一种新型煤矿顶板离层仪系统结构

[摘 要]当前顶板离层仪主要使用机械式，但其现场使用效果极差，大量离层仪安装后数据基本无变化，而且浅基点和深基点的巷道表面测点位置不统一，如果做差分析其离层量，增加了测量结果的误差和不可靠性。为了准确掌握巷道顶板的活动规律，精准的测量出关键岩层与下方岩层之间的离层量，实有必要提供一种顶板离层仪系统，以解决以上技术问题。本离层仪系统克服原有顶板离层仪测量效果差、无法直接读取关键岩层与下方岩层离层量的缺陷，提供一种顶板离层仪系统，使测量精度得到提高。

[关键词]顶板离层、测量精度

中图分类号：TU841 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0286-02

1 引言

煤矿井下地质开采条件复杂，寻求矿山矿压显现规律，是为巷道提供支护结构设计和支护形式选择的依据。顶板离层仪指示仪主要是用于煤矿巷道的顶板离层监测，指导顶板支护参数选取并预防顶板冒顶事故发生。为了准确掌握巷道顶板的活动规律，精准的测量出关键岩层与下方岩层之间的离层量，实有必要提供一种顶板离层仪系统，以解决以上技术问题[1]。

2 离层仪结构

本顶板离层仪系统，包括：滑轮和两根绳索，绳索的一头通过两个固定锚头固定在岩层顶板的两个位置，绳索的另一头连接于所述滑轮的圆周表面；一个固定锚头通过其中的一根绳索能够拉动所述滑轮沿顺时针方向进行转动，另一个固定锚头通过另外一根绳索能够拉动所述滑轮沿逆时针方向进行转动，当两个固定锚头在岩层上的相对位置发生变化时将拉动所述滑轮转动，通过检测滑轮的转动量即可得到岩层顶板的离层量。

本顶板离层仪系统还包括有托盘，该托盘固定在巷道表面，所述托盘内设置有两个绳索通道，两根绳索通过两个绳索通道分别沿顺时针和逆时针方向缠绕于所述滑轮的圆周表面。托盘内的两个绳索通道分别自托盘中心向托盘两侧延伸而成，两个绳索通道的一端开口自托盘中心向上，两个绳索通道的另一端开口自托盘两侧向下。两根绳索以拉紧方式缠绕于滑轮的圆周外表面，且两根绳索在滑轮的圆周最低点通过紧固件紧固于滑轮，且其中一根绳索缠绕于滑轮的左下1/4圆周面，另一根绳索缠绕于滑轮的右下1/4圆周面。滑轮通过固定杆转动安装于所述托盘上，形成一个整体结构。包括有两根所述固定杆，两根固定杆的一端固定连接于所述托盘，两根固定杆的另一端连接于穿过所述滑轮的中心轴孔的转轴。滑轮表面设置有指针和刻度盘，通过读取所述指针在所述刻度盘上所指示刻度的变化量来检测所述滑轮的转动量。两个固定锚头分别固定于关键岩层位置和关键岩层下方软岩位置。所述托盘通过固定锚头固定在巷道表面。

3 具体实施方案

请参阅图1及图2，该顶板离层仪系统包括固定到巷道内的深基点固定锚头1-1、浅基点固定锚头1-2，内设绳索通道的托盘3，以及滑轮4。两个固定锚头完全设置在巷道顶板上方的穿层钻孔内，所述的两个固定锚头分别通过不同长度的钢丝绳从钻孔内引出至巷道表面以外，在巷道表面安装有托盘3，托盘内自中心向两侧分别开设有左绳索通道10-2和右绳索通道10-1，两根钢丝绳2-1、2-2分别穿过托盘3内的左右绳索通道10-2、10-1，沿着托盘3下方的滑轮4两侧边缘，经过紧固件7紧固，使两根钢丝绳2紧贴着滑轮4外边缘（即下半圆周外表面）形成一个整体。两根钢丝绳以拉紧方式紧贴滑轮4下半圆周外表面固定于滑轮上，优选的，两根钢丝绳在滑轮的最低点通过同一紧固件7紧固在滑轮上，形成一个整体，但并不以此为限，亦可单独固定于滑轮4下半圆周外表面，只要每根钢丝绳所连接的基点固定锚头位置发生变化即可带动滑轮转动即可。

滑轮4的两个侧面分别通过两根固定杆5与托盘3组成一个整体结构，滑轮4在两根固定杆5之间做自由旋转运动。在一根固定杆5的一端放置有一个指针6，用来指示当前状态滑轮所处的位置，在有指针6的一侧滑轮4的表面附着一圆形刻度盘8，根据滑轮4直径的多少就可以确定刻度盘8每一格之间所代表的距离，对比前后两次观测指针6的位置变化量即为两次观测顶板离层量的大小。

在煤礦井下一矩形巷道的某个断面，沿巷道顶板打一穿过不同岩层层位的钻孔，将深浅基点1-1、1-2经导杆分别固定于关键岩层位置和关键岩层下方软岩位置，即深基点和浅基点，固定好后，分别经过不同长度的钢丝绳2-1、2-2的牵引至钻孔外，而后两根钢丝绳2-1、2-2分别穿过托盘3内的左右绳索通道10-2、10-1，将托盘3紧贴矩形巷道的表面，拉紧两根钢丝绳2-1、2-2，沿着滑轮4 的两侧边缘经过紧固件7固定，使钢丝绳2-1和2-2、滑轮4等组成一个整体，即达到安装该顶板离层系统的目的。

安装好该顶板离层仪系统后，记录滑轮4表面指针6所指示的圆形刻度盘8所对应的数值，记为X1，随着矿山压力的显现，深基点和浅基点之间产生离层，即浅基点1-2所在岩层位置相对于深基点1-1所在岩层位置出现下沉，钢丝绳2-1和2-2之间的相对运动带动滑轮4的逆时针旋转，与此同时，进行第二次下井观测，记录此时指针6所指示的刻度盘8对应的数值，记为X2，两次记录的差值（X1-X2）即为两次下井观测期间，顶板深基点1-1和浅基点1-2之间顶板的离层量的大小。

其中，1-1为深基点固定锚头、1-2为浅基点固定锚头、2-1为深基点钢丝绳、2-2为浅基点钢丝绳、3为托盘、4为滑轮、5为固定杆、6为指针、7为紧固件、8为圆形刻度盘、9为托盘固定锚固头、10-1为右侧绳索通道、10-2为左侧绳索通道。

4 实用效果分析

与现有技术相比，本装置至少具有以下有益效果：本装置在巷道顶板上方打一个穿层钻孔，将深固定锚头和浅固定锚头完全安装在穿层钻孔内，通过两个固定锚头将两个绳索分别固定在巷道内，绳索的另一端固定在滑轮上，且两个绳索的另外一端通过紧固件连接，这样，任一个固定锚头的位置发生改变，即可带动滑轮转动，从而精确计算出离层量。

参考文献

[1] 钱鸣高，石平五主编.矿山压力与岩层控制[M]. 中国矿业大学出版社， 2004

作者简介：

张忠浩（1990- ），男，汉，安徽淮南，安徽淮南矿业集团顾桥矿综采一队技术员.