一種工作面采動(dòng)應(yīng)力的測(cè)試裝置及方法

李嬈嬈 山東科技大學(xué)青島校區(qū)

在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段發(fā)展過(guò)程中，煤炭工業(yè)仍將是我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)體系中最重要的基礎(chǔ)工業(yè)部門之一，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中仍扮演著不可替代的角色。近年來(lái)，隨著我國(guó)能源需求的不斷加大，煤礦開采的深度也在逐漸增加，煤炭開采工作量逐漸增大，沖擊地壓也越來(lái)越嚴(yán)重，為了有效的防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生，需要井下準(zhǔn)確的測(cè)定工作面前方煤體中的應(yīng)力變化規(guī)律。傳統(tǒng)測(cè)量礦山壓力大小的方法主要是利用單一方向的油包，該方法只能測(cè)定某一單一方向的應(yīng)力變化規(guī)律，然而在采動(dòng)過(guò)程中地壓變化復(fù)雜，僅測(cè)出單一方向的應(yīng)力并不能完全得到測(cè)點(diǎn)壓力變化規(guī)律，這就給井下安全生產(chǎn)埋下了隱患。所以針對(duì)目前這一情況，本文改進(jìn)了測(cè)壓油包數(shù)量及布置方式的方法來(lái)解決此問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置雙油包垂直交叉布置的方式同時(shí)測(cè)定垂向和水平的應(yīng)力。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，不僅可以得到測(cè)點(diǎn)垂向應(yīng)力，還可得到水平應(yīng)力，將二者綜合考慮，可以有效防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害的發(fā)生，為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。

1 裝置的構(gòu)成

裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由兩部分組成：一部分由兩個(gè)呈垂直布置的油包構(gòu)成，并且兩油包各自從中間部位引出一個(gè)獨(dú)立的油管。其中一號(hào)油包引出的油管經(jīng)過(guò)二號(hào)油包內(nèi)部并從其中穿出。另一部分為分別與從一號(hào)及二號(hào)油包引出的油管相連接的兩個(gè)彈簧管式壓力表。采動(dòng)過(guò)程中一號(hào)、二號(hào)油包分別測(cè)定鉆孔周圍煤體的垂向和水平應(yīng)力。

圖1 測(cè)定裝置整體布置圖

2 裝置的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

(1）兩個(gè)油包呈垂直布置，油包為扁片形狀，材質(zhì)為金屬剛體，大小為鉆孔大小的4/5，兩油包各自從中間部位引出一個(gè)獨(dú)立的油管，油包出油口通過(guò)焊接方式密封，且兩油包各自形成獨(dú)立的系統(tǒng)，以保證準(zhǔn)確測(cè)出水平及垂直兩個(gè)方向的應(yīng)力。

(2）一號(hào)油包的油管從靠近的一側(cè)引出，經(jīng)過(guò)二號(hào)油包內(nèi)部并從其內(nèi)部穿出。二號(hào)油包的油管從其底部中心位置引出后90度旋轉(zhuǎn)變?yōu)榕c1號(hào)油管平行布置，方便實(shí)現(xiàn)彈簧式壓力表的準(zhǔn)確讀數(shù)。

(3）一號(hào)及二號(hào)油包引出的油管分別與兩個(gè)彈簧管式壓力表相連接，通過(guò)壓力表上彈簧管自由端的位移量來(lái)測(cè)量出各自油包所受壓力的大小，進(jìn)而分別得出水平及垂直應(yīng)力。

3 裝置的測(cè)試過(guò)程

(1）工人沿掘進(jìn)巷道鋪設(shè)鉆孔，在此運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》以及其他相關(guān)規(guī)范要求，保證鉆孔準(zhǔn)確和安全布置。

(2）將一號(hào)和二號(hào)油包連帶兩根分別從其內(nèi)部引出的油管一同一次布置到目標(biāo)位置，注意關(guān)注兩油包是否在指定地點(diǎn)分別水平及垂直放置。

(3）當(dāng)采動(dòng)到距離油包一定距離的時(shí)候，垂向應(yīng)力使得一號(hào)油包首先發(fā)生擠壓，其內(nèi)部的油通過(guò)一號(hào)油管流到井口外的壓力表中；之后，水平應(yīng)力會(huì)逐漸增大，二號(hào)油包發(fā)生擠壓，其內(nèi)部的油通過(guò)二號(hào)油管流到井口外的另一個(gè)壓力表中。

(4）彈簧式壓力表中彈簧管自由端發(fā)生位移后依靠連桿帶動(dòng)扇形輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與指針同軸的中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量人員通過(guò)指針位置確定讀數(shù)，分別得出該測(cè)點(diǎn)的垂直及水平應(yīng)力。

4 結(jié)論

采用本文設(shè)計(jì)的工作面采動(dòng)應(yīng)力的測(cè)試裝置及方法，通過(guò)改進(jìn)測(cè)壓油包數(shù)量及布置方式，并設(shè)置雙油包垂直交叉布置的方式同時(shí)測(cè)定垂向和水平的應(yīng)力，不僅可以得到測(cè)點(diǎn)垂向應(yīng)力，還可得到水平應(yīng)力，將二者綜合考慮，可以有效防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害的發(fā)生，為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。