CN112595226A - 一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置 - Google Patents

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杨涛
占猛
王佳
张子长
高瑾
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Abstract

本发明涉及一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，尤其适用于煤矿井下煤层群条件下保护层开采被保护层膨胀变形量的测定。包括顶板基点卡头、底板基点卡头、顶板收缩绳、底板收缩绳、顶板变形测定绳、底板变形测定绳、连接管、推送管、接头、表盘式游标卡尺和重锤。本发明的有益效果是：解决现有被保护层膨胀变形量测定装置安装不便，受障碍物影响，无法实现任意移动等问题，不但轻便易携，操作简单，能够实现一次安装，还能够在钻孔中任意移动，不受障碍物的影响，且可以通过改变小部件适应不同孔径的钻孔，此外可以实现精准读数。

Description

一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，尤其适用于煤矿井下煤层群条件下保护层开采被保护层膨胀变形量的测定。
背景技术
煤与瓦斯突出事故是煤矿中最严重的灾害之一，开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效的措施，在具有保护层开采条件的情况下，必须采用开采保护层的区域瓦斯治理措施。根据国家煤矿安全监察局2019年颁布实施的《防治煤与瓦斯突出细则》，若经实际考察被保护层的最大膨胀变形量大于3‰，则检验和考察结果可适用于具有同一保护层和被保护层关系的其他区域。因此，开采保护层就有必要对保护效果进行考察。若保护层开采厚度为2m，被保护层膨胀变形量达到规定值时，膨胀变形量仅为6mm，所以对被保护层膨胀变形量的测定准确性提出了更高的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，装置轻便易携，操作简单，能够实现一次安装，在钻孔中任意移动，通过改变小部件适应不同孔径的钻孔，实现精准读数。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：包括顶板基点卡头、底板基点卡头、顶板收缩绳、底板收缩绳、顶板变形测定绳、底板变形测定绳、连接管、推送管、接头、表盘式游标卡尺和重锤；
所述的顶板基点卡头和底板基点卡头由连接管连接，顶板变形测定绳，连接顶板基点卡头和重锤，所述的底板变形测定绳连接底板基点卡头和重锤，所述的顶板收缩绳一端连接顶板基点卡头另一端不连接任何物件，所述的底板收缩绳一端连接底板基点卡头另一端不连接任何物件，表盘式游标卡尺的深度尺捆扎在顶板变形测定绳上，主尺捆扎在底板变形测定绳上，推送管通过接头相连设置在底板基点卡头的底部。
所述的顶板基点卡头的上端焊接有排障头，所述的顶板基点卡头的周围设有用扭转弹簧Ⅰ和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅰ，顶板基点卡头的中部开有用于连接顶板变形测定绳的基点孔Ⅰ，顶板基点卡头的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅰ的卡槽Ⅰ。
所述的底板基点卡头的周围设有用扭转弹簧Ⅱ和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅱ，顶板基点卡头的中部开有用于连接底板变形测定绳的基点孔Ⅱ，顶板基点卡头的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅱ的卡槽Ⅱ。
所述的排障头为半球状空心不锈钢。
所述的连接管的内径略大于顶板基点卡头和底板基点卡头的外径。
所述的卡翅Ⅰ带有倒刺，卡翅Ⅰ上面开有弹簧孔Ⅰ和收缩孔Ⅰ，顶板收缩绳连接在收缩孔Ⅰ上。
所述的卡翅Ⅱ带有倒刺，卡翅Ⅱ上面开有弹簧孔Ⅱ和收缩孔Ⅱ，底板收缩绳连接在收缩孔Ⅱ上。
本发明的有益效果是：解决现有被保护层膨胀变形量测定装置安装不便，受障碍物影响，无法实现任意移动等问题，不但轻便易携，操作简单，能够实现一次安装，还能够在钻孔中任意移动，不受障碍物的影响，且可以通过改变小部件适应不同孔径的钻孔，此外可以实现精准读数。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明安装完成后的示意图；
图2为本发明顶板基点卡头的结构示意图；
图3为本发明底板基点卡头的结构示意图。
图中：1、顶板基点卡头；2、底板基点卡头；3、顶板收缩绳；4、底板收缩绳；5、顶板变形测定绳；6、底板变形测定绳；7、连接管；8、推送管；9、接头；10、表盘式游标卡尺；11、重锤；12、排障头；13、扭转弹簧Ⅰ；14、卡翅Ⅰ；15、基点孔Ⅰ；16、卡簧挡圈Ⅰ；17、卡槽Ⅰ；18、弹簧孔Ⅰ；19、收缩孔Ⅰ；20、收缩孔Ⅱ；21、扭转弹簧Ⅱ；22、卡翅Ⅱ；23、基点孔Ⅱ；24、卡簧挡圈Ⅱ；25、卡槽Ⅱ（25）；26、弹簧孔Ⅱ。
具体实施方式
如图1到图3所示的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：包括顶板基点卡头1、底板基点卡头2、顶板收缩绳3、底板收缩绳4、顶板变形测定绳5、底板变形测定绳6、连接管7、推送管8、接头9、表盘式游标卡尺10和重锤11；
所述的顶板基点卡头1和底板基点卡头2由连接管7连接，顶板变形测定绳5为抗拉钢丝绳，在一般拉力下几乎不产生拉应变，连接顶板基点卡头1和重锤11，所述的底板变形测定绳6为抗拉钢丝绳，在一般拉力下几乎不产生拉应变，连接底板基点卡头2和重锤11，所述的顶板收缩绳3一端连接顶板基点卡头1另一端不连接任何物件，所述的底板收缩绳4一端连接底板基点卡头2另一端不连接任何物件，表盘式游标卡尺10的深度尺捆扎在顶板变形测定绳5上，主尺捆扎在底板变形测定绳6上，推送管8通过接头9相连设置在底板基点卡头2的底部。
所述的顶板基点卡头1的上端焊接有排障头12，所述的顶板基点卡头1的周围均匀分布4个用扭转弹簧Ⅰ13和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅰ14，顶板基点卡头2的中部开有用于连接顶板变形测定绳5的基点孔Ⅰ15，顶板基点卡头1的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅰ16的卡槽Ⅰ17。
所述的底板基点卡头2的周围均匀分布4个用扭转弹簧Ⅱ21和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅱ22，顶板基点卡头2的中部开有用于连接底板变形测定绳6的基点孔Ⅱ23，顶板基点卡头1的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅱ24的卡槽Ⅱ25。
所述的排障头12为半球状空心不锈钢。
所述的连接管7的内径略大于顶板基点卡头1和底板基点卡头2的外径。
所述的卡翅Ⅰ14带有倒刺，形状类似蝉翅，卡翅Ⅰ14上面开有弹簧孔Ⅰ18和收缩孔Ⅰ19，顶板收缩绳3连接在收缩孔Ⅰ19上。
所述的卡翅Ⅱ22带有倒刺，形状类似蝉翅，卡翅Ⅱ22上面开有弹簧孔Ⅱ26和收缩孔Ⅱ20，底板收缩绳4连接在收缩孔Ⅱ20上。
在安装之前，需要在岩石巷道中向被保护层施工直径为90~120mm的穿层钻孔，终孔位置位于被保护层顶板岩石中，要求钻孔倾角尽量大，尽可能的排尽钻孔中的煤岩屑。
本发明首先，按照图2和图3分别安装顶板基点卡头1和底板基点卡头2，将卡簧挡圈Ⅰ16安在卡槽Ⅰ17里，用于阻挡连接管7，将卡簧挡圈Ⅱ24安在卡槽Ⅱ25里用于阻挡推送管8；
在井下现场安装时，按照图1，顶板基点卡头1放在上端，底板基点卡头2放在下端，中间用连接管7连接，连接管7的长度由煤层厚度和钻孔倾角确定。然后用顶板收缩绳20穿过四个卡翅5上的收缩孔4并将顶板收缩绳4上端缠绕牢固，用顶板变形测定绳5穿入基点孔Ⅰ15并固定牢靠，用底板收缩绳4穿过四个卡翅Ⅱ22上的收缩孔Ⅱ20并将底板收缩绳4上端缠绕牢固，用底板变形测定绳6穿入基点孔Ⅱ23并固定牢靠。之后，用推送管8连接底板基点卡头2上的钢管，将顶板基点卡头1和底板基点卡头2一同推送至预定位置。在推送的过程中，卡翅Ⅰ14和卡翅Ⅱ22的张开大小能够保证测定装置适应不同孔径的钻孔，卡翅Ⅰ14和卡翅Ⅱ22的倒刺能够使顶板基点卡头1和底板基点卡头2紧紧卡住钻孔内壁，即使因受采动影响钻孔孔径变大，也能保证顶板基点卡头1和底板基点卡头2紧紧卡住钻孔内壁。在推送的过程中，若遇到因未排干净或者新喷出的煤岩屑阻碍，从而不能将顶板基点卡头1和底板基点卡头2推送至预定位置的情况，同时拉紧顶板收缩绳3和底板收缩绳4的下端，将扭转弹簧Ⅰ13和扭转弹簧Ⅱ21收紧，从而将顶板基点卡头1和底板基点卡头2收回，重新冲孔排粉后再重复相同步骤安装，直至顶板基点卡头1和底板基点卡头2安装至预定位置。
顶板基点卡头1和底板基点卡头2安装至预定位置后，用尼龙自锁扎带将表盘式游标卡尺10的深度尺和主尺分别紧紧捆扎在顶板变形测定绳5和底板变形测定绳6的下部，不可有任何移动，此时，表盘式游标卡尺有一定的读数。然后用重锤11分别坠在顶板变形测定绳5和底板变形测定绳6的下端。
装置安装结束后，随着保护层的开采，被保护层顶底板发生不同程度的变形，最终反映到表盘式游标卡尺10的深度尺与主尺发生相对位移上，记录下此时表盘读数，表盘式游标卡尺10的两次读数之差，再结合被保护层厚度和钻孔角度即可求出被保护层的膨胀变形量和膨胀变形率。

Claims (7)

1.一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：包括顶板基点卡头（1）、底板基点卡头（2）、顶板收缩绳（3）、底板收缩绳（4）、顶板变形测定绳（5）、底板变形测定绳（6）、连接管（7）、推送管（8）、接头（9）、表盘式游标卡尺（10）和重锤（11）；
所述的顶板基点卡头（1）和底板基点卡头（2）由连接管（7）连接，顶板变形测定绳（5），连接顶板基点卡头（1）和重锤（11），所述的底板变形测定绳（6）连接底板基点卡头（2）和重锤（11），所述的顶板收缩绳（3）一端连接顶板基点卡头（1）另一端不连接任何物件，所述的底板收缩绳（4）一端连接底板基点卡头（2）另一端不连接任何物件，表盘式游标卡尺（10）的深度尺捆扎在顶板变形测定绳（5）上，主尺捆扎在底板变形测定绳（6）上，推送管（8）通过接头（9）相连设置在底板基点卡头（2）的底部。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的顶板基点卡头（1）的上端焊接有排障头（12），所述的顶板基点卡头（1）的周围设有用扭转弹簧Ⅰ（13）和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅰ（14），顶板基点卡头（2）的中部开有用于连接顶板变形测定绳（5）的基点孔Ⅰ（15），顶板基点卡头（1）的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅰ（16）的卡槽Ⅰ（17）。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的底板基点卡头（2）的周围设有用扭转弹簧Ⅱ（21）和螺栓连接的带有倒刺的卡翅Ⅱ（22），顶板基点卡头（2）的中部开有用于连接底板变形测定绳（6）的基点孔Ⅱ（23），顶板基点卡头（1）的下部开有一个用于固定卡簧挡圈Ⅱ（24）的卡槽Ⅱ（25）。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的排障头（12）为半球状空心不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的连接管（7）的内径略大于顶板基点卡头（1）和底板基点卡头（2）的外径。
6.根据权利要求2所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的卡翅Ⅰ（14）带有倒刺，卡翅Ⅰ（14）上面开有弹簧孔Ⅰ（18）和收缩孔Ⅰ（19），顶板收缩绳（3）连接在收缩孔Ⅰ（19）上。
7.根据权利要求3所述的一种煤矿井下被保护层膨胀变形量的测定装置，其特征在于：所述的卡翅Ⅱ（22）带有倒刺，卡翅Ⅱ（22）上面开有弹簧孔Ⅱ（26）和收缩孔Ⅱ（20），底板收缩绳（4）连接在收缩孔Ⅱ（20）上。
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