带压力表新型单体支柱 带压力表新型单体支柱是95218181.9《煤矿井下带胎新型支护支架》附属权利继续，但它们的作用结构构造有极大的不同，属于系列发明之一。煤矿支护发展极快。五十年代是木支柱，六十年代是钢铁摩按支柱，七十年代末就有液压支护支架和单体液压支柱，在中国煤矿井下使用。高压液作为支护动力直延续到九十年代，但是95年煤炭支护技术发生一次根本性的信息变革——《煤矿井下新型带胎支护支架》申请专利被国家专利局批准！它诞生影响将是巨大的。
煤炭工业是能源工业，它一直处于能源工业重要位置，但是它的生产一直处于恶劣环境中。水、火、瓦斯、煤尘、顶底板事故构成五大灾害。其中顶底事故是最经常发生的事故，造成人民国家生命财产严重的损失。顶板好坏是采煤工作的关键，好的自然顶权极少，给大力发展煤炭事业造成不可迂越的困难，寻求新的最佳人工顶板变成煤炭战线广大职工非常关心的大事。
金属摩按支柱和液压支柱都是支护技术重大地前进，但都存在极大的不足——克服不了应力集中于一点，造成支护一点或局部受力，造成支护工程损坏。煤矿煤层顶板冒落塌方经常发生造成生命财产损失惨重。最佳人工顶板是什么？我回答：是释解应力于支护器材各个部位，做到支护器材各个部位或点同时受力，应力集中不起来。俗语说：天塌压大家，结果天塌不不来，每个人都不会被压例。煤层顶板压力非常大，变化也很大，坚硬的钢铁腿子、梁子有时都会被压折。固体特点：各个部位或点都很坚硬。可以承受较大的力量，应力集中于一点或局部难以释解。应力集中最容易造成该物损坏，相比之下液体和汽体，应力难以集中于一点或局部，没有固定的形态，各个部位都较软滩，不能承受较大的压力。但当我们把它集中于一个封闭容器内，密集的液体、汽体——高压液、高压汽能承受巨大地冲击和压力。受到冲击或挤压时，应力会通过分子运动，及时辐射传送开，形成不了强大应力。带内胎的支护器材每点或局部同时受力，汽体优于液体和其他固体。能够释解应力同时也能集中应力，这就是带胎的容器壁的产生弹力。带胎的容器——支护或支柱受到外力，容器内壁每点都要产生一个弹力与相应的应力平衡，如同篮球受击后瞬时颤动，瞬时又恢复，达到弹力与应力平衡。这样状态不断进行。
无形的高压汽充入封闭的容器内作介质，形成玻一玛公式。应当指出玻一玛公式解释有严重错误，“V”不是体积而是体面积。在F1力不变的情况下，F1＝V1P1，F2＝V2P2，F1＝F2。体面积变大，压强变小；压强变大，体面积变小，即V1P1＝V2P2。
我设S1为受力面积，即外力煤层顶板面积，支柱控制的面积，下落煤层顶板压强我设Qx，它是一个变化多端的未知数。
设f1是顶板压力，f1＝S1Qx。
我们输入支柱外力f2＝S2Q2，S2是支柱内壁面积和，Q2是输入压强。F2≠F1，所以S1Qx≠S2Q2，但平衡必须产生，否则就会发生破坏行为。锰合金钢无缝钢管控制F2＝S2Q2，使它不外溢，它拿出一小部分来平衡F1＝S1Qx，如同大人拉着孩子手打转。大人只用极小的力，S2′Q2′＝S1Qx，只使用输入外力一小部分，表面上还是S2Q2＝S1Qx。
支柱容器靠输入压强来维持力量的，压强大力量就大，压强小力量就小。它不是煤层顶板压力，它大于顶板压力，它是有相当大的安全系数，煤层顶板压力变化较大，在特定情况下产生压力是平均压力若干倍，因此输入压强要保持相当大，才能保持安全系数可靠性。弹力F2＞F1，S2Q2＞S1Q1，S2Q2/S1Qx等于安全系数。
带压力表新型单体支柱，主要由内胎及其外壳，压力表和控制器构成。压力表也是压强表现，这个压力不是煤层顶板压力，而是支柱工作能力，带有安全系数，它永远大于煤层顶板压力。在支柱泻压过程中，顶板失去力平衡岩石结构力受到破坏，煤层顶板开始垮落。平时支柱压力，是工作力所以放在支柱底下的测力器，测出来的是支柱的工作能力，不是顶板压力。煤层顶板压力由三个力量构成。其一是岩石重量，其二是岩石抗压力，其三是岩块摩按力，后二个与重力方向相反，当重量超过岩不结构力和岩块摩按力时，顶板岩石下落。岩石摩按力与岩块的大小，密度相关，岩块结块是摩擦力大所致，一般在距煤层顶板十米左右处结块，叫结顶，多数是3-5米，只有时间较长，冒落高度才达到十米。
一、内胎——皮囊
带压力表新型单体支柱有两个内胎，其一是支柱内胎；其二是压力表内胎，两个内胎串联着，它们分别安装在相应的容器内，压力表容器按装支柱内腔内。汽体特点充满容器，高不汽更是如此。高压汽充入支柱内胎，内胎紧贴支柱内壁，内胎尺寸与支柱内壁一致内胎只起防止支柱漏汽。充汽胎皮不膨胀，紧贴支柱内壁，没有撕裂可能。
压力表内也有一个内胎，它与支柱内胎串联着，它也有一个外壳，设有压簧放在外壳下部上部装入个内胎。充汽后压簧受压缩，放汽后压簧恢复原位，压簧上下运动带动游标指出内胎内的压力，也可以换算成压强。压力表固定在支柱观测孔处，请看图1。
二、支柱外壳
支柱外壳是5毫米厚的锰合金无缝钢管做成。它由上柱和下柱组合而成，上柱较粗，外径104毫米，内径94毫米，还有一个顶盖子，它相应比上柱粗，外径114毫米内径104毫米。顶盖上设梁爪四个，10毫米厚顶盖板，还设有一个调整上梁的垫片，用螺钉铆定在上柱上，比较方便。下柱较细，外径90毫米内径80毫米，它设有一个底座，外径80毫米内径70毫米，顶盖和底座都设固定内胎的设施，底座是套在下柱内，同样使用螺钉铆定。顶盖50毫米长，底座焊一个直径为104毫米底板，合计40毫米长。在上柱上还设有观测孔，手把和控制器，导向槽放在下柱上。
三、控制器
控制器由压簧、压簧螺钉、控制头和外壳及其滑动槽构成。按装在上柱下口，距下口200毫米处，相应的下柱下底向上200毫米设一个锁窝，锁窝和控制头相适应。当控制头进驻锁窝后上下柱就锁在一起了，无法脱节了。当控制头入锁窝后再起动支柱时，要将控制头移到滑动槽时，拧动手把上劲(顺时针拧动)，控制头自动上提压紧压簧，把支柱向上提少许，控制头进入滑动槽，充汽上下柱相对运动，再反时针拧把手控制头有一定的压力，当它运动到下柱上口锁窝时会自动入锁窝，泻压后它会自动进入下口锁窝，它的作用就是防止上下柱脱节。控制器是两个成对称布置，它还起导向调整上柱位置作用。控制器按装在上柱上，滑动槽按装在下柱两个锁窝之间。滑动槽由0.5毫米薄铁皮做成，两帮平行深从底下面算2毫米。上柱内径94毫米，下柱外径90毫米，它们两平均空隙是2毫米，滑动槽的两帮斜在上下柱平均空隙中，导向调整上下柱运行。
带压力表新型单体支柱，不仅新颖，而且比现在单体液压支柱有明显突破和优点。
1、它带有压力表，能保证工作人员直观知道支柱正常工作否？当工作压力不够，系数偏小时，及时调整高压汽的压风机供汽的压强，直到满足为止。这是液压单体支柱难以做到。
2、设有控制器，比液压单体支柱设有拉簧好，拉簧不仅加大支柱重量，同时降低它的支撑力量。它们使320个压强，密封圈是W型的，产生强大的压力，摩按力特大，拉簧和密封圈都要消耗掉很多支撑力量，我设计的控制器相对来说耗力很小。
3、结构构造简单，制造方便，不用铣床就可以制造成功，重量轻，不超过50公斤，成本低，减轻体力劳动强度。
4、使用高压汽成本低，新鲜空气压缩成高压汽输入工作面，施放时可以释解工作面有害汽体；改善工作环境，有利职工身心健康，适用高低瓦斯矿井。
带压力表新型单体支柱型号钢材重量力量表
(单位：毫米、吨)型号 上 柱 长 度 重量 力 量备注 长度 外径 内径 长度 外径内径700～1000 700 104 94 600 90 80 0.017 28～34应力未算1000～1900 1100 104 94 1000 90 80 0.027 38.1～60.31900～2700 1500 104 94 1400 90 80 0.037 48～87.4
重量计算：
1、参数：700～1000型上柱长度700，外径104，内径94，厚度5毫米，锰合金比重8/m3，抗拉强度35.00/cm2抗弯曲强度5200/cm2，下柱长度600，外径90，内径80。
2、8π×[(0.052+0.047)(0.052-0.047)×(0.045+0.04)(0.045-0.04)
×0.6]+(0.0522×0.01+0.0522×0.01)×8
＝8π×0.005[0.099×0.7+0.095×0.6+4×0.0522
＝8π×0.005[0.0693+0.057+0.0108]
＝8π×3.14×0.005×0.1371＝17kg
3、1000～1900型，参数只有长度上柱1100，下柱1000，其他不变；
4、算式：
8π·0.005(1.1×0.099+1.0×0.095+4×0.0522)
＝8×3.14×0.005×(0.1089+0.095+0.0108)
＝8×3.14×0.005×0.2138
＝27kg
5、1900～2700型，参数只是上下柱长度变长，上柱1.5m，下柱1.4m。
6、算式
8π·0.005(0.099×1.5+0.095×1.4+4×0.0522)
＝8×3.14×0.005×(0.1485+0.133+0.0108)
＝8×3.14×0.005×0.2923
＝37kg
弹力计算：弹力面存在内胎内，充汽以后内胎壁紧贴支柱内壁，内胎是优质橡胶塑造而成，壁厚规定1～1.5mm，因此真正的内腔尺寸比支柱内腔小2mm。弹力分两步计算：起动力和工作力。类型不同起动力和工作力不同，但它们的机械应力是相同的。横断面和钢材相同，拉压和弯曲面相同。上柱内腔直径92，半径46，下柱内胎内胎直径78，半径39。
7、700～1000型号支柱
(1)起动力：
πRHQ2+π(R/2)2Q2+πrhQ2+π(r/2)2Q2
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝πQ2(9.2(10+23)+7.8(5.7+19.5)]
＝3.14×10[9.2×33+7.8×76.5]
＝31.4×[303.6+596.7]
＝28.3T
(2)运行最终力：
πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝3.14×10[9.2(30+23)+7.8(57+19.5)]
＝3.14[487.6+596.7]
＝3.14×1084.3
＝34T
8、1000～1900型支柱
(1)起动力：
πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝3.14×10[9.2×(10+23)+7.8(99+19.5)]
＝31.4×[303.6+7.8×116.5]
＝31.4×1212.3
＝38.1T
(2)运行最终力：
πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝3.14×10[9.2×(87+23)+7.8(97+19.5)]
＝3.14[1012+908.7]
＝3.14×1920.7
＝60.3T
9、1900～2700型支柱
(1)起动力：
πRHQ2+π(R2/4)Q2+πrhQ2+π(r2/4)Q2
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝3.14×10[9.2×(10+23)+7.8(137+19.5)]
＝3.14×[33×9.2+7.8×156.5
＝31.4×[303.6+1220.7]
＝31.4×1524.3
＝48T
(2)运行最终力：
πRHQ2+π(R2/4)Q2+πrhQ2+π(r2/4)Q2
＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]
＝3.14×10[9.2×(147+23)+7.8(137+19.5)]
＝3.14[1564+1220.1]
＝3.14×2784.7
＝87.4T
10、支柱各种应力和安全系数：
应力即在支柱未充汽前或泻汽后煤层顶板对支柱施力所造成拉压和弯曲。我所设计的带压力表单体支柱应力主要是支柱的上柱，上柱内径94，外径104，抗拉压强度为3500/cm2，抗弯曲强度5200/cm2。
抗压拉力：
π·0.005×0.099×3500
＝3.14×0.005×0.099×3500
＝54T
抗弯曲力：
π·0.005×0.099×5200
＝3.14×0.005×0.099×5200
＝81T
经验和计算基本相符：煤层顶板施力给每根支柱的应力一般15T左右，它就是我们要求的安全系数依据。在说明中已以说明：充汽以后顶板施给支柱的应力被释解分散辐射给支柱内胎的弹力面，弹力与之平衡。弹力和各种抗应力联合形成综合抗力。综合抗力比标准抗力15T求得安全系数。
综合撑力及基安全系数表 单位(T) 撑型 力 号700-700～1000型弹力压拉应力1000～1900型弹力层拉应力1900～2700型弹力压拉应力综合力和系数(28+34/2)+54/15＝＝5.7(38+60/2)+54/15＝6.9(48/87/2)+54/15＝8.1
表中弹力是起动弹力和运行最大弹力的平均值，再加压拉应力和标准应力比求得安全系数。安全系数在撑力危机时才用上，平时安全运行。比如700～1000型支柱在运行中泻汽，当支柱弹力小于15T时，支柱本身抗压拉应力马上投入，抗弯曲应力也随机投入。支撑力出现危机不仅得到缓解，同时给予处理机会，这就是安全系数的作用。煤矿井下条件非常恶劣，定期压力变换和不定期变换，难以肯定，安全系数就是防止一万或万一。煤矿井下安全系数越来越大，这是机械保护措施，大马拉小车是日常生活中常见现象，满负荷运营是缺少安全，太大也会造成不必要浪费，有关生命财产部位安全系数偏大，如主付井的绞车及其有关设施备安全系数偏大。国家防预力量也需相当安全系数，鸦片战争和八国联军进北京，我们国防力量是单薄的，缺少应有的防预系数。98年亚洲经济风暴席卷东亚，而中国安然无恙，说明我们有相当的安全系数。煤矿支护工作是煤矿正常生产的重要工作，必须相当的安全系数。支护器材不断更新换代，说明最佳值尚未出现，仍需有关人员努力！我做点滴工作是抛砖引玉，希望志士同仁给予协作！11、各种图标说明：
图1是摘要图
图标说明：
(1)梁爪
(2)顶盖
(3)进出汽嘴
(4)压力表
(5)顶盖壁
(6)上柱壁
(7)下柱壁
(8)手把
(9)控制器
(10)滑动槽
(11)铆螺钉
(12)底盖壁
(13)底盖
图2：说明书附图
底座正面投影图
图3：说明书附图
图标说明：
底座水平投影图
(1)R1＝114(底板直径)
(2)R2＝104(上柱直径)
(3)R3＝94(上柱内径)
(4)R4＝90(下柱外径)
(5)R5＝80(下柱内径)
(6)R6＝70(底座内径)
图4：说明书附图
顶盖正面投影图
图5：说明书附图
顶盖水平投影图
(1)R1＝114(顶盖外径)
(2)R2＝104(顶盖钠径)
(3)R3＝94(上柱内径)
(4)梁爪
图6：
压力表正面投影图
图标说明：
(9)压力游标尺
图7：说明书附图
汽胎与压簧关系图
图标说明：
(6)汽囊
(7)观测孔
(8)压力弹簧
图8：
压力表上盖水平投影图
图标说明：
(1)玻璃窗
(2)固定爪
(3)铆钉
(4)进出汽孔
(5)压力表外壳
图9：
控制器正面投影图
图标说明：
(1)把手
(2)压弹簧
(3)控制螺钉
(4)控制头
(5)控制器外壳
(6)控制头螺孔
(7)铆螺钉
图10：
控制器侧面投影
图11：
控制器水平投影
图12：
滑动槽正面投影图
(1)A1A2A3A4右帮，B1B2B3B4左帮
(2)A1B1，A3B槽底曲面线，A1A2A3A4曲面底
(3)A1A2B3B4曲面正面投影
(4)铆钉