WBY-10型頂板離層儀的優化設計

高慧奇

(潞安化工集團 余吾煤業公司，山西 長治 046100)

頂板離層儀是一種監測頂板巖層移動的專用監測儀器，又叫做頂板離層指示儀，是目前煤礦井下巷道中最基礎、使用最廣泛的頂板監測儀器，在優化巷道支護設計、監測頂板支護強度、防止發生冒頂等方面發揮了巨大的作用。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，發現該型離層儀存在一定設計缺陷，影響了其使用效果。

1 工作原理及存在問題

WBY-10型離層儀結構為“T”型，通過在頂板打設鉆孔，使用安裝桿安設深、淺基點錨固器，在孔口安設離層儀套管并調節好指示環的位置，固定螺絲，最后裁去多余鋼絲繩。當頂板發生離層而導致頂板下沉時，鋼絲繩帶動離層儀指示環移動，通過觀測讀數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

通過對井下巷道內使用中的頂板離層儀的觀察，發現目前使用的WBY-10型離層儀存在以下問題：

1) WBY-10型頂板離層儀在安設時，由于施工人員的操作不規范，可能會出現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“C”容易被頂板或頂網卡絆，導致離層儀失效或顯示不準確；

2) 當離層儀規范安設，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，而離層儀指示環讀數不變化，導致離層儀不能全程記錄頂板下沉全過程；

3) 在回風巷道內的離層儀桿體附著粉塵等雜物時，會造成離層儀指示環卡絆，最終導致離層儀被拉壞，或者離層儀鉆孔內鋼絲繩被拉斷，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，鋼絲繩因銹蝕斷裂或因頂板錯位被切斷時，離層儀實際已經失效，但通過外表無法發現，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計缺陷導致的。

2 優化設計

2.1 對“A”部位的優化設計

1) 針對“A”部位下部的優化設計。分析原離層儀存在容易安設不規范、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。針對這一問題，在離層儀“A”部位距離離層儀桿體“B”50 mm的位置設置1個托盤，托盤直徑要絕對大于鉆孔直徑、頂板金屬網網格，確保離層儀既能與頂板保持一定間距，防止出現安設不規范的現象，又能確保頂板發生下沉、離層時，離層儀的讀數準確，以完整記錄頂板下沉全過程。

2) 針對“A”部位上部倒刺結構的優化設計。離層儀“A”部位上的倒刺結構，可以起到固定頂板離層儀桿體的作用，一旦離層儀安設在鉆孔內，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。優化設計：將“A”部位上的倒刺結構更換為彈簧結構，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置1個圓環，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”部位的優化設計示意

2.2 對“C”部位的優化設計

巷道內的離層儀，尤其是回風巷道內的離層儀，表面容易積累灰塵，從而導致離層儀指示環與桿體之間被堵塞，使指示環無法移動，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的鋼絲繩，或者拉壞離層儀桿體。優化設計：增加指示環與離層儀桿體、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“C”的優化設計示意

3 結 語

優化后的頂板離層儀，既能滿足施工時的標準安設要求，準確記錄數據，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。