂板下沉全過程；

3) 在回風巷道內(nèi)的離層儀桿體附著粉塵等雜物時，會造成離層儀指示環(huán)卡絆，最終導致離層儀被拉壞，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位被切斷時，離層儀實際已經(jīng)失效，但通過外表無法發(fā)現(xiàn)，造成潛在安全隱患。

以上存在的問題，均是由于目前在用的WBY-10型頂板離層儀存在的設(shè)計缺陷導致的。

2 優(yōu)化設(shè)計

2.1 對“A”部位的優(yōu)化設(shè)計

1) 針對“A”部位下部的優(yōu)化設(shè)計。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口時的滑動、鉆桿的摩擦導致實際孔口直徑會變大，離層儀“A”部位會全部插入頂板鉆孔內(nèi)。針對這一問題，在離層儀“A”部位距離離層儀桿體“B”50 mm的位置設(shè)置1個托盤，托盤直徑要絕對大于鉆孔直徑、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，離層儀的讀數(shù)準確，以完整記錄頂板下沉全過程。

2) 針對“A”部位上部倒刺結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。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)，離層儀就無法取出，導致在隨后的使用過程中無法檢測離層儀是否完好。優(yōu)化設(shè)計：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，同時離層儀還可以被拉出，便于檢測離層儀是否完好，同時在離層儀桿體下方中部位置設(shè)置1個圓環(huán)，便于離層儀觀測人員使用長柄帶鉤工具下拉離層儀，以檢測離層儀是否完好，如圖2所示。

圖2 離層儀“A”部位的優(yōu)化設(shè)計示意

2.2 對“C”部位的優(yōu)化設(shè)計

巷道內(nèi)的離層儀，尤其是回風巷道內(nèi)的離層儀，表面容易積累灰塵，從而導致離層儀指示環(huán)與桿體之間被堵塞，使指示環(huán)無法移動，造成離層儀失效。嚴重時，還會在頂板下沉時拉斷離層儀鉆孔內(nèi)的鋼絲繩，或者拉壞離層儀桿體。優(yōu)化設(shè)計：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)計示意

3 結(jié) 語

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