礦壓監(jiān)測的常用儀器

礦山壓力監(jiān)測與預(yù)報(bào)

資源與環(huán)境工程學(xué)院主講：寧建國

第二章礦壓監(jiān)測的常用儀器

2.1礦山壓力監(jiān)測儀器的分類2.2礦山壓力監(jiān)測儀器的用途與性能指標(biāo)2.3位移監(jiān)測儀器的用途與性能指標(biāo)

2.1礦山壓力監(jiān)測儀器的分類礦山壓力監(jiān)測儀器按其工作原理，大致可分為以下幾大類：（1）機(jī)械式（2）液壓儀（3）電磁式（4）聲學(xué)式

機(jī)械式測試儀器的原理是基于機(jī)械傳動學(xué)原理。利用金屬構(gòu)件受力后產(chǎn)生彈性變形，并通過傳動系統(tǒng)放大，由計(jì)數(shù)裝置將數(shù)值顯示出來。

這種儀器是以杠桿、彈簧、齒輪、量具（游標(biāo)卡尺、百分尺、千分表）等為基本元件制造的。

液壓儀是利用液體不可壓縮和各向均勻傳遞壓力的原理制造的。

電磁式測試儀器是根據(jù)電磁學(xué)的原理設(shè)計(jì)的。這些儀器將被測參數(shù)如應(yīng)力、應(yīng)變、位移、流量等轉(zhuǎn)換成電量，以便用電測的方法來測量電量。聲學(xué)式儀器測試技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在被測物體中（巖體、混凝土等），利用聲波或超聲波的傳播速度、相位、振幅、頻率等的變化規(guī)律取得數(shù)據(jù)或圖像，再通過計(jì)算或按事先標(biāo)定的曲線求得所需的物理參數(shù)，通稱聲波探測法。它屬于非破損監(jiān)測技術(shù)的一種2.2.1金屬支柱載荷監(jiān)測儀器

主要有機(jī)械式（AD5-45型）測力計(jì)、液壓式（HC型）測力計(jì)等?，F(xiàn)場應(yīng)用較廣泛的是鋼弦（GH型）測力計(jì)。下面對鋼弦式測力計(jì)作適當(dāng)介紹。①鋼弦測力計(jì)用途鋼弦測力計(jì)主要是GH系列雙線圈自激型鋼弦壓力盒與GSJ-1型頻率計(jì)（或DK-1、2型遙測儀）配套使用的安全火花型傳感器。2.2礦山壓力監(jiān)測儀器的用途與性能指標(biāo)名稱型號規(guī)格主要用途配套接收儀表名稱壓力盒GH-500～490×103單體支柱GSJ-1型頻率計(jì)DK-1、DK-2遙測儀壓力盒GH-250～245×103巷道支架GSJ-1型頻率計(jì)DK-1、DK-2遙測儀壓力盒GH-100～98×103巷道支架、井壁GSJ-1型頻率計(jì)DK-1、DK-2遙測儀壓力盒DGH-6000～5880外注式單體液壓支柱GSJ-1型頻率計(jì)DK-1、DK-2遙測儀壓力盒ZGH-6000～5880綜采液壓支架GSJ-1型頻率計(jì)DK-1、DK-2遙測儀GH系列鋼弦壓力盒

②原理及結(jié)構(gòu)當(dāng)支柱壓力P通過導(dǎo)向球面覆蓋1作用于工作膜3時(shí)，工作膜受力撓曲，兩鋼弦柱4張緊鋼弦5，使弦的振動頻率f升高，P越大則f越高。由頻率計(jì)顯示振弦的頻率f，再從P-f標(biāo)定曲線中查得P值。

1-球面蓋；2-橡膠墊；3-工作膜；4-鋼弦柱；5-鋼弦；6-激發(fā)磁頭；7-感應(yīng)磁頭；8-后蓋；9-電纜插頭；10-護(hù)罩；11-磁頭板

③GSJ-1型頻率計(jì)

GSJ-1型數(shù)字頻率計(jì)是鋼弦式壓力盒的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，借此可以算出壓力盒的壓力。隨著壓力監(jiān)測要求的提高，可用DK-1、DK-2型礦壓遙測儀進(jìn)行多點(diǎn)有效巡測，并通過礦井電話電纜送至地面接收機(jī)，由地面微機(jī)處理測得的支柱壓力數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在已經(jīng)研制成功并應(yīng)用紅外傳輸?shù)缺銛y式儀表。2.2.2液壓支架（柱）載荷監(jiān)測儀器

（1）SY-40B微表式單體液壓支柱工作阻力檢測儀

①用途

該儀器用于檢測單體液壓支柱初撐力及工作阻力，是單體液壓支護(hù)工作面支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測的主要儀器。具有體積小、便于操作（壓桿式）、精度高等特點(diǎn)。

②原理與結(jié)構(gòu)

該測力儀由閥體、鎖緊裝置、壓力表及增壓裝置（SY-40B型）等組成。壓力表顯示讀數(shù)。測壓時(shí)，壓下壓桿打開三用閥的單向閥，高壓液體流入測壓儀，壓力表即顯示壓力值，測壓后，將壓桿復(fù)位，支柱單向閥重新關(guān)閉，取下測力計(jì)，完成測試過程。

（2）圓圖自記儀及其數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

①用途

圓圖自記儀主要用于測量和記錄液壓支架及各種設(shè)備的液體壓力。圓圖自記儀數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)主要將記錄儀記錄的數(shù)據(jù)信息通過計(jì)算機(jī)，繪出直觀的受力分析圖。這是綜采液壓支架支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測的主要儀器。

②原理與結(jié)構(gòu)

當(dāng)記錄筆在記錄所指示壓力值的同時(shí)記錄紙?jiān)趫A圖方向指示時(shí)間值。同時(shí)，任一時(shí)刻的壓力值亦可在標(biāo)尺上直接讀出。圓圖壓力記錄儀工作原理如圖所示。

1、2、3-杠桿；4—彈簧管；5—記錄筆；A、B-拉桿

③數(shù)據(jù)處理

圓圖自記儀數(shù)據(jù)計(jì)算處理系統(tǒng)主要由數(shù)字化儀、IBM-PC系列機(jī)及兼容機(jī)等組成。利用計(jì)算機(jī)圖形處理設(shè)備，先將綜采圓圖自記儀記錄的壓力-時(shí)間曲線圓圖紙平放在數(shù)字化儀上；通過掃描筆將圓圖紙上的壓力-時(shí)間曲線上的特征點(diǎn)，掃描進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；處理系統(tǒng)對掃描信息進(jìn)行數(shù)學(xué)、力學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，最終輸出直角坐標(biāo)系下的支柱受力狀態(tài)圖。

（3）KJ216綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)

①用途

它是一種適用于煤礦高產(chǎn)高效工作面綜采支架壓力參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)。②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

井下部分包括：工作面壓力分機(jī)、通訊分機(jī)、本安電源、通訊電纜等，工作面內(nèi)可連接1—46個壓力分機(jī)，分機(jī)之間有專用電纜串聯(lián)至通訊分機(jī)，通訊分機(jī)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(jī)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。接收機(jī)內(nèi)置數(shù)據(jù)收發(fā)單元完成數(shù)據(jù)存儲和與PC計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，接收機(jī)輸出信號與PC計(jì)算機(jī)的RS-232接口連接。KJ216綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)

2.2.3底板比壓監(jiān)測儀器底板比壓測試是利用底板比壓儀，對煤層的底板進(jìn)行壓強(qiáng)破壞性測試，通過數(shù)據(jù)搜集、分析，計(jì)算出底板壓強(qiáng)的工作過程。底板在承受支架載荷時(shí)會產(chǎn)生彈性變形，支架工作阻力增大時(shí)，底板彈性變形也隨之增大，達(dá)到極限后就會發(fā)生脆性變形，即底板脆斷。

錨桿（錨索）測力計(jì)2.2.4錨桿（錨索）工作阻力監(jiān)測儀器鉆孔應(yīng)力計(jì)2.2.5煤壁應(yīng)力監(jiān)測儀器2.3.1圍巖相對移近量監(jiān)測儀器

圍巖相對移近量監(jiān)測儀器有：測桿DDS-2.5

測槍BHS-10

頂板下沉速度報(bào)警儀DSB-1

頂板動態(tài)儀等。

下面重點(diǎn)介紹在煤礦現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的頂板動態(tài)儀，并以KY-82型頂板動態(tài)儀為代表進(jìn)行介紹。

2.3位移監(jiān)測儀器的用途與性能指標(biāo)1—頂蓋；2—萬向接頭；3—壓桿；4—密封蓋；5—壓力彈簧；6—萬向接頭；7—齒條；8—微讀數(shù)刻線盤；9—指針；10—刻度套管；11—有機(jī)玻璃罩管；12—底鏈；13—讀數(shù)游標(biāo)；14—連接螺母；15—內(nèi)管；16—卡夾套；17—卡夾；18—外管；19—帶孔鐵釬

(1)作用及用途KY-82型頂板動態(tài)儀是一種普及型機(jī)械式高靈敏度、大量程位移計(jì)，主要用來監(jiān)測采場頂?shù)装逑鄬σ平?、移近速度，是監(jiān)測巷道和硐室穩(wěn)定性、研究頂板活動規(guī)律、支承壓力分布規(guī)律以及進(jìn)行采場來壓預(yù)測預(yù)報(bào)的常用儀器。（2）儀器使用使用時(shí)動態(tài)儀安裝在頂?shù)装逯g，依靠壓力彈簧5固定。粗讀數(shù)或大數(shù)由游標(biāo)13指示，從刻度套管10上讀出，每小格2mm，微讀數(shù)或小數(shù)由指針9指示，從刻線盤8上讀出，刻度盤上每小格為0.01mm，共200小格，對應(yīng)2mm。（3）發(fā)展現(xiàn)狀

由于KY-82型頂板動態(tài)儀需要觀測人員在現(xiàn)場測讀，工作量較大，研究單位又相繼開發(fā)了RD1501數(shù)顯式動態(tài)儀，DD-1A型電腦動態(tài)儀及DCC-2型頂板動態(tài)遙測儀。這些儀器讀數(shù)誤差得到有效清除，并可自動儲存和分析測讀數(shù)據(jù)。2.3.2巖體內(nèi)鉆孔位移監(jiān)測儀器

（1）用途

為了深入研究支架與圍巖的相互作用，合理選擇維護(hù)措施，不僅要了解巷道表面位移和變形規(guī)律，而且還必須在較大范圍內(nèi)了解圍巖內(nèi)部的活動情況，測定圍巖深部各個位置上的徑向位移和應(yīng)變及其隨時(shí)間的變化過程，即開展巖體內(nèi)部位移和應(yīng)變監(jiān)測。巖體內(nèi)部位移亦稱鉆孔位移，而測量鉆孔位移的儀表稱為多點(diǎn)位移計(jì)，常用于監(jiān)測巷道深部圍巖移動狀況、采場上覆巖層和底板活動規(guī)律等。1-鉆孔；2-連接件；3-測點(diǎn)錨固器；4-測量頭；5-保護(hù)蓋；6-測量計(jì)（2）儀器種類頂板離層儀（