一、项目背景
我国煤矿在如何检测支柱支护状态,是否达到合格支撑力方面仍存在较大技术空白。目前常用的是通过检测支柱内腔的工作液体压力的方法,该方法不仅费时费力,使用过程中很不方便,而且还不能有效检测出顶板对支柱的压力。同时,在日常支护工作中,柱帽不易固定在液压单体支柱铰接顶盖上,目前常采用的方法是将柱帽通过捆绑固定在铰接顶盖上,捆绑效果差,工作效率低,对支护工作造成很大不便。
二、研究内容
1.基本原理
该单体液压支柱工作状态检测装置包括安装在单体液压支柱的顶部或底部的检测体,检测体内置压力传感器、光敏传感器和蓄电池,检测体上安装有电源灯和信号灯,光敏传感器、电源灯和蓄电池串联连接,压力传感器和信号灯串联后,并联在电源灯的两端。在日常巡检液压单体对顶板支护强度过程中,可以利用随身矿灯随时对液压支柱支护状态进行查看检测,检测方便、快捷。
图1
2-内置压力传感器 3-光敏传感器 4-蓄电池 6-电源指示灯 7-状态指示灯
2.关键技术
利用矿灯照射光敏传感器启动检测电路,单体液压支柱支护强度未达标时,电源灯(蓝色)亮;若达标,信号灯(红色)亮,电源灯(蓝色)熄灭,这样能够清楚明了的知道单体液压支柱的工作状态。
图2
1-检测体 2-内置压力传感器 5-加强钢丝 8-上橡胶垫块9-下橡胶垫块 10-碟形弹簧
图3
3-光敏传感器 6-电源指示灯 7-状态指示灯 11-定位孔 12-磁铁
图4
图5
3.工作流程
如图1所示,单体液压支柱工作状态检测装置,包括安装在单体液压支柱的顶部或底部的检测体1,检测体1内置压力传感器2、光敏传感器3和蓄电池4,检测体1上安装有电源灯6和信号灯7,光敏传感器3、电源灯6和蓄电池4串联连接,压力传感器2和信号灯7串联后,并联在电源灯6的两端。
如图2和图3所示,检测体主要由上橡胶垫块8和下橡胶垫块9构成,上橡胶垫块8比下橡胶垫块9大,上橡胶垫块8和下橡胶垫块9热合在一起,上橡胶垫块8和下橡胶垫块9之间安装有碟形弹簧10,碟形弹簧10的中心安装有压力传感器2,压力传感器2可以采用数显式压力传感器,光敏传感器3、电源灯6和信号灯7均安装在上橡胶垫块8的外缘,下橡胶垫块9上设置有多个定位孔11和多个磁铁12。上橡胶垫块8和下橡胶垫块9内均设置有加强钢丝5。
电源指示灯和信号指示灯均为发光二极管,在非检测状态下,两个指示灯均不工作。当需要进行压力检测时,使用矿灯照射光敏传感器,光电装置感光电路导通。如果液压支柱支撑力合格,单体液压支柱压力克服碟形弹簧的弹力,挤压碟形弹簧变形,压力传感器检测到压力信号,信号灯(红色)亮,电源灯(蓝色)熄灭;若单体液压支柱支护强度未达标时,电源灯(蓝色)亮,此时可以立即对液压支柱进行补打处理或更换液压单体支柱。在日常巡检液压单体对顶板支护强度过程中,可以利用随身矿灯随时对液压支柱支护状态进行查看检测,检测方便、快捷。
4.成果特点
①填补了我国煤矿在如何检测支柱支护状态,是否达到合格支撑力方面的技术空白。
②实现了非接触式检测,有效保障了现场检测人员的人身安全。
③检测体内置多个磁铁块,将检测体牢牢地吸附在单体液压支柱的铰接顶盖上,减少了检测体捆绑及掉落伤人的危害。
三、应用效果
1.经济效益
提高工作效率,原来需要3人的工作现在仅需1人即可完成有效检测,每年可节约人工费用20万元,另外,可有效避免支柱伤人事故的发生,节约大量费用。
2.社会效益
该装置检测体采用橡胶包裹钢丝绳的结构,可塑性较强,防滑效果较好,强度大,不会因为压力较大变形造成柱帽或柱靴损坏,可重复利用,节约成本。
方便快捷,安全可靠,大大简化了对液压单体支柱支护状态的检测流程,不需与液压支柱进行有效接触即能检测出支液压单体支柱支护状态,且实现了非接触式检测,有效保障了现场检测人员的人身安全。
检测体内置多个磁铁块,将检测体牢牢地吸附在单体液压支柱的铰接顶盖上,解决了现场柱帽使用不便、易脱落的难题,减少了检测体捆绑及掉落伤人的危害。
四、推广应用前景
该成果适用于煤矿井下综采工作面以及需要单体液压支柱工作的场所,适用于煤矿井下光线较暗的环境中。该成果技术投入成本较低,使用前景广阔,具有较高性价比。
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