司廣宏

(潞安化工集團(tuán) 余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046100)

拉繩“十字?jǐn)嗝娣ā笔堑V山井下常用的巷道表面位移觀測(cè)方法[1-2]，可以用于測(cè)量巷道兩幫及頂?shù)装遄冃吻闆r，從而評(píng)估巷道穩(wěn)定性。以余吾煤業(yè)為例，井下采掘頭面多，永久大巷里程長(zhǎng)，需要經(jīng)常布置測(cè)站對(duì)巷道變形進(jìn)行觀測(cè)。公司井下測(cè)站布置數(shù)量多，巷道類(lèi)型多樣，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)環(huán)境差異大，客觀影響因素多，制約了觀測(cè)效率的提升，需進(jìn)一步對(duì)觀測(cè)裝置及方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 原有觀測(cè)方案

表面位移觀測(cè)站常用的安裝方式為：對(duì)巷道兩幫及頂?shù)装邈@孔，之后在孔內(nèi)安設(shè)木楔，木楔上釘有釘子用于掛繩拉尺測(cè)量。觀測(cè)方案包含以下步驟：

①對(duì)頂板拉繩吊掛鉛墜，使之保持自然下垂；②將巷道兩幫測(cè)站測(cè)繩拉直，使之與垂直拉繩十字交叉；③用鋼卷尺分別測(cè)量AB、AO的長(zhǎng)度以及CD、CO高度，取得巷道兩幫及頂?shù)装逵^測(cè)數(shù)據(jù)；④將巷道兩幫拉繩進(jìn)行回收，頂板拉繩放回原處，對(duì)下一測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)采集，見(jiàn)表1。

表1 表面位移觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總(優(yōu)化前)

觀測(cè)示意如圖1所示。

圖1 表面位移觀測(cè)方案示意(優(yōu)化前)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，采用原有布置及觀測(cè)方案存在以下缺點(diǎn)：

1) 測(cè)站不夠牢固，易受人為因素影響。測(cè)站安裝后，在木楔上釘入釘子固定于巷幫，在實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)底板及幫部測(cè)站木楔脫落、釘子被人為破壞情況，原有參照系被破壞，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)觀測(cè)不準(zhǔn)，無(wú)法進(jìn)行下一次測(cè)量。此外，固定于頂板測(cè)點(diǎn)的測(cè)繩也極容易被人為拉斷，導(dǎo)致觀測(cè)時(shí)需要重新進(jìn)行掛繩測(cè)量，增加了觀測(cè)工作的額外工作量。

2) 觀測(cè)時(shí)受客觀環(huán)境影響大。由于巷道兩幫測(cè)點(diǎn)需進(jìn)行拉繩觀測(cè)，對(duì)于不同功能的巷道需克服不同困難，在膠帶巷觀測(cè)時(shí)需跨越膠帶，在架空乘人巷需要設(shè)置警戒注意行人及猴椅通過(guò)，在輔助運(yùn)輸巷又可能受到卡軌車(chē)及單軌吊運(yùn)行影響，在大斷面巷道、風(fēng)速較高的巷道頂板掛尺困難，以上因素均制約著觀測(cè)效率的提升。

2 方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化說(shuō)明

針對(duì)原有觀測(cè)方案存在的不足，在不改變“十字?jǐn)嗝妗庇^測(cè)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)站安裝及觀測(cè)方法進(jìn)行了全方位的優(yōu)化改進(jìn)。具體如下：

1) 測(cè)站安裝的優(yōu)化。在巷道兩幫中部及頂板各打設(shè)一根長(zhǎng)800 mm、D22 mm短錨桿，并用半支藥卷錨固，用于代替木楔，增加了測(cè)站穩(wěn)定性。制作專(zhuān)用的螺母環(huán)、螺母板及螺母托架，各部安裝位置及功能如下：螺母環(huán)擰緊至頂部測(cè)站錨桿上，用于掛設(shè)專(zhuān)用測(cè)尺，見(jiàn)圖2(a)；螺母板扭緊至巷道一幫測(cè)站，用于接受測(cè)距儀激光信號(hào)，見(jiàn)圖2(b)；螺母托架為觀測(cè)人員攜帶，觀測(cè)時(shí)擰緊于螺母板相對(duì)的巷道幫部，用于放置激光測(cè)距儀，見(jiàn)圖2(c)。

圖2 測(cè)站安裝優(yōu)化示意

2) 觀測(cè)裝置的改進(jìn)。增加配置激光測(cè)距儀[3]，配合螺母托架，用于代替鋼卷尺大部分測(cè)量工作；同時(shí)用加工制作的專(zhuān)用測(cè)尺[4]代替頂板測(cè)點(diǎn)拉繩，測(cè)尺可相互連接，觀測(cè)精度±1 mm，頂部測(cè)尺帶有掛鉤可吊掛在螺母環(huán)內(nèi)，最下部測(cè)尺帶有掛環(huán)可用于吊掛鉛墜。

改進(jìn)的方案觀測(cè)步驟為：①將合適長(zhǎng)度的測(cè)尺吊掛至頂板螺母鉤內(nèi)，測(cè)尺下部吊掛好鉛墜；②將螺母托架扭緊至巷道一幫，使激光可以對(duì)準(zhǔn)螺母板；③用激光測(cè)距儀測(cè)出AB距離，對(duì)測(cè)尺進(jìn)行微調(diào)，將光斑照射至測(cè)尺桿體上，分別讀出AO、CO值，用鋼卷尺測(cè)出鉛墜下部至底板距離DO'；④回收螺母托架及測(cè)尺，對(duì)下一個(gè)測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)采集，見(jiàn)表2。觀測(cè)示意，如圖3所示。

圖3 表面位移觀測(cè)方案示意(優(yōu)化后)

表2 表面位移觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總表(優(yōu)化后)

2.2 其他說(shuō)明事項(xiàng)

1) 表2與表1數(shù)據(jù)相比，兩種觀測(cè)方式AB、AO、CO均可直接讀出，進(jìn)而可算出巷道兩幫移近量、單幫移近量及頂板下沉量，表2中由DO'的變化可得出巷道底鼓量，而表1中的底鼓量由CD與CO作減法計(jì)算得出。

2) 由于螺母板為D100 mm、厚度2 mm的鋼板制作而成，面積較小，相比原有測(cè)站布設(shè)方案，優(yōu)化改進(jìn)的測(cè)站安裝方案對(duì)施工技術(shù)有較高要求，為保證頂板及幫部測(cè)點(diǎn)在同一斷面，需配合激光測(cè)距儀及測(cè)尺確定相應(yīng)的錨桿施工位置。測(cè)站安裝過(guò)程中，需先在巷道一幫打設(shè)錨桿，用螺母托架配合激光測(cè)距儀確定另外一幫及頂板測(cè)站錨桿打設(shè)位置。

3) 每次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)需統(tǒng)一，螺母托架在錨桿上需順時(shí)針扭緊至最底部，若扭至最底部托架未處于水平狀態(tài)，則需要逆時(shí)針扭動(dòng)最小幅度將其調(diào)整至水平狀態(tài)，此外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)激光測(cè)距儀尾部需緊貼L型鋼板托架。

3 實(shí)施效果

采用優(yōu)化改進(jìn)的表面位移觀測(cè)裝置及方法，現(xiàn)場(chǎng)不用進(jìn)行拉繩觀測(cè)，不用跨越膠帶，不用留人警戒，減少了客觀因素的影響，提高了作業(yè)安全性。以北翼采區(qū)N2103工作面為例，為分析工作面回采結(jié)束后對(duì)五條永久大巷的影響，每條大巷影響范圍420 m，布置22個(gè)測(cè)站，五條大巷總計(jì)布置110個(gè)測(cè)站。測(cè)站布置見(jiàn)圖4。

圖4 N2103工作面對(duì)應(yīng)五條大巷測(cè)站布置

采用原有拉繩“十字?jǐn)嗝妗狈ㄓ^測(cè)，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)用時(shí)約3 min，五條大巷全部觀測(cè)完成用時(shí)約7 h；采用優(yōu)化后的觀測(cè)方法，一個(gè)測(cè)站平均觀測(cè)時(shí)間提升至1 min上下，全部觀測(cè)完成僅需要3 h，較原來(lái)用時(shí)減少一半以上，極大地提升了觀測(cè)效率。使用原有觀測(cè)方法，單采用鋼卷尺在風(fēng)速較高區(qū)域尺子無(wú)法徹底拉直，加大了測(cè)量誤差，應(yīng)用激光測(cè)距儀則完全不受影響，測(cè)量數(shù)據(jù)更為精確，目前該方法已在公司井下全面推廣使用。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于巷道表面位移觀測(cè)方法即“十字?jǐn)嗝娣ā钡挠^測(cè)原理，從測(cè)站安裝環(huán)節(jié)再到觀測(cè)方法兩方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)證明：測(cè)站的可靠性、觀測(cè)作業(yè)的安全性、觀測(cè)效率及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性均得到了很大提升，值得井工煤礦推廣與應(yīng)用。