111.礦山壓力及其控制第十一章

1、礦山壓力及其控制 主講：王家臣第十一章 礦山壓力現(xiàn)場觀測方法 11.1 礦壓現(xiàn)場觀測概述 11.1.1 礦壓觀測類型及目的 目的：回采工作面礦壓觀測的目的在于掌握工作面老頂來壓顯現(xiàn)，步距和強(qiáng)度；分析回采空間支架與圍巖相互作用關(guān)系；為研制采煤機(jī)和支護(hù)設(shè)備、合理地安排工序、合理地選擇采煤參數(shù)、支護(hù)方式和頂板管理方法提出要求和提供科學(xué)依據(jù)。掘進(jìn)巷道面現(xiàn)場觀測的目的：在于掌握井巷圍巖破壞、變形過程、應(yīng)力分布規(guī)律；分析井巷支架與圍巖相互作用關(guān)系；為選擇合理支護(hù)方式、確定合理護(hù)巷參數(shù)，為改進(jìn)巷道支護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。礦壓觀測類型：（1）常規(guī)觀測：掌握礦壓活動(dòng)基本規(guī)律，綜合分析礦壓控制問題；（2）專項(xiàng)觀測：分析

2、影響礦壓的某些因素(頂煤運(yùn)移)。11.1.2 礦壓觀測的內(nèi)容 （1）常規(guī)觀測的內(nèi)容 單體支架工作面一般需觀測“三量”頂?shù)装逡平俊⒅Ъ茏枇?、活柱下縮。液壓支架工作面一般還需要觀測頂板破碎度等。（2）專項(xiàng)觀測的內(nèi)容 通常根據(jù)所研究問題的性質(zhì)決定需進(jìn)行的專門觀測目的，如上覆巖層變形、移動(dòng)和破壞過程，支架外載分布等。 11.1.3 工作面礦壓現(xiàn)場觀測及統(tǒng)計(jì)工作步驟 （1）測前準(zhǔn)備測前準(zhǔn)備工作包括：選定測區(qū)、搜集測區(qū)地質(zhì)及技術(shù)資料；編制采場礦壓觀測計(jì)劃；抽調(diào)和培訓(xùn)測壓人員，組建測壓站；準(zhǔn)備礦壓觀測儀表和工具等。（2）現(xiàn)場觀測連續(xù)觀測：從開切眼推采起，分班連續(xù)觀測工作面礦壓基本參數(shù)，如“三量”，直測到老

3、頂初次來壓或數(shù)次老頂周期來壓以后，以至采場停采。專項(xiàng)觀測：為查明影響工作面礦壓參數(shù)的因素，或研究單項(xiàng)礦壓課題所進(jìn)行的不定期觀測。測壓期間：觀測人員要明確所測數(shù)據(jù)的用途，注意所測數(shù)據(jù)的代表性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性。井上下人員要密切配合，按觀測計(jì)劃規(guī)定辦事，及時(shí)整理觀測資料，掌握觀測進(jìn)度，及時(shí)預(yù)報(bào)礦壓狀況，為安全生產(chǎn)服務(wù)。（3）總結(jié)工作根據(jù)預(yù)定觀測目的，在日常整理資料的基礎(chǔ)上，對(duì)所測數(shù)據(jù)集中逐項(xiàng)細(xì)致整理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，提出對(duì)所測工作面礦壓規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并以此分析控制頂板或改進(jìn)支架等措施，最后編寫觀測報(bào)告。11.1.4 回采工作面及順槽測點(diǎn)布置 工作面礦壓觀測，一般沿工作面布置上、中、下三條測線，進(jìn)行

4、測線編號(hào)。順槽頂?shù)装逡平康鹊挠^測設(shè)置點(diǎn)距工作面要大于60m。對(duì)于放頂煤開采而言，由于采動(dòng)影響區(qū)范圍擴(kuò)大，因此順槽觀測的初始設(shè)置點(diǎn)距工作面距離還要加大，可達(dá)80m。如圖11-1。工作面60m60m采空區(qū)下順槽上順槽圖11-1 回采工作面及順槽測點(diǎn)布置11.1.5 觀測組織 無論是綜采還是普采，一般觀測期間，“三量”及統(tǒng)計(jì)觀測分班連續(xù)進(jìn)行，井下交接班，每班兩人。普采工作面三班觀測任務(wù)除每班測定“三量”外，第一生產(chǎn)班還統(tǒng)計(jì)上、下順槽頂?shù)装逡平考爸Ъ苷蹞p；第二生產(chǎn)班統(tǒng)計(jì)支架密度；放頂準(zhǔn)備班測量采高。綜采工作面四班觀測任務(wù)分工為：第一生產(chǎn)班觀測“三量”，維修壓力自記儀，更換表紙；第二生產(chǎn)班觀測“三量

5、”及上下順槽頂?shù)装逡平?；第三生產(chǎn)班觀測“三量”，統(tǒng)計(jì)支架工作及損壞狀況；檢修準(zhǔn)備班主要統(tǒng)計(jì)頂板破碎度、采空區(qū)頂板冒落狀況及安全閥開啟率等。11.1.6 觀測計(jì)劃編制 在每次現(xiàn)場礦壓觀測前，必須編寫礦壓觀測計(jì)劃，其中包括：觀測目的，觀測條件觀測內(nèi)容和方法，觀測進(jìn)度和組織，資料整理方法及觀測報(bào)告提綱等內(nèi)容。 11.2 礦山壓力的現(xiàn)場觀測方法 11.2.1 采場圍巖移近量及其速度觀測 （1）采場頂?shù)装逡平坑^測具體方法：首先選好觀測地點(diǎn)，由于采場是隨工作面推進(jìn)運(yùn)動(dòng)著的，且采場的寬度很小，一般只有十幾米，所以測點(diǎn)的存在時(shí)間很短，一般從靠近煤壁設(shè)置測點(diǎn)起，測至靠近采空區(qū)測點(diǎn)報(bào)廢止，只有幾天時(shí)間，且受生

6、產(chǎn)的干擾、影響極大。所以測點(diǎn)設(shè)置，一定要考慮到生產(chǎn)、安全等因素。選好測點(diǎn)后，要分別在頂?shù)装迳瞎潭ɑc(diǎn)。測桿圖11-2 ADL-2.5型測桿然后用ADL-2.5型測桿人工量測，如圖11-2。一般是每隔24hr或移架前后各測讀一次，并做好記錄，待室內(nèi)整理分析。（2）活柱下縮量觀測用直尺或鋼卷尺每隔24架測讀一次，回柱前測讀一次。如圖11-3。此外還可使用國產(chǎn)YSZ-型液壓支架壓力下縮自記儀觀測活柱循環(huán)下縮量。圖11-3 活柱下縮量觀測示意圖（3）頂?shù)装逡平俣扔^測頂?shù)装逡平俣扔^測相對(duì)較難。目前常用的是KY-80型動(dòng)態(tài)儀，如圖11-4。每隔6、 3 、 2 、 1 、30讀數(shù)一次，然后填入相應(yīng)的表

7、格中。由于動(dòng)態(tài)儀必須連續(xù)放置，一般一次觀測在30以上，所以受生產(chǎn)等的影響很大。圖11-4 頂?shù)装逡平俣扔^測示意圖11.2.2 支護(hù)阻力觀測 （1）單體摩擦支柱支護(hù)阻力觀測測力計(jì)單體摩擦支柱支護(hù)阻力可用ADJ-45和ADJ-50型機(jī)械測力計(jì)測定。機(jī)械式測力計(jì)俗稱壓力盒，其基本原理就是通過變形拆分成受力大小。如圖11-5。 Pu壓力盒圖11-5 測力計(jì)安裝及待定特定曲線（2）液壓支柱的支護(hù)阻力觀測液壓支柱（支架）的支護(hù)阻力觀測。目前常用國產(chǎn)的圓圖壓力記錄儀觀測，簡稱壓力自記儀。將自記儀與支柱的液壓管路接通，這樣自記儀內(nèi)的壓力與支柱內(nèi)的壓力均等，以此反映支柱的內(nèi)壓值。在自記儀的表盤上放有專用記錄紙

8、，上放有記錄筆，隨著壓力大小自動(dòng)記錄畫在記錄紙上，獲得支架運(yùn)行特性曲線。 11.2.3 頂板破碎度統(tǒng)計(jì)觀測 頂板統(tǒng)計(jì)觀測是利用簡單量測工具廣泛而大量收集不同地質(zhì)和技術(shù)條件下頂板破壞狀態(tài)的資料，加以統(tǒng)計(jì)分析，從而研究礦壓規(guī)律的方法。它適用于觀測中等穩(wěn)定和不穩(wěn)定頂板，如頁巖、砂頁巖、弱面發(fā)育的頂板。我國近年來用此法觀測頂板破碎度的作法是每天在檢修班利用2米木折尺，每隔35架液壓支架進(jìn)行觀測，從采場一端連續(xù)觀測至另一端，如圖11-6。圖11-6 頂板破碎度統(tǒng)計(jì)原理室內(nèi)計(jì)算a、b、c、d、h諸值平均值，再求d與s之比，用E表示，即為全采場頂板破碎度日平均值，單位為。用它可大致地評(píng)價(jià)頂板穩(wěn)定性。由于E=

9、d/s，故E隨d、s而變化，所以不管S值大小，只講E值，可比性差。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，利用回歸分析建立工作面的E=ABS線性方程，并以S=1米處的E值做為評(píng)定頂板穩(wěn)定性的指標(biāo)，提高了各工作面的E值可比性，稱此E值為頂板破碎指數(shù)，用 表示。 11.2.4 巷道礦壓現(xiàn)場觀測 A、圍巖移動(dòng)觀測 巷道頂?shù)装逡平坑^測巷道頂?shù)装逡平靠捎肁DL-2.5型測桿或KY-80型動(dòng)態(tài)儀觀測。由于回采巷道頂?shù)装逡平坑^測的時(shí)間較長，所以觀測處的支架要完好，兩幫整齊，觀測基點(diǎn)設(shè)置牢固。為了反映工作面采動(dòng)影響，一般應(yīng)從巷道的觀測變形量中減去蠕動(dòng)變形量。 巷道底臌觀測巷道底臌觀測的難度較大，主要是選好參考基點(diǎn)。所用工具即

10、為一般的鋼尺，具體觀測時(shí)要視實(shí)際情況布置觀測點(diǎn)。B、巷道支架受載觀測 C、用楔體液壓應(yīng)力計(jì)測量 煤體應(yīng)力 圖8-23 拱形支架測力計(jì)布置及安裝圖1木背板；2測力計(jì)護(hù)板；3測力計(jì)；4測力計(jì)托架圖8-24 楔體液壓應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)圖 1液壓囊；2壓力表；3外楔體；4內(nèi)楔體（1）直接觀測H垮和Kp ，如圖11-9。 （2）掘觀測巷觀察覆巖破壞狀態(tài)在采空區(qū)上方掘?qū)ｉT巷道，對(duì)覆巖破壞狀況進(jìn)行觀察和儀器觀測。觀測巷應(yīng)在回采前布置好，這種方法獲得的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，但費(fèi)用高?，F(xiàn)在的生產(chǎn)部門不易實(shí)現(xiàn)。11.2.5 回采后上覆巖破壞過程及高度觀測 圖11-9 直接觀測H垮和Kp示意圖（3）深部基點(diǎn)觀測覆巖運(yùn)動(dòng)過程回采前在覆巖內(nèi)布置若干觀測鉆孔，孔內(nèi)放置特制的觀測點(diǎn)。在回采過程中，觀測測點(diǎn)位置的移動(dòng)，從而測得測點(diǎn)所在巖層的移動(dòng)和破壞狀況。（4）鉆孔攝影法利用KS-150型鉆孔攝影儀在采空區(qū)上覆巖層鉆孔中，從地面拍攝不同深度孔壁的照片，得出覆巖破壞狀態(tài)。（5）鉆孔電視利用鉆孔電視可在地面直接觀察干燥或清水鉆孔表面巖層結(jié)構(gòu)、裂隙大小、斷層度及傾向等。鉆孔電視是利用電視的光電轉(zhuǎn)換原理，通過攝像機(jī)把鉆孔或井下地質(zhì)面光反映到地面監(jiān)視器的光屏上，以便直接觀察的設(shè)備。11.2.6 液壓支架外載觀測 （1）用測力銷測液壓支架外載僅僅靠常規(guī)的礦壓觀測已