第六章采煤工作面礦山壓力觀測課件

1、第六章第六章 采煤工作面礦山壓力觀采煤工作面礦山壓力觀測測第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 采煤工作面礦山壓力觀測 內(nèi)容： 圍巖的移動和應力 、頂?shù)装遄冃闻c破壞 、支柱壓縮與載荷 、煤壁片幫 、支架變形與折損 。 目的和意義： 掌握采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并以此指導 生產(chǎn)。 礦壓觀測的進程安排礦壓觀測的進程安排 1測前準備 (1)制定觀測計劃。 （2）人員培訓。 (3)儀器設備的檢修與調(diào)試。 (4)印制各種觀測記錄表和日常觀測數(shù)據(jù)整理表及圖紙。 2現(xiàn)場觀測和日常資料整理 綜合觀測和專項觀測 3總結(jié)工作 找出各礦壓參數(shù)之間、礦壓參數(shù)與地質(zhì)及生產(chǎn)技術因素之間的關系，闡述所觀測工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并以此提

2、出改善頂板控制或改進支架的措施，匯總寫成礦壓觀測報告。 第二節(jié)第二節(jié) 頂?shù)装逡平亢突钪马數(shù)装逡平亢突钪驴s量觀測縮量觀測 一、觀測區(qū)及觀測線的布置一、觀測區(qū)及觀測線的布置 “三量”觀測 ： 頂?shù)装逡平炕钪驴s量支柱載荷量 測區(qū) 上、中、下 測線 35條觀測線上、下兩測區(qū)距區(qū)段平巷護巷煤柱的距離應大于15m 二、基點的設置與儀器的安裝二、基點的設置與儀器的安裝頂?shù)装逡平亢鸵平俣葍x器 ：DDJ25型測桿、KY82頂板動態(tài)儀、C型自記儀 基點的安設： 打眼 楔入木樁（釘入鐵釘） 三、觀測方法與記錄三、觀測方法與記錄 1頂?shù)装逡平康挠^測與記錄 儀器安設好后，首先讀取初讀數(shù)，以后要按時觀測

3、。一般每隔1h一2h觀測一次。綜采工作面在移架前、后必須各觀測一次。從測桿或頂板動態(tài)儀安設時起，觀測到測點靠近采空區(qū)報廢為止，每次觀測的讀數(shù)都要記錄在表61中 。 2頂?shù)装逡平俣鹊挠^測與記錄 無工序影響時，觀測時間間隔為3min10min 。 觀測頂?shù)装逡平颗c工序的關系時，一般由23人共同完成。從這些工序距測點較遠處(即影響不明顯的地方)開始，觀測到影響消失時為止 。讀數(shù)的時間間隔一般可取3min一1min，直至30s 3活柱下縮量的觀測 標點法 用鋼直尺或鋼卷尺量取初讀數(shù)。 循環(huán)內(nèi)的下縮量： 應在每次移架伸柱后測讀初讀數(shù)，臨近移架降柱前測讀末讀數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié) 支架載荷的觀測支架載荷的

4、觀測 一、觀測儀器的設置一、觀測儀器的設置 (1)設在支柱的上端或底座下金屬支柱、木支柱 儀器：壓力盒(2)直接安設在液壓支柱(外注式)的三通閥處 或液壓支架立柱的高壓腔管路上 液壓單體、液壓支架 儀器：DZC型液壓支柱測力計 、YTL-610型圓圖壓力自記儀 ZYDC1綜采支架壓力計算機監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構 井下部分包括：工作面壓力分機、通訊分機、本安電源、通訊電纜等。工作面內(nèi)可連接l46個壓力分機，分機之間有專用電串聯(lián)至通訊分機，通訊分機的輸出數(shù)據(jù)信號通過電話通訊線路發(fā)送至井上。 井上部分包括：接收機、計算機、打印機等。接收機內(nèi)置數(shù)據(jù)收發(fā)單元完成數(shù)據(jù)存儲和與Pc計算機的數(shù)據(jù)通訊，接收機輸出信號

5、與PC計算機的RS232接口連接。 ZYDC2綜采支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構1.壓力分機2.數(shù)據(jù)采集器3.適配器4.計算機5.軟件三、觀測數(shù)據(jù)的日常整理與分析三、觀測數(shù)據(jù)的日常整理與分析(一)綜采支架立柱載荷的整理 圓圖壓力自記儀或壓力下縮自記儀記錄的p一t曲線 （1）按觀測循環(huán)計算支架p0、pm、pt和q 初撐力p0支架移架后 的 初始工作阻力 ,1041020ziiQDp循環(huán)末阻力pm循環(huán)末移架前的工作阻力 10412zimimQDp時間加權平均阻力pt一個采煤循環(huán)內(nèi)以時間為加權計算的平均工作阻力 nnnntttttpptpptppp211221110)(21)(21)(21支護強度q支架對

6、頂板的支護阻力與其支護面積(F)的比值。 qpF (2)統(tǒng)計阻力與時間關系曲線的類型 注意：工作特性曲線（p-s關系曲線）和運轉(zhuǎn)曲線（pt關系曲線）的區(qū)別 （3）根據(jù)阻力一時間(pt)曲線，整理立柱安全閥開啟數(shù) 安全閥的開啟情況可用兩個計算指標來衡量。 安全閥開啟時間比率平均值t： zttzinikit1安全閥循環(huán)開啟率平均值k nzkniiik1(4)根據(jù)表610中的整理結(jié)果，將測區(qū)各條觀測線諸項再進行平均，利用這些數(shù)據(jù)繪制觀測總圖。 第四節(jié)第四節(jié) 采煤工作面頂板狀況統(tǒng)計觀測采煤工作面頂板狀況統(tǒng)計觀測 能直接客觀地反映采煤工作面頂板控制效能直接客觀地反映采煤工作面頂板控制效果果 ，為采煤工作

7、面礦壓觀測中必不可少的內(nèi)容。為采煤工作面礦壓觀測中必不可少的內(nèi)容。 (一)頂板破碎度和冒落靈敏度 頂板破碎度是指：控頂區(qū)內(nèi)，冒高超過10cm以上的頂板局部冒落面積占所觀測區(qū)頂板面積的百分數(shù)，該指標反映了頂板的冒落程度。 1端面頂板破碎度Fl 2頂梁上方頂板破碎度F2 3頂板總破碎度F 端面頂板破碎度Fl 端面無支護空頂區(qū)范圍的頂板破碎程度 %100%1001111cbadSdF冒落靈敏度E 端面無支護區(qū)頂板寬度Sl為1m時的端面頂板破碎度 (二)煤壁片幫深度 片幫深度C都是指煤幫塌落的最大深度。影響因素：煤壁支承壓力、煤體結(jié)構及硬度、支架工作阻力 。(三)頂板冒落高度(四)頂板臺階下沉 (五)

8、頂板裂隙 (六)采空區(qū)懸頂 形式：自由懸頂、 拱形懸頂 二、觀測方法二、觀測方法1測線的布置及測量工具 將工作面全長按支架數(shù)量等分20一30段 ，每段設固定觀測剖面。 工具：鋼卷尺或木直尺 、鉗形尺。 2現(xiàn)場觀測與記錄每天檢修班觀測，連續(xù)一個月或推進100米以上。第五節(jié)第五節(jié) 采煤工作面采空區(qū)上覆巖層采煤工作面采空區(qū)上覆巖層 移動和破環(huán)過程的觀測移動和破環(huán)過程的觀測觀測方法有 ：鉆孔電視法、深部基點法、掘觀測巷法、地面鉆孔沖洗液法及電測法等 。 一、鉆孔電視觀測法一、鉆孔電視觀測法 鉆孔電視觀測法是：在計劃開采的工作面上方，從地面預先打好幾個至煤層的鉆孔，在工作面開采過程中，將專用攝像機放人鉆

9、孔內(nèi)，通過地面監(jiān)視器的熒光屏直接觀測鉆孔處上覆巖層的裂隙發(fā)展和冒落情況。 1觀測鉆孔的布置 自切眼100m起，鉆孔24 個，間隔100m，95135mm。2觀測儀器和設備 ZS2型鉆孔電視 3觀測方法 在工作面遠離觀測孔之前，要進行一次初觀測。以后，從工作面距觀測孔50 m處開始，每天觀測一次，直到巖層運動基本穩(wěn)定為止。 觀測記錄：文字描述、圖像素描、電視屏幕照片、電視錄像等方式。確定采空區(qū)上方不規(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。 大同云崗礦8305工作面用鉆孔電視實測 整理資料 第六節(jié)第六節(jié) 采煤工作面頂板運動采煤工作面頂板運動的預測預報的預測預報一、頂板運動預測

10、預報的原理一、頂板運動預測預報的原理 頂板巖層的運動、礦山壓力的分布和礦山壓力顯現(xiàn)三者之間存在著因果關系。 通過觀測礦山壓力顯現(xiàn)的變化，推斷出上覆巖層的運動及礦山壓力分布的變化。 二、頂板運動預測預報的準備工作二、頂板運動預測預報的準備工作 (一)測區(qū)布置1巷道測區(qū)在超前工作面巷道中置45臺頂板動態(tài)儀，間距4m一5m，并按順序依次編號。 2工作面測區(qū) 在工作面控頂區(qū)范圍內(nèi)，靠煤壁側(cè)和靠采空區(qū)側(cè)各設一臺動態(tài)儀，順序編號為I、。 (二)資料的收集與整理 1巷道測區(qū) （1）井下每隔2h記錄1次讀數(shù)，來壓前讀數(shù)的時間間隔要縮短。 （2）逐班整理出巷道頂板動態(tài)儀(即各測點處)下沉速度。 (3) 逐步整理

11、出煤壁前方固定點的下沉速度。 aaibabivSSSaSvvv)(4)繪制巷道頂?shù)装逡平俣葓D。 三、頂板運動的預測預報三、頂板運動的預測預報(一)頂板巖層運動形式的預報 上覆巖層運動形式有剪切運動和彎曲沉降。 1剪切運動形式老頂端部斷裂線在煤壁處，或在煤壁附近。2彎曲沉降運動形式 （1）老頂端部斷裂線距煤壁較遠。 (2)由于老頂端部斷裂線距煤壁較遠，斷裂后的老頂巖層可以以煤壁為支點，作回轉(zhuǎn)運動。 3老頂運動形式預報實例 例例65北京礦務局門頭溝礦五槽煤，老頂巖層單向抗壓強度為180MPa190 MPa，采后大面積懸露不垮落，原來采用刀柱法采煤，刀柱間距45m煤柱寬4m一5m為了推廣機械化采煤

12、，決定取消刀柱使用自然垮落法管理頂板。按礦壓觀測資料預測，老頂初次垮落步距為57m ；若老頂呈彎曲沉降運動形式，則支柱密度為2根m2；若為剪切運動形式，支柱密度為3根m2。在方案實施中，采用圖632所示的觀測系統(tǒng)， 來壓前7天，根據(jù)超前巷道中的礦壓顯現(xiàn)，預報出老頂為彎曲沉降運動形式。圖638為巷道測區(qū)頂?shù)装逡平俣茸兓瘓D。(二)老頂運動過程監(jiān)測工作面來壓的預測預報典型的礦壓顯現(xiàn)圖 老頂運動的四個階段1老頂相對穩(wěn)定運動老頂懸露長度達到極限跨度前，煤壁前方各測點頂?shù)装逑鄬σ平俣茸兓骄彙Ｆ滹@著特征為：與煤壁距離越近的測點，其移近速度越大，如圖639(a)中0A段 2老頂端部斷裂老頂懸露長度達到極

13、限跨度時，將在懸露的端部斷裂。老頂斷裂時，支承壓力在斷裂線兩側(cè)集中，利用巷道測區(qū)各測點的礦壓顯現(xiàn)過程，可以推斷老頂斷裂的位置和時間。 （1）依次增高型；（2）兩點同時出現(xiàn)峰值型；（3）下降或反彈型。 在觀測時段95分鐘內(nèi)，距煤壁4.1m，9.1m兩測點壓縮量為9.08mm和5.44mm，距離煤壁11.9m，21.1m，26.1m的測點出現(xiàn)反彈，反彈量分別為10.08mm，2.28mm，1.46mm。這些都表明，這次巖梁的斷裂，不但反彈量大，且反彈范圍廣。表43 顧北礦1242（1）工作面運輸機巷動態(tài)儀數(shù)據(jù)1242(1)工作面運輸機巷動態(tài)儀測定數(shù)據(jù)（反彈部分）時間動態(tài)儀編號距煤壁/m下沉量/mm

14、速度/mm/h2008/12/7110.40.060.0614:4415：40215.4-0.02-0.02T56min320.4-0.08-0.08425.4002008/12/10162.732.7316：0217：02211-2.6-2.6t60min316-0.9-0.9421-0.8-0.82008/12/1317.72.042.0715:5916：58212.7-1.76-1.79T59min317.71.361.38422.70.760.773老頂顯著沉降老頂端部斷裂后，伴隨采煤工作面的繼續(xù)推進，已斷裂開的老頂將發(fā)生明顯沉降。以斷裂線為界形成內(nèi)外兩個應力場，斷裂線至煤壁處形成內(nèi)應力場內(nèi)應力場；斷裂線以遠至終采線側(cè)為外應力場外應力場。支承壓力在外應力場中進一步擴展，在內(nèi)應力場中將向煤壁“收縮”。支承壓力在內(nèi)應力場中的收縮表現(xiàn)為巷道測區(qū)各測點由遠及近出現(xiàn)移近速度高峰。 4采煤工作面來壓 老頂顯著沉降過程中，當應力收縮到煤壁附近，即1測點重新出現(xiàn)移近速度高峰時，工作面處于來壓前夕。 (1)老頂顯著沉降開始 EF段 ：來壓開始；(2)老頂與直接頂?shù)慕佑|(作用)位置逐漸向采空區(qū)方向發(fā)展 FG段 :全面來