一种SXXZ型数显式支撑柱的设计及使用

孙顺进，方家耀，吴双一

（浙江衢州煤矿机械总厂股份有限公司，浙江 衢州 324000）

引言

根据目前某土遗址文保项目的需要，经过实地考察发现引起某土遗址破坏的主要病害之一是土遗址底部受外界环境侵蚀而形成掏蚀凹进的临空面，这类病害形成后极易引起土遗址的整体坍塌，这时就需要对其进行支撑保护，等待进一步维修加固。为有效防止单体液压支柱支撑出现问题而发生事故，造成人员伤亡和设备损失，一些新兴的技术如微传感器技术、电子技术、自动化技术在顶板、墙体监测和防护设备中的应用也越来越广泛。根据某土遗址文保项目的需要，研制临时支撑装置，带有压力数据显示和存储功能，可以起到监测预警与支撑保护的双重作用。而SXXZ型数显式支撑柱就是其中之一。SXXZ型数显式支撑柱可观测当前压力数据，并可通过红外通讯方式随时方便地进行调零、校准，是支护质量日常检测、确保高效安全生产的理想产品。

1 SXXZ型数显式支撑柱的研制结构原理

SXXZ型数显式支撑柱的工作原理和内注式单体液压支柱工作原理相同，包括升柱、初撑、承载和回柱四个过程[1]。SXXZ型数显式支撑柱工作液为5号液压油，回柱时油缸中液压油流回活柱内腔及通液管内形成封闭式循环;不需要泵站和管路系统，配套设备少、成本低；在没有电源和泵站的地方照样使用，灵活性大、管理方便、简单。由于工作液是封闭式循环，支柱回柱时液压油流回活柱内腔及通液管内，实现支柱本身液压油的闭路循环，液压油消耗很少。支柱液压系统为闭式系统，液压油不外溢，不污染环境，有利于环保，并对工作面生产的影响小，较好地保持了工作面环境，劳动条件较好。支柱的阀全部装在支柱内腔，受外界污染的可能性小，可靠性高[1，2]。

SXXZ型数显式支撑柱，主要由抓地爪、手把体、卸载阀、安全阀、手把、压力检测仪、球头交接顶板等零部件组成。其结构图见图1。

图1

2 SXXZ型数显式支撑柱技术参数

（1）SXXZ型数显式支撑柱压力检测仪原理结构

SXXZ型数显式支撑柱的压力检测仪，是用于单体支柱压力参数监测的智能仪表，是俗称“电脑圆图仪”的组成部分。通过单体支柱压力变化曲线，从而分析顶板压力变化。它具有体积小、操作方便、显示直观、数据处理功能强等特点，输出的报表格式通用性强。它采用了红外无线数据通讯和改进的电池供电系统，大大提高了仪器的使用可靠性和电源的使用寿命，是传统的机械式圆图仪的理想替代产品[3]。

SXXZ型数显式支撑柱压力检测仪，主要由监测分机、数据采集器、通信适配器、计算机数据处理系统组成的数字综采压力检测系统，如图2所示，工作原理简图如图3所示。数据采集器可对每个监测分机进行压力监测，数据采集器通过串口将数据自动地传送到PC计算机处理。PC计算机通过压力管理软件就可以查看所有支撑柱工作面的压力状况。通过对支撑柱的支架压力监测数据的查询，可以实时掌握支柱的压力，从而保证支撑柱及支撑面的安全性。

图2 系统组成示意图

图3 工作原理简图

（2）SXXZ型数显式支撑柱使用说明

SXXZ型数显式支撑柱采用电阻式压力传感器和微处理器控制的电子电路及干电池组成。仪器采用一体化设计和不锈钢冲压式全密封外壳结构，具有防水、抗冲击、灵敏度高、操作简单、使用方便、结构合理、测试准确等优点。

SXXZ型数显式支撑柱无需外配动力源，不用配置乳化液泵站和乳化液管路供液系统，回柱时无工作液排出，较好地保持了工作面环境，可用于地基较软处对于墙体的支撑，该柱自带内置手摇把，在使用时用配套的手摇泵插入摇柱口摇动。手摇把工作时，液压行程300 mm，活动可调节行程 800～900 mm，初撑力 49.7 kN，工作阻力150kN。该数显式支撑柱初始高度为1900mm左右，最大伸出高度为3000mm左右[4]。

SXXZ型数显式支撑柱从液压工作腔内引出油路，接口处配套压力显示记录仪，该记录仪由4节额定电压1.5V的1号干电池串联，最大开路电压为6.6V；最大短路电流不大于1.2A，工作电流为55mA，压力等级为2.0级，量程为0-60MPa，LED数字显示压力，红外无线通讯传输存储数据，存储数据量为8kb,每5分钟唤醒工作，其余时间进入休眠省电状态，使用时间大于6个月，可在初始支撑力至最高工作阻力之间设定一报警压力，当载荷压力达到设定值时，红灯闪烁报警。

SXXZ型数显式支撑柱还配置有数据采集器和压力管理系统软件。定期利用采集器将支撑柱压力显示记录仪的数据无线采集到采集器内，再将采集器利用数据线与电脑连接后传输至电脑，利用配套的压力管理系统软件可实现对于支撑柱压力工作数据的显示、分析，绘制压力变化曲线，以及关于数据、曲线汇总的打印等。

（3）数显式支撑柱的适用范围

SXXZ型数显式支撑柱一般用于垂直或水平倾角大于15°水平支撑使用，其中球头交接顶板可摆动45°；支撑高度不大于支柱的最大高度，即支撑高度变化范围在最小高度和最大高度之间[1]。

SXXZ型数显式支撑最高工作阻力可以达到150 kN，工作液压可为30 MPa，安全阀最高设定压力可以为30 MPa，当支撑顶板或墙体的载荷超过额定压力时，安全阀可开启内部卸压，液压行程的活柱就均匀下缩，工作载荷小于额定工作阻力时，安全阀关闭，使支撑柱处于锁定状态，突出安全使用[4]。

3 结语

SXXZ型数显式支撑柱针对本土遗址文保需要，首先对高大空间可利用脚手架系统给支撑提供反力，可实现多点同时支撑，方便、高效。对狭小内部空间可利用固定式支撑提供反力，无需搭设脚手架系统。其次支撑杆长度可调、支撑掌角度可调，操作简便适用性强，满足了现场的需要。再者，支撑带有压力传感装置可精确显示土遗址变形趋势带来的压力，提供预警功能。最后，支撑可逆的物理支护措施，安装、拆卸方面，可循环使用，节能环保。SXXZ型数显式支撑柱项目研究，以多年参与土遗址保护施工的经验为基础，从一定程度上解决了土遗址施工过程中广泛存在着的精细化程度不足、质量控制依靠经验、作业效率低等问题。