綜采支架壓力監(jiān)測系統在(張開智)

1、綜采支架壓力監(jiān)測系統在綜采支架壓力監(jiān)測系統在煤礦頂板管理中的應用煤礦頂板管理中的應用張開智張開智 教授教授0532-60577481385388685Z 山東科技大學山東科技大學 資源與環(huán)境工程學院資源與環(huán)境工程學院 KBJ60-1型礦用數字綜采支架壓力監(jiān)測系統 在線連續(xù)實時監(jiān)測 井下采集數據監(jiān)測 127V AC壓力分機本安電源通訊分站電話線井上部分井下部分防護電纜ZYDC1綜采支架計算機監(jiān)測系統硬件組成123456ABCD654321DCBA采煤工作面1#分 機2# 分 機7# 分 機接支架下腔30m70m 本安電源接線盒通訊分站5m電話線路至井上660V/127V5m移動變電站ZYDC-1

2、綜采支架壓力計算機監(jiān)測系統工作面部分軌道巷皮帶巷附圖 1ZYDC1型礦用數字綜采支架壓力監(jiān)測系統 優(yōu)點： 具有數字顯示、存取方便、工作壽命長、數據存儲容量大、可任意設置數據采集間隔時間等優(yōu)點。 尤其是在線連續(xù)監(jiān)測系統，可在地面終端微機上隨時顯示壓力分布曲線，廣大工程技術人員及時了解工作面頂板狀況及支架工作狀態(tài)，為煤礦管理人員提供了一條科學化管理的途徑。ZYDC1型礦用數字綜采支架壓力監(jiān)測系統 以現場實際觀測數據為基礎，詳細闡述了該監(jiān)測系統在煤礦中的應用情況。 包括 測站布置 數據采集與整理 分析內容與方法 觀測結果的推廣應用等 工作面測站布置觀測點個數與工作面長度有關，一般來說可沿工作面長度每

3、隔1020m均勻布置，每個測區(qū)可在相鄰兩個支架上布置觀測儀器，便于以后數據分析整理時相互印證與對比。 同時注意到工作面上下端頭的影響，即上下端頭附近可適當加大觀測點數， 工作面支架阻力測區(qū)1測區(qū)布置測區(qū)布置特殊目的專門測區(qū)：順槽測區(qū)布置 可沿支柱每間隔23個支柱設一阻力觀測區(qū) 巷道變形測區(qū) 頂板離層位移測區(qū)超前支護運輸順槽軌道順槽工 作 面 支 架 測 點上工 作 面頂 板 動 態(tài) 儀 測 點巷 道 斷 面 收 縮 測點超 前 支 護 阻 力 測 點2數據采集數據采集 對于連續(xù)觀測系統，可隨時調取數據以便分析 對于需人工井下采集系統，可每兩天采集一次，當工作面頂板處于來壓階段時，可適當加大數據

4、采集密度 用采集器采集上來的支架阻力數據可用office系統中的excel軟件對數據進行再處理，將每架的初撐力、末阻力、循環(huán)內時間加權平均工作阻力整理成相關的表格形式，為以后的進一步分析進行數據準備，如圖所示3觀測數據分析觀測數據分析 3.1來壓步距分析來壓步距分析 將整理好的每架循環(huán)末工作阻力繪制成阻力隨時間（推進步距）關系曲線，如圖3所示 010203040506070800102030405060708090100110120130140150160170距離/m整架末阻力/MPa126#支架110#支架95#支架 從中可以分析各支架阻力高峰位置，進一步判斷各支架測得的頂板來壓步距3.1

5、來壓步距分析來壓步距分析 不同支架、不同測區(qū)實測的頂板來壓步距不盡一致，可采用平均的處理方法來最終確定頂板來壓步距，也可以給出頂板來壓步距的最大、最小范圍。如表2所示。 不同測區(qū)頂板運動步距觀測結果不同測區(qū)頂板運動步距觀測結果分析時也可以結合對支架阻力峰值整理表來輔助進行 3.2直接頂、老頂厚度計算直接頂、老頂厚度計算3.2.1利用來壓前夕支架承載值反推直接頂厚度來壓前夕老頂處于相對穩(wěn)定運動階段，支架上的阻力可視為由直接頂、頂煤的重量引起，兩者建立平衡關系，則有：zzzfmmppp煤煤直煤zzzfmpm煤煤3.2.2利用實測來壓時支架阻力值反推老頂厚度當支架在“限定變形”條件下工作時，支架的阻

6、力將限制巖梁的運動。可由下式反推老頂厚度。 APPEKTEEEELKLmPEEKTEEKTEELLKAPLLKPm)(來壓前后支架承載值來壓前后支架承載值3頂板運動狀態(tài)分析頂板運動狀態(tài)分析 實測支架阻力在每一個支護循環(huán)內的變化曲線可以進一步分析頂板在來壓時刻的運動狀態(tài)，即分析頂板處于相對穩(wěn)定時期、顯著運動時期相對穩(wěn)定時期、顯著運動時期還是急劇回轉下急劇回轉下沉沉階段。三個運動階段實測的支架阻力運行曲線如圖4所示。 頂板的壓力較小，支架達到初撐后，支護循環(huán)內沒有達到工作阻 力。即支架一直在初撐階段工作，直到下次移架。在此過程中，頂板處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，老頂巖梁尚未達到極限垮落步距，如圖4a所示。相

7、對穩(wěn)定時期相對穩(wěn)定時期相對穩(wěn)定時期相對穩(wěn)定時期 支架初撐時間較長，初撐階段壓力曲線平緩上升，循環(huán)末阻力值低于支架的額定工作阻力值。此時，老頂處于顯著運動狀態(tài)(前夕)，有少量緩慢下沉，但未斷裂回轉。巖梁處于來壓前夕的相對穩(wěn)定的運動狀態(tài)，如圖4b所示。 顯著運動時期顯著運動時期顯著運動時期顯著運動時期急劇回轉下沉急劇回轉下沉 支架從初撐階段極短時間內即達到額定工作阻力狀態(tài)，并且在額定工作阻力值區(qū)域穩(wěn)定震蕩。此時，頂板不穩(wěn)定，老頂巖梁處于急劇回轉下沉運動階段，即來壓階段，如圖4c所示。急劇回轉下沉急劇回轉下沉3.4支架運行特征分析支架運行特征分析 將支架阻力整理成初撐力、末阻力頻率分布表（表4所示）

8、，并進一步整理繪制成頻率分布圖（圖5所示），可以分析各支架阻力的整體運行狀態(tài)。 整架初撐力頻率分布表整架初撐力頻率分布表初初撐撐力力頻頻率率分分布布3.5順槽超前支承壓力分布規(guī)律順槽超前支承壓力分布規(guī)律將順槽支柱實測的支柱阻力值整理成沿推進的變化關系曲線，可以分析超前支承壓力變化規(guī)律，如圖6所示。同時可以選取老頂初次來壓前，初次來壓時，周期來壓前，周期來壓時的四組典型數據，繪制超前20m 范圍內巷道的壓力顯現狀況圖，進一步分析頂板處于不同運動階段的超前支承壓力變化情況，如圖7所示。05101520253035405月19日/夜早中20日/夜早中21日/夜早中22日/夜早中23日/夜早中24日/

9、夜早中25日/夜早中26日/夜早中27日/夜早中28日/夜早中29日/夜早中30日/夜早中31日/夜早中單體支柱壓力/MPa46.0849.953.959.963.365.968.1距離/m5m10m15m20m單體支柱壓力數據曲線單體支柱壓力數據曲線 順槽超前支承壓力分布規(guī)律順槽超前支承壓力分布規(guī)律05101520253035404505101520距煤壁距離/m單體支柱壓力/MPa初次來壓前初次來壓時周期來壓前周期來壓時順槽超前支承壓力分布規(guī)律順槽超前支承壓力分布規(guī)律不同來壓階段超前不同來壓階段超前20m壓力顯現壓力顯現4控制設計控制設計4.1按實測阻力值統計分析確定合理支架工作阻力按實測

10、阻力值統計分析確定合理支架工作阻力 支架合理工作阻力的確定有多種方法，參考液壓支架工作阻力（趙宏珠執(zhí)筆），利用實測各支架支護阻力值，采用時間加權平均工作阻力和循環(huán)末工作阻力統計值確定23上05工作面支架的合理工作阻力： tPttSPP2mPmmSPP 由于上述結論是基于實測結果統計得出的，具有平均的性質，因此還需要考慮支架在頂板的各次來壓期間阻力有增大的現象。 根據前面分析，老頂來壓顯現不明顯，取動載系數為1.1。 按實測阻力值統計分析確定合理支架工作阻力按實測阻力值統計分析確定合理支架工作阻力4.2支柱缸徑確定支柱缸徑確定 由上節(jié)分析知，支架合理工作阻力為15001700 KN架，則： 每根

11、支柱所受的壓力為P/4=375425 KN/柱 最后根據泵站壓力（32Mpa）反推支架的柱徑d按平時計算：按來壓時計算：mmpPD12214. 31032103752263mmpPD13014. 310321042522634.3液壓支架選型液壓支架選型(一)液壓支架選型的內容和要求液壓支架架型選擇是指針對具體頂板類型和頂板巖層組成情況選擇不同的支架類型。不僅包括支架的架型及額定工作阻力，支護強度等參數，而且涉及頂梁、護幫、底座、側推及閥組等主要部件的選型及其參數的決定。(二)影響液壓支架選型的因素和順序根據頂板巖石力學性質、厚度及巖層結構及弱面發(fā)育程度確定直接頂類型；根據老頂巖石力學特性及礦

12、壓顯現特征確定老頂級別；根據底板巖性及底板抗壓入強度及剛度測定結果確定底板類型；根據礦壓實測數據計算額定工作阻力或根據采高控頂寬度及周期來壓步距，估算必需的支護強度和每米阻力；根據頂底板類型、級別及采高，初選必需的額定支護強度，初選支架型式；考慮工作面風量，行人斷面，煤層傾角，修正架型及參數；考慮采高、煤壁片幫（煤層硬度和節(jié)理）的傾向性及頂板端面冒落度，確定頂梁及護幫結構；考慮煤層傾角及工作面推進方向，確定側護結構幾參數；根據底板抗壓入強度，確定支架底座結構參數及對架型參數的要求；利用支架參數優(yōu)化程序（考慮結構受力最?。?，使支架結構優(yōu)化。巷道及運輸等有時對選架型也有較大影響。(三)液壓支架選型

13、目前液壓支架的選型方法有兩種：系統分析比較法及綜合評分法。前者為定性分析與評價，后者為定量分析與評價，本節(jié)以后者方法說明對支架型式的選擇與分析。 1支架選型要素及評價 已知開采地質、技術條件進行支架選型時，必須考慮各種支架對圍巖的適應性及力學特性。表4.2中列出的要素是支架選型時必須考慮的，它可以反映支架對圍巖的適應能力、支架的力學特性和工作特性，根據上述要素和評價可初步進行支架選型。 進一步選型和結構選擇，可按下列專家評分法進行。 (三)液壓支架選型(三)液壓支架選型1支架選型要素及評價該評分法的基本原則是：某種支架形式或結構，如果對地質、技術條件（直接頂、老頂、底板類別、采高、傾角、煤壁片

14、幫、瓦斯含量等）的適應性最好或較好，可分別給予5分、4分；如果勉強還可以用，給3分；如果適應性差或很差，分別給予2分、1分；支架的某種結構與一定地質地質技術條件無關時不參與評分，即不給予評分。例如頂梁結構與底板類別可視為無關； 除表4.2中列出的幾種地質技術條件外，還應考慮到上、下部采動條件，兩側開采條件；地質構造發(fā)育情況；深部開采等因素，在影響明顯時，可適當降低頂板類級來處理。當頂底板含水，使開采中底板積水時，可適當降低抗底板壓入強度來處理。(三)液壓支架選型1支架選型要素及評價注：掩護支架：.插底支掩式，.不插底支掩式，.支頂式；支撐掩護支架：（1）支頂式，（2）支頂式掩式，a整體頂梁；b

15、鉸接頂梁；c可伸縮或折疊式頂梁（整體或鉸接頂梁）；d彈性分底座；e剛性整體底座；f頂梁側推千斤頂；g頂梁底座側千斤頂(三)液壓支架選型2確定重要性系數 不同的架型結構與地質技術條件之間并非同等重要例如，對于架型來說，首要的是直接頂、老頂、底板其他因素僅具一般性。對于頂梁結構來說，首要的是直接頂的穩(wěn)定性，其次是煤層硬度和采高等等。初選的重要性系數見表4.3。重要性系數重要性系數W 技術地質條件架型頂梁結構底座結構側推結構直接頂類別1.31.51.11.1老頂級別1.51.11.01.0底板類別1.31.01.51.0采高1.01.21.11.3礦井瓦斯1.01.01.01.0煤層硬度1.01.3

16、1.01.2煤層傾角1.01.01.01.5(三)液壓支架選型2確定重要性系數3.架型和結構選擇要遵循的程序：按 計算給定地質、技術條件下的各種架型和結構的Qi值；對所有Qi值進行比較，最大者，即當Qi=Qmax時，則該結構和架型在給定條件下為最優(yōu)。支架形式和結構選定后需進一步完成以下工作：支架初撐力和工作阻力的確定；支架結構參數化，以結構件內力最小為目標函數，進行結構參數優(yōu)化選擇。 iiiRWQ(三)液壓支架選型某礦評分法支架選型計算結果某礦評分法支架選型計算結果(三)液壓支架選型4.4支架適應性分析支架適應性分析4.4.1 對礦壓顯現的適應性 由ZFQ2000-16/24型輕放液壓支架在工作面應用后實測得到的工作面礦壓顯現得知，工作面礦壓顯現并不是十分劇烈，顯現都在工作面允許的范圍內，對工作面的安全生產并無嚴重影響，因此可視為顯現在可控制的范圍內。4.4支架適應性分析支架適應性分析4.4.2對生產工藝的適應性工作面使用的ZFQ2