一种顶底板稳定性自动测量装置及使用方法与流程

文档序号:12445100阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:包括车体和可拆卸地固定在其上的改进单体支柱;

所述车体包括车厢板(1),所述改进单体支柱可拆卸地固定在所述车厢板(1)上,在所述车厢板(1)上还设置有操作机(2)和储物箱(3),以及与所述操作机(2)相连的位移计量系统、液压计量系统和顶板缺陷检测系统;所述改进单体支柱分别与所述位移计量系统、所述液压计量系统和所述顶板缺陷检测系统相连;

所述改进单体支柱由内柱(4)和套设在所述内柱(4)外的外柱(5)构成,所述外柱(5)为一端封闭的中空结构,中空部分为油腔(6),所述内柱(4)为两端封闭的结构,一端设置有顶板挡板(7),另一端设置有密封板(8),所述密封板与所述外柱(5)的非封闭端密封连接,能够沿所述外柱(5)的内壁自由滑动;

所述顶板缺陷检测系统包括雷达顶板探测仪(22)、第一固定杆(23)、第二固定杆(24)、信号数据线(25)和雷达顶板探测仪主机(26),第一固定杆(23)为圆柱体,所述第一固定杆(23)一端与所述内柱(4)固定连接,所述第一固定杆(23)另一端与所述第二固定杆(24)外表面固定连接,所述第二固定杆(24)为中空圆柱体,所述第二固定杆(24)为顶端与所述雷达顶板探测仪(22)底面圆心处连接,所述雷达顶板探测仪(22)是中间有腔体的圆柱体,内部腔体与所述第二固定杆(24)内部相通,所述雷达顶板探测仪主机(26)固定在所述车厢板(1)上,所述雷达顶板探测仪主机(26)和所述雷达顶板探测仪(22)通过信号数据线(25)连接,所述雷达顶板探测仪(22)和操作机(2)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述第一固定杆(23)与内柱(4)固定点距离内柱(4)顶端250mm,所述第一固定杆(23)为圆柱体,长400mm,直径为8mm,与所述内柱(4)夹角为60°,材质为高强度弹性钢,所述第二固定杆(24)与改进单体支柱平行,所述第一固定杆(23)上端与所述第二固定杆(24)杆体外表面焊接固定,焊接固定点距离所述第二固定杆(24)下端10mm,所述第二固定杆(24)为中空圆柱体,外径30mm,内径22mm,长60mm,材质为高强度树脂,所述第二固定杆(24)作用是支撑雷达顶板探测仪(22)且保护信号数据线(25);雷达顶板探测仪(22)是中间有腔体的圆柱体,材质为高强度塑胶,屈服强度大于600MPa,圆柱体上下面为圆形,圆柱体半径为200mm,高40mm,腔体半径180mm,高20mm,腔体上表面厚度为5mm,腔体上表面厚度为15mm,圆柱体圆心和腔体圆心重合,第二固定杆(24)与所述雷达顶板探测仪(22)圆 心重合且与所述雷达顶板探测仪(22)腔体相通,腔体内存放天线阵列。

3.根据权利要求2所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述位移计量系统包括固定点(9)、位移数据线(11)和测量表(10),所述固定点(9)固定在所述内柱(4)上,所述测量表(10)固定在所述外柱(5)上,所述位移数据线(11)连接所述固定点(9)和所述测量表(10),所述位移数据线(11)与所述改进单体支柱的轴线方向一致。

4.根据权利要求3所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:在所述外柱(5)上设置有注液口(12)和放液口(13),所述液压计量系统包括手动液压箱(14),在所述手动液压箱(14)上设置有加压杆(15),所述手动液压箱(14)通过高压注液管(16)与所述注液口(12)连接,通过乳化液回收管(17)与所述放液口(13)连接,在所述注液口(12)处设置有压力传感器,所述操作机(2)分别与所述测量表(10)和所述压力传感器相连。

5.根据权利要求4所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述车体还设置有扶手(18)和轮体,所述轮体包括两个主轮(19)和一个副轮(20),所述两个主轮(19)设置在所述车厢板(1)下部的中后侧,所述副轮(20)设置在所述车厢板(1)前端的下方,当所述两个主轮(19)和一个副轮(20)均与地面接触时,所述车厢板(1)的前端向下倾斜,所述车厢板(1)与水平面之间的角度为11.3°。

6.根据权利要求5所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述储物箱(3)为设置在所述车厢板(1)上的一个凹槽,在所述储物箱(3)内设置有多个不同规格的压模;

在所述改进单体支柱的下部的所述车厢板(1)上铺设有橡胶垫,在所述橡胶垫的长度方向的两侧设置有多个限位卡托(21),所述改进单体支柱放置在多个所述限位卡托(21)内,所述操作机(2)可拆卸地固定在所述车厢板(1)上。

7.根据权利要求6所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述放液口(13)与所述顶板挡板(7)之间的距离大于所述注液口(12)与所述顶板挡板(7)之间的距离,并且所述放液口(13)和所述注液口(12)相对设置在所述外柱(5)上。

8.根据权利要求7所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述主轮(19)的直径为1m-1.2m,所述副轮(20)的直径为100mm-150mm,所述副轮(20)的中心与所述主轮(19)的圆心之间的水平距离为1m;

所述内柱(4)和外柱(5)均为圆柱形,所述外柱(5)长度为2.2m,外径为180mm,内径为148mm,所述内柱(4)长度为1.8m,直径为140mm,所述油腔(6)长度为0.6m-2m,直径为148mm;所述改进单体支柱长度为2.4m-3.8m。

9.根据权利要求8所述的顶底板稳定性自动测量装置,其特征在于:所述顶板挡板(7)为正方形,边长为350-400mm,厚度为10-12mm,材质为钢或铁;所述位移数据线(11)为细钢丝线,直径为0.3mm-0.6mm;

所述压模为a、b、c、d、e共五种,直径分别为50mm、90mm、120mm、160mm和200mm,厚度分别为50mm、40mm、30mm、20mm和10mm。

10.一种采用权利要求9所述的顶底板稳定性自动测量装置进行现场实测整条巷道不同地点底板比压的方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤一、布置测点:地形平整的巷道区域每隔10m布置一个测点,地形坡度大于8°或者在20m长的距离内,任何位置高低处相差500mm的区域每隔5m布置一个测点;

步骤二、测量:采用顶底板稳定性自动测量装置,将其推送到第一个测点,先清扫底板,将改进单体支柱扶正,保持竖直状态,底板一定要接触完全,

打开高压注液管(16)上的阀门,将改进单体支柱加压使顶板挡板(7)顶到顶板不再变形为宜,按动操作机(2)对测量地点进行数字编号,再按清除键,使位移和压力都设定为零,再设置压模类别,每一种都对应着位移变化阈值;当位移量超过对应阈值,即说明变化量过大,即压模不合适,操作机(2)会显示红色指示灯提醒,这时需更换直径大一号的压模,直至没有红色指示灯亮起时,说明压模可用;按开始键,同时打开高压注液管(16)上的阀门,在操作机(2)屏幕上可以看到压力和位移曲线图,当压力值达到极值并下降到极值的1/3~1/2时,测量工作完成,停止注液,但当压力值未出现极值或者出现极值但压力值还未下降到极值的1/3~1/2时,位移量就已经超过对应阈值,即说明变化量过大,即压模直径仍然偏小,操作机会显示红色指示灯提醒,这时需更换直径大一号的压模,直至没有红色指示灯亮起时,说明压模可用,数据有用;

旋转放液口(13)的旋转按钮,放出乳化液,内柱(4)在重力作用下下沉,当改进单体支柱顶端距离巷道顶板50mm-150mm时,反向旋转放液口(13)的旋转按钮,关闭放液口(13),同时放倒改进单体支柱到车体上,并运输到下一测点;

测量过程中,注液口(12)内的压力传感器通过油压数据线将压力值以电子信号的形式输入到操作机(2);测量表(10)中有单片机,位移变化数据以电子信号的形式传输到操作机(2)里,当手动液压箱(14)的压力不够时,采用手动补压,加压要均匀;

步骤三、顶板缺陷检测系统:当到达某一测点时,缓慢扶起所述改进单体支柱,注意不可让锚网和顶板锚杆锚索等刮到所述雷达顶板探测仪(22)、第一固定杆(23)、第二固定杆(24)和信号数据线(25),第一固定杆(23)和第二固定杆(24)的设计使所述雷达顶 板探测仪(22)上表面比所述顶板挡板(7)上表面高28-30mm,在所述第一固定杆(23)、第二固定杆(24)作用下会使所述雷达顶板探测仪(22)对顶板破碎煤岩体有一个很好的挤压作用,避免了因顶煤破碎对测量造成的错误;

顶板缺陷检测系统测试时间是在底板比压值测试完之后,根据测量点所在地,如果测量点距离工作面80m以内,在操作机(2)上打开顶板缺陷检测系统,选择空洞探测模式,在测量点距离工作面80m以内,顶板受到超前支承压力影响,工作面上方和巷道上方老顶形成砌体梁结构,会在顶板上方形成一定的空洞,详细分析空洞的大小和结构变化规律对巷道顶板稳定性分析具有重要效果;发射高频电磁波,电磁波在顶板介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射,根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断顶板介质的空间位置和空洞大小的量化参数值,并记录数据,操作机(2)自动将80m以内多个测量点的空洞大小的量化参数值进行拟合分析,对量化参数值最大的点进行预警,这时可以人工分析参数值,得出空洞的大小和空间位置的具体参数;如果测量点距离工作面80m以外,在操作机(2)上打开顶板缺陷检测系统选择密度探测模式,顶板受到走向超前支承压力影响很小,这时候对顶板的稳定性测量主要集中在顶煤厚度值测量、顶板以上0-10m的岩石密实度定性比较,以及顶板是否存在空洞,即是否存在冒顶危险进行检测,密度探测模式下电磁波频率比空洞探测模式频率高;

最终对形成的沿整条巷道走向的探测数据的量化参数值经过记录、储存和电脑处理,在井上用软件matable进行曲线的拟合,对形成的连续曲线求导,根据长期现场经验,不论量化参数值如何设定,当导数值大于0.92以上时,都表明空洞变化异常区域,有冒顶危险或者要发生老顶来压,对此区域要加强探测和隐患排查;

步骤四、所述操作机(2)根据数据,对于顶板和底板任何一方参数值低于安全阈值以下的都会标红并警报,安全阈值主要根据类似条件下测定的安全值设定,仪器第一次使用时可以不设定,数据能够储存,能够在井上商讨解决和加固方案。

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