第四章_采煤工作面礦山壓力觀測(cè)

1、 圓圖壓力自記儀或壓力下縮自記儀記錄的圓圖壓力自記儀或壓力下縮自記儀記錄的p-tp-t曲線如曲線如圖圖4-84-8所示，包含了很豐富的內(nèi)容，但直接使用記錄曲線所示，包含了很豐富的內(nèi)容，但直接使用記錄曲線很不直觀，必須加以整理和分析。一般先將圓圖紙上的很不直觀，必須加以整理和分析。一般先將圓圖紙上的p-t曲線在直角曲線在直角坐標(biāo)系下展開坐標(biāo)系下展開, ,橫軸代表時(shí)間橫軸代表時(shí)間t,t,縱軸代表立柱縱軸代表立柱高壓腔壓強(qiáng)高壓腔壓強(qiáng)p,p,利用展開圖整利用展開圖整理分析。理分析。循環(huán)編號(hào)N觀測(cè)日期/月-日循環(huán)時(shí)間/h至開切眼距離/m支架運(yùn)轉(zhuǎn)特性初撐力初撐力p p0 0初撐一增二增多增左/MPa右/M

2、Pa左KN/柱右KN/柱整架KN/架左右左右左右左右表表4-12 4-12 掩護(hù)式支架觀測(cè)日常數(shù)據(jù)整理表掩護(hù)式支架觀測(cè)日常數(shù)據(jù)整理表 工作面編號(hào)：工作面編號(hào)： 支架編號(hào)：支架編號(hào)： 循環(huán)編號(hào)N最大阻力最大阻力p pm m加權(quán)阻力加權(quán)阻力p pt t支護(hù)面積S/m2支護(hù)強(qiáng)度支護(hù)強(qiáng)度q q左/MPa右/MPa左KN/柱右KN/柱整架KN/架左/MPa右/MPa左KN/柱右KN/柱整架KN/架q0/kPaqm/kPaqt/kPa循環(huán)編號(hào)N觀測(cè)日期/月-日循環(huán)時(shí)間/h至開切眼距離/m支架運(yùn)轉(zhuǎn)特性初撐力初撐力p p0 0初撐一增二增多增前合/MPa后合/MPa前合KN/柱后合KN/柱整架KN/架前后前后

3、前后前后表表4-13 4-13 支撐式或掩護(hù)式支架觀測(cè)日常數(shù)據(jù)整理表支撐式或掩護(hù)式支架觀測(cè)日常數(shù)據(jù)整理表 工作面編號(hào)：工作面編號(hào)： 支架編號(hào)：支架編號(hào)： 循環(huán)編號(hào)N最大阻力最大阻力p pm m加權(quán)阻力加權(quán)阻力p pt t支護(hù)面積S/m2支護(hù)強(qiáng)度支護(hù)強(qiáng)度q q前合/MPa后合/MPa前合KN/柱后合KN/柱整架KN/架前合/MPa后合/MPa前合KN/柱后合KN/柱整架KN/架q0/kPaqm/kPaqt/kPa1041020ziiQDP式中式中 Q0i支架初撐時(shí)立柱油缸高壓側(cè)的壓力，支架初撐時(shí)立柱油缸高壓側(cè)的壓力，MPa； D立柱油缸內(nèi)徑，立柱油缸內(nèi)徑，cm； z支架立柱數(shù)目。支架立柱數(shù)目。1

4、0412zimimQDP式中式中 Qmi循環(huán)末立柱油缸高壓側(cè)的壓力，循環(huán)末立柱油缸高壓側(cè)的壓力，MPa； D立柱油缸內(nèi)徑，立柱油缸內(nèi)徑，cm； z支架立柱數(shù)目。支架立柱數(shù)目。nnnntttttPPtPPtPPP211221110)(21)(21)(21式中式中 t1、t2、tn每一曲邊梯形所對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，每一曲邊梯形所對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間， min； Po、P1、Pn不同時(shí)刻立柱工作阻力，不同時(shí)刻立柱工作阻力，kN。表表4-14 液壓支架立柱安全閥開啟日常資料整理表液壓支架立柱安全閥開啟日常資料整理表zttzinikit1nzkziiik1%100%1001111cbadsdF式中式中d di i

5、-有支護(hù)范圍內(nèi)頂板冒頂?shù)膶挾?，有支護(hù)范圍內(nèi)頂板冒頂?shù)膶挾龋?i=2(i=2，3 3，)，m;m; s s2 2-頂梁末端頂梁末端( (控頂區(qū)邊緣控頂區(qū)邊緣) )至頂梁前端第一接頂點(diǎn)的距離至頂梁前端第一接頂點(diǎn)的距離,m,m%1001322sdddFn式中式中 s控頂區(qū)頂板寬度，控頂區(qū)頂板寬度，m。%100%1002111ssdsdFniiniik1 ：平行層理的裂隙平行層理的裂隙;k2 ：垂直層理的裂隙垂直層理的裂隙;k3 ：斜交層理并向采斜交層理并向采空區(qū)傾斜的裂隙空區(qū)傾斜的裂隙;k4 ：斜交層理并向煤斜交層理并向煤壁傾斜的裂隙壁傾斜的裂隙; ZS-2ZS-2型鉆孔電視，它包括型鉆孔電視，它包

6、括攝像機(jī)探頭、控制器、監(jiān)視攝像機(jī)探頭、控制器、監(jiān)視器、電纜線器、電纜線四部分。與之配套的設(shè)備還有絞車、小型汽油四部分。與之配套的設(shè)備還有絞車、小型汽油發(fā)電機(jī)、孔口滑輪、深度指示器等。發(fā)電機(jī)、孔口滑輪、深度指示器等。 所有觀測(cè)儀器設(shè)備可全部裝在一輛觀測(cè)車上。所有觀測(cè)儀器設(shè)備可全部裝在一輛觀測(cè)車上。 表表511 ZS511 ZS一一2 2型鉆孔電視主要技術(shù)性能型鉆孔電視主要技術(shù)性能 在工作面遠(yuǎn)離觀測(cè)孔之前，要進(jìn)行一次初觀測(cè)。 從工作面距觀測(cè)孔50m處開始。每天觀測(cè)一次，直到巖層運(yùn)動(dòng)基本穩(wěn)定為止。 觀測(cè)記錄可以有文字描述、圖像素描、電視屏幕照片、電視錄像等方式。l 整理資料時(shí)，注意與井下礦壓觀測(cè)資料

7、進(jìn)行對(duì)比，找出巖層運(yùn)動(dòng)與工作面礦壓顯現(xiàn)的關(guān)系。l 確定不規(guī)則垮落帶、規(guī)則垮落帶和彎曲下沉帶的形成過程和各帶的高度等。 鉆孔電視觀測(cè)是研究采煤工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律鉆孔電視觀測(cè)是研究采煤工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要手段之一。的重要手段之一。 可以獲得井下無法觀測(cè)到的許多重要數(shù)據(jù)和資料；可以獲得井下無法觀測(cè)到的許多重要數(shù)據(jù)和資料； 鉆孔電視也可以用于鉆孔電視也可以用于“三下三下”采煤、水文地質(zhì)及其采煤、水文地質(zhì)及其它專項(xiàng)觀測(cè)。它專項(xiàng)觀測(cè)。 目前這種觀測(cè)限制在距地表目前這種觀測(cè)限制在距地表200m200m深度以內(nèi)，對(duì)頂深度以內(nèi)，對(duì)頂板巖層下沉量的觀測(cè)精度還很低，有待改進(jìn)和完善。板巖層下沉量的觀測(cè)精度

8、還很低，有待改進(jìn)和完善。 采前從地表或開采層上方的巷道向開采范圍的頂采前從地表或開采層上方的巷道向開采范圍的頂板打垂直鉆孔，在孔內(nèi)不同深度放置特殊的觀測(cè)點(diǎn)，板打垂直鉆孔，在孔內(nèi)不同深度放置特殊的觀測(cè)點(diǎn)，在采煤過程中觀測(cè)基點(diǎn)位置的移動(dòng)，從而測(cè)得基點(diǎn)所在采煤過程中觀測(cè)基點(diǎn)位置的移動(dòng)，從而測(cè)得基點(diǎn)所在巖層的移動(dòng)和破壞狀況。在巖層的移動(dòng)和破壞狀況。 （一）測(cè)孔的布置與基點(diǎn)的安設(shè)（一）測(cè)孔的布置與基點(diǎn)的安設(shè) 1 1）觀測(cè)鉆孔的布置與鉆孔電視觀測(cè)法相同。）觀測(cè)鉆孔的布置與鉆孔電視觀測(cè)法相同。 也可沿工作面布置方向再設(shè)置也可沿工作面布置方向再設(shè)置3 3個(gè)鉆孔，分別在工作面長(zhǎng)個(gè)鉆孔，分別在工作面長(zhǎng)度的度的1/

9、31/3、1/21/2、2/32/3處。沿走向布置處。沿走向布置2-32-3個(gè)鉆孔。個(gè)鉆孔。 鉆孔時(shí)，要仔細(xì)地判別巖層巖性和鑒定分層。安裝觀測(cè)鉆孔時(shí)，要仔細(xì)地判別巖層巖性和鑒定分層。安裝觀測(cè)基點(diǎn)前要提供詳細(xì)的地質(zhì)柱狀圖?；c(diǎn)前要提供詳細(xì)的地質(zhì)柱狀圖。 鉆孔時(shí)不要使用鋼粒鉆進(jìn)法以保證鉆孔孔壁完整規(guī)則；鉆孔時(shí)不要使用鋼粒鉆進(jìn)法以保證鉆孔孔壁完整規(guī)則；鉆孔要穿過將要開采的煤層，孔底位于底板內(nèi)鉆孔要穿過將要開采的煤層，孔底位于底板內(nèi)0.5-1.0m0.5-1.0m。 對(duì)于沖積層和風(fēng)化帶要用套管保護(hù)孔壁。對(duì)于沖積層和風(fēng)化帶要用套管保護(hù)孔壁。 u 觀測(cè)段應(yīng)設(shè)在煤層上方觀測(cè)段應(yīng)設(shè)在煤層上方50l00m50l

10、00m的巖層的巖層, ,采高大時(shí)也可更高采高大時(shí)也可更高u 一個(gè)孔內(nèi)最多可安裝一個(gè)孔內(nèi)最多可安裝1010個(gè)測(cè)點(diǎn)。目前最大安裝深度個(gè)測(cè)點(diǎn)。目前最大安裝深度500m500m。u 確定測(cè)點(diǎn)的位置和間距，應(yīng)遵循如下原則：確定測(cè)點(diǎn)的位置和間距，應(yīng)遵循如下原則： 1)1)在一個(gè)較薄的自然分層內(nèi)只設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)；在一個(gè)較薄的自然分層內(nèi)只設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)； 2)2)在巖性變化大的兩個(gè)相鄰層內(nèi)分別設(shè)點(diǎn)；在巖性變化大的兩個(gè)相鄰層內(nèi)分別設(shè)點(diǎn)； 3)3)不在分層界面處設(shè)點(diǎn)；不在分層界面處設(shè)點(diǎn)； 4)4)測(cè)點(diǎn)要設(shè)在巖石較堅(jiān)硬測(cè)點(diǎn)要設(shè)在巖石較堅(jiān)硬, ,不易風(fēng)化脫落不易風(fēng)化脫落, ,孔壁未破壞的部位孔壁未破壞的部位; ; 5) 5)

11、最下邊的測(cè)點(diǎn)在開采煤層上方最下邊的測(cè)點(diǎn)在開采煤層上方5-7m5-7m處。處。 深部基點(diǎn)是用長(zhǎng)深部基點(diǎn)是用長(zhǎng)200200500 mm500 mm、直徑、直徑90mm90mm的壓縮木或其它的壓縮木或其它方法制成。方法制成。 （二） 1 1）利用觀測(cè)標(biāo)尺測(cè)量平衡錘的位移量，即可獲得孔內(nèi)）利用觀測(cè)標(biāo)尺測(cè)量平衡錘的位移量，即可獲得孔內(nèi)各點(diǎn)處的巖層相應(yīng)下沉值；各點(diǎn)處的巖層相應(yīng)下沉值； 2 2）考慮到采煤工作面的超前影響應(yīng)從測(cè)點(diǎn)距工作面）考慮到采煤工作面的超前影響應(yīng)從測(cè)點(diǎn)距工作面50-100m50-100m左右時(shí)開始觀測(cè)，在頂板巖層活動(dòng)劇烈期間每左右時(shí)開始觀測(cè)，在頂板巖層活動(dòng)劇烈期間每天至少要測(cè)量一次；天至

12、少要測(cè)量一次；3 3）工作面采過鉆孔）工作面采過鉆孔60-100m60-100m時(shí)停止觀測(cè)；時(shí)停止觀測(cè)；4 4）巖移觀測(cè)要與井下工作面礦壓觀測(cè)緊密配合。）巖移觀測(cè)要與井下工作面礦壓觀測(cè)緊密配合。 及時(shí)計(jì)算測(cè)點(diǎn)的巖層下沉量，并繪制各測(cè)點(diǎn)下沉量與鉆孔至工作面距離的關(guān)系曲線 在同一鉆孔，上部基點(diǎn)先受采動(dòng)影響，下部基點(diǎn)受采動(dòng)影響較晚，但最終是下部測(cè)點(diǎn)受采動(dòng)影響大。 各基點(diǎn)的移動(dòng)過程經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期：各基點(diǎn)的移動(dòng)過程經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期：l 初始期初始期即工作面采到鉆孔以前；即工作面采到鉆孔以前；l 活躍期活躍期即工作面來過鉆孔，鉆孔處于采空區(qū)；即工作面來過鉆孔，鉆孔處于采空區(qū)；l 衰減期衰減期即工作面已遠(yuǎn)離鉆孔。

13、即工作面已遠(yuǎn)離鉆孔。 根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移量、測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)位移量和根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移量、測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)位移量和位移速度的變化?？梢酝茢喑霾灰?guī)則垮落帶、規(guī)則垮落位移速度的變化?？梢酝茢喑霾灰?guī)則垮落帶、規(guī)則垮落帶和彎曲下沉帶的高度。帶和彎曲下沉帶的高度。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等；簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等；缺點(diǎn)缺點(diǎn): :安裝麻煩，容易出現(xiàn)安裝質(zhì)量差而影響測(cè)量的問安裝麻煩，容易出現(xiàn)安裝質(zhì)量差而影響測(cè)量的問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。 0HHhii0HHhiiimmiqdDq21)(式中 D1比壓儀油缸直徑，mm； dm底座壓模直徑，m； qi第i次泵壓時(shí)壓力表讀數(shù)，MPa。 式中hi第i次泵壓時(shí)

14、壓膜壓入深度，mm; Hi一一第i次泵壓時(shí)壓膜壓入深度讀數(shù)，mm; H0-壓膜壓入量初讀數(shù)，mm。 再整理計(jì)算出各次泵壓的壓膜底板比壓值qmi為： 從圖中可以很快找出底板表分層臨近破壞前的拐點(diǎn)。此拐點(diǎn)上的比壓值即為該測(cè)點(diǎn)的底板抗壓入強(qiáng)度值qm(qm=4.93MPa) 然后根據(jù)各次相應(yīng)的qmi與hi值作出該測(cè)點(diǎn)底板比壓與壓入深度的關(guān)系曲線。以此拐點(diǎn)的值還可求出底板的剛度Km。 統(tǒng)計(jì)各測(cè)點(diǎn)的整理數(shù)據(jù)qm和Km則可得此次測(cè)定各測(cè)區(qū)和全工作面底板的平均抗壓入強(qiáng)度和剛度。 mmmhqK 沖擊式底板比壓儀測(cè)定方法簡(jiǎn)單、攜帶方便、限制條件少，通過測(cè)定得到底板穿透度，換算所得底板抗壓強(qiáng)度qm與實(shí)際qm偏差小，

15、精度能滿足工程計(jì)算的需要。 安設(shè)儀器前，按靜壓式底板比壓儀的要求選好測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)的面積為12m2。每測(cè)區(qū)均布置35個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。清除測(cè)點(diǎn)的浮矸或浮煤后，將儀器垂直安設(shè)在清理出的真底上，即可進(jìn)行觀測(cè)工作。 整理數(shù)據(jù)時(shí)，首先將測(cè)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)相應(yīng)的hi值平均，得hip。然后，按hip值與相應(yīng)的n在坐標(biāo)紙上畫出類似拋物線形的n-h關(guān)系曲線。最后計(jì)算該測(cè)區(qū)的底板穿透度(mm-l)：BEBEsshhnnhn式中 nE、nB為n-h曲線中近似直線部分的終端點(diǎn) 和起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的落擊次數(shù)； hE、hB-對(duì)應(yīng)nE和nB的壓入底板的深度，mm。nxxnii120nxxnii12nxxnii1式中nxxnii10nxxnii1式中nxxnii121)(f 觀測(cè)結(jié)果的分析是礦壓觀測(cè)報(bào)告最重要的內(nèi)容，也是礦壓觀測(cè)研究成果。下面對(duì)其涉及的主要內(nèi)容進(jìn)行分析。