WBY-10型顶板离层仪的优化设计

2022-03-17高慧奇

煤 2022年3期

高慧奇

(潞安化工集团余吾煤业公司，山西长治 046100)

顶板离层仪是一种监测顶板岩层移动的专用监测仪器，又叫做顶板离层指示仪，是目前煤矿井下巷道中最基础、使用最广泛的顶板监测仪器，在优化巷道支护设计、监测顶板支护强度、防止发生冒顶等方面发挥了巨大的作用。目前，井下主要使用的是WBY-10型顶板离层仪，在实际使用过程中，发现该型离层仪存在一定设计缺陷，影响了其使用效果。

1 工作原理及存在问题

WBY-10型离层仪结构为“T”型，通过在顶板打设钻孔，使用安装杆安设深、浅基点锚固器，在孔口安设离层仪套管并调节好指示环的位置，固定螺丝，最后裁去多余钢丝绳。当顶板发生离层而导致顶板下沉时，钢丝绳带动离层仪指示环移动，通过观测读数或离层仪反光膜颜色记录顶板离层情况。如图1所示。

图1 WBY-10型顶板离层仪实物图

通过对井下巷道内使用中的顶板离层仪的观察，发现目前使用的WBY-10型离层仪存在以下问题：

1) WBY-10型顶板离层仪在安设时，由于施工人员的操作不规范，可能会出现离层仪塞入钻孔中的“A”部分被全部塞入钻孔中，从而导致离层仪杆体“B”紧贴顶板，杆体上的指示环“C”容易被顶板或顶网卡绊，导致离层仪失效或显示不准确；

2) 当离层仪规范安设，即离层仪杆体离开顶板50 mm左右时，由于离层仪钻孔孔口位置的直径往往会由于钻杆的摩擦变大，导致离层仪插入钻孔中的部分“A”会在顶板下沉时嵌入钻孔内，而离层仪指示环读数不变化，导致离层仪不能全程记录顶板下沉全过程；

3) 在回风巷道内的离层仪杆体附着粉尘等杂物时，会造成离层仪指示环卡绊，最终导致离层仪被拉坏，或者离层仪钻孔内钢丝绳被拉断，从而造成离层仪失效；

4) 离层仪插入钻孔中的部分“A”上有倒刺，可以固定离层仪，防止离层仪掉落，但在离层仪钻孔内，钢丝绳因锈蚀断裂或因顶板错位被切断时，离层仪实际已经失效，但通过外表无法发现，造成潜在安全隐患。

以上存在的问题，均是由于目前在用的WBY-10型顶板离层仪存在的设计缺陷导致的。

2 优化设计

2.1 对“A”部位的优化设计

1) 针对“A”部位下部的优化设计。分析原离层仪存在容易安设不规范、不能全程记录顶板离层的问题，主要原因是“A”部位的直径小于或接近于钻孔直径，而安设离层仪的钻孔孔口由于钻头在开口时的滑动、钻杆的摩擦导致实际孔口直径会变大，离层仪“A”部位会全部插入顶板钻孔内。针对这一问题，在离层仪“A”部位距离离层仪杆体“B”50 mm的位置设置1个托盘，托盘直径要绝对大于钻孔直径、顶板金属网网格，确保离层仪既能与顶板保持一定间距，防止出现安设不规范的现象，又能确保顶板发生下沉、离层时，离层仪的读数准确，以完整记录顶板下沉全过程。

2) 针对“A”部位上部倒刺结构的优化设计。离层仪“A”部位上的倒刺结构，可以起到固定顶板离层仪杆体的作用，一旦离层仪安设在钻孔内，离层仪就无法取出，导致在随后的使用过程中无法检测离层仪是否完好。优化设计：将“A”部位上的倒刺结构更换为弹簧结构，即可以起到固定离层仪的作用，同时离层仪还可以被拉出，便于检测离层仪是否完好，同时在离层仪杆体下方中部位置设置1个圆环，便于离层仪观测人员使用长柄带钩工具下拉离层仪，以检测离层仪是否完好，如图2所示。

图2 离层仪“A”部位的优化设计示意

2.2 对“C”部位的优化设计

巷道内的离层仪，尤其是回风巷道内的离层仪，表面容易积累灰尘，从而导致离层仪指示环与杆体之间被堵塞，使指示环无法移动，造成离层仪失效。严重时，还会在顶板下沉时拉断离层仪钻孔内的钢丝绳，或者拉坏离层仪杆体。优化设计：增加指示环与离层仪杆体、滑块与离层仪杆体之间的间距，防止灰尘堵塞导致离层仪失效或损坏，如图3所示。