自制頂底板移近量觀測裝置的研究與應用

崔計平

（山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業有限公司，山西 晉城 048200）

1 鹿臺山煤業概述

山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業設計生產能力60萬t/a，為了解決回采工作面上隅角瓦斯、銜接緊張等問題，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。在實際施工過程中也存在一些問題。由于沿空留巷工藝的特點，成巷段的巷道會有不同程度的下沉。特別在構造段，頂板下沉量會非常明顯，又因下一回采面回采時的采動影響，頂板二次下沉的同時會出現不同程度的底鼓現象。兩次疊加，頂底板移近量最大可達500 mm以上，遠遠超出現有的頂底板移近量觀測儀的量程，導致觀測儀變形損壞，數據失真。為解決這一問題，鹿臺山煤業自制了一種頂底板移近量觀測裝置。

2 頂底板移近量觀測裝置的構成及工作原理

2.1 頂底板移近量觀測裝置組成

頂底板移近量觀測裝置主要由內套管、外套管、彈簧、刻度表、刻度指針及調節螺栓組成，見圖1。內、外套管是由無縫鋼管加工而成。內套管直徑為45 mm，長度2 000 mm，一頭封堵。外套管直徑為50 mm，長度為2 000 mm的無縫鋼管，下半段設有間隔50 mm的直徑為12 mm的孔，用于調節桿體長度及彈簧行程。彈簧直徑為40 mm，長度400 mm，刻度指針固定在內套管上，刻度貼在外套管上。

2.2 頂底板移近量觀測裝置的安裝

安裝前將外套管固定的位置落到實底上。安裝時，先測量頂底板之間的距離，計算觀測裝置的安裝長度，將調節螺栓穿入調節孔內，再將彈簧裝入外套管，同時將內套管裝入，內套管上口套在外露的頂錨桿上，必要時調整調節螺栓位置，最終使彈簧稍有壓力。然后將刻度表粘貼在外套管的上部，刻度指針固定在內套管上，最后調整桿體，使桿體垂直于頂底板之間，調整刻度指針與刻度表0位對齊。

圖1 頂底板移近量觀測裝置示意圖

2.3 頂底板移近量觀測裝置的工作原理

當頂底板發生相對位移時，迫使內套管與外套管相對移動，同時刻度指針下移，形成讀數。彈簧受力支撐內套管，使內套管始終頂在頂錨桿上，實時監測頂底板移近量。頂底板移近量超過彈簧行程時，可根據外套管調節孔下調彈簧行程，繼續讀數。

3 現場應用

鹿臺山煤業2203軌道順槽采用切頂卸壓沿空留巷工藝施工，設計巷道高度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，施工過程中每隔50 m安裝了一組頂底板移近量觀測裝置，觀測到的數據最大到560 mm。為了驗證觀測裝置的測量準確性，在安裝地點同時進行十字觀測法觀測。通過數據對比，得出自制的頂底板移近量觀測裝置的觀測精度完全滿足觀測要求。自安裝以來，沒有一組設備因變形等原因損壞，強度滿足要求。

4 頂底板移近量觀測裝置的優缺點

4.1 優點

1）結構簡單，制作方便，造價低廉。該裝置主要材料為鋼管和彈簧，市場上很容易采購，而且價格低廉。制作簡單，不需要大型的加工設備，本單位的機修車間完全可以制作。

2）量程大，可以調節。該裝置的量程取決于彈簧的伸縮量，理論上加長彈簧長度就可以增加量程。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設有調節孔，當下沉量達到滿量程時，可以調節螺栓位置來增加量程，方便快捷。

3）安裝方便，維護量小。安裝時只需套好內外套管，調節好彈簧即可，不需要專用工具。由于采用無縫鋼管加工而成，強度大，幾乎無需維護。

4.2 缺點

1）外套管存在鉆底現象，影響數據觀測結果。在安裝時，由于巷道底板為泥巖，遇水后變軟，存在鉆底現象。需要對外套管底部進行改造，增大受力面積，避免因鉆底導致數據失真。

2）不能單獨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，不能單獨反映其中一個變量，需要進行進一步設計。

5 結語

鹿臺山煤業自制的這種頂底板移近量觀測裝置，根據頂板下沉（底板鼓起）的相對位移，利用兩根鋼管分別固定指針和刻度來指示移近量，并通過彈簧的彈力保持內外套管對頂底板的支撐，可以持續地對移近量進行監測。經過在鹿臺山煤業2203軌道順槽試驗，該裝置完全滿足要求。