礦大礦壓現(xiàn)場礦壓觀測技術(shù)-礦壓課補(bǔ)充內(nèi)容

礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的現(xiàn)場實(shí)測方法劉長友2023年4月礦壓監(jiān)測的目的和任務(wù)

根據(jù)煤炭工業(yè)有關(guān)技術(shù)政策和煤礦生產(chǎn)需要，礦壓監(jiān)測的主要目的和任務(wù)是：(1)掌握采場上覆巖層運(yùn)動規(guī)律，建立采場支架與頂板相互關(guān)系，進(jìn)行老頂來壓監(jiān)測的預(yù)報。根據(jù)采場頂板來壓的特點(diǎn)提出合理的頂板管理措施，如支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度、特種支護(hù)、回采工藝等等，為工作面高效、平安、低耗創(chuàng)造良好的技術(shù)條件；(2)劃分采場煤層直接頂?shù)念悇e和老頂?shù)募墑e，為支架選型和確定其合理技術(shù)參數(shù)提供依據(jù)，(3)對正在使用的新型支護(hù)的適應(yīng)性進(jìn)行考察。即從礦山壓力控制的角度對在既定條件下使用的支架從型式、特性、參數(shù)和使用效果等方面進(jìn)行適應(yīng)性評價。研究提出合理的支架結(jié)構(gòu)、架型、工作阻力、支柱可縮量等：(4)研究分析采場底板破壞規(guī)律。對工作面底板進(jìn)行分類，并提出松軟底板控制技術(shù)措施，到達(dá)提高支護(hù)質(zhì)量的目的；

(5)研究掌握采動影響和支承壓力分布規(guī)律。包括改進(jìn)相鄰采區(qū)或近距離煤層的開采順序、確定煤柱的合理位置和尺寸，確定回采巷道斷面形狀、規(guī)格、及支架參數(shù)，確定煤壁前方巷道加強(qiáng)維護(hù)范圍，沿空留巷和沿空送巷的支護(hù)措施、確定采場端頭支護(hù)技術(shù)措施等，以便保證平安生產(chǎn)，提高資源回收率，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果；(6)掌握巷道圍巖活動規(guī)律，實(shí)現(xiàn)圍巖控制的科學(xué)化。包括：選擇巷道開掘的合理位置和時間，確定圍巖松動范圍，研究巷道圍巖變形規(guī)律，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分類，確定合理的巷道支護(hù)型式、支架參數(shù)，對巷道、硐室的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報；(7)對采用采掘新工藝、新技術(shù)(包括新采煤方法、新支護(hù)型式、新工藝組織等)進(jìn)行資料積累，從礦山壓力角度對應(yīng)用效果提出評定性意見，例如研究和評價厚煤層放頂煤開采的頂煤可放性；

礦壓監(jiān)測的目的和任務(wù)(8)對采掘工作面進(jìn)行支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測。其任務(wù)包括：監(jiān)測日常生產(chǎn)過程中支架工作質(zhì)量、圍巖活動狀況、不平安隱患情況等與平安生產(chǎn)有關(guān)的技術(shù)因素，監(jiān)測和評價支架的井下實(shí)際支撐能力；(9)解決礦山壓力與圍巖運(yùn)動控制方面的難題。監(jiān)測分析采場礦山壓力分布和圍巖運(yùn)動規(guī)律、巷道大變形特性，從礦山壓力與圍巖控制原理出發(fā)，提出采場堅硬頂板和破碎頂板的控制技術(shù)、軟巖和動壓巷道大變形控制技術(shù)等；(10)研究沖擊地壓等礦井動力現(xiàn)象的綜合防治技術(shù)，包括沖擊地壓的監(jiān)測、危險區(qū)域確實(shí)定、煤層注水和松動爆破措施的制定、開采解放層的設(shè)計等。礦壓監(jiān)測的目的和任務(wù)現(xiàn)場礦山壓力監(jiān)測步驟

(一)準(zhǔn)備工作收集監(jiān)測范圍內(nèi)的地質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)資料；根據(jù)監(jiān)測目的和任務(wù)確定監(jiān)測內(nèi)容；選定監(jiān)測方案和測區(qū)布置系統(tǒng)；編制礦山壓力監(jiān)測方案；培訓(xùn)監(jiān)測人員；準(zhǔn)備礦壓監(jiān)測儀器和工具及井下監(jiān)測所必須的數(shù)據(jù)記錄和整理表格等等。地質(zhì)資料一般包括：圍巖性質(zhì)及柱狀，分層厚度及力學(xué)特性；圍巖地質(zhì)構(gòu)造；煤層賦存情況及對開采的影響程度；圍巖節(jié)理、裂隙發(fā)育情況。生產(chǎn)技術(shù)資料一般包括：工作面或巷道技術(shù)參數(shù)；開采方式、支護(hù)形式及參數(shù)，支架型式及性能，鄰面開采情況；生產(chǎn)作業(yè)方式等等。具體內(nèi)容應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的和分析需要來確定。礦壓監(jiān)測方案包括以下內(nèi)容：監(jiān)測區(qū)域的地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件；礦壓監(jiān)測的目的及任務(wù)；測區(qū)布置、監(jiān)測內(nèi)容及方法；監(jiān)測效果預(yù)計；監(jiān)測工作制度；監(jiān)測記錄表格及資料整理表格設(shè)計。礦壓監(jiān)測主要指標(biāo)有：

礦壓觀測內(nèi)容常規(guī)觀測工作面綜采面支架阻力立柱縮量端面冒頂煤壁片幫支架位態(tài)單體面支柱阻力活柱縮量頂板下沉量及速度超前巷道頂板下沉量巷道頂?shù)装逑鄬σ平考八俣葍蓭拖鄬σ平考八俣软敯咫x層及深部多點(diǎn)位移錨桿受力專項觀測工作面回采工序影響堅硬頂板老頂來壓預(yù)報底板比壓測定支架外載頂煤位移采動支承壓力覆巖變形斷裂巷道圍巖松動圈支架外載及分布支架損壞統(tǒng)計(二)日常監(jiān)測預(yù)報

現(xiàn)場礦壓監(jiān)測工作要確保數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性和及時性，監(jiān)測工作人員必須做到以下幾點(diǎn)。(1)了解礦壓觀測工作的目的、意義和任務(wù)，掌握根本的礦山壓力監(jiān)測方法，具有較強(qiáng)的責(zé)任心，老實(shí)細(xì)心地測讀每一個測量數(shù)據(jù);(2)正確使用礦壓儀器儀表。儀器儀表安裝、測讀必須符合要求，保持監(jiān)測資料的連續(xù)性和準(zhǔn)確性；(3)明確所監(jiān)測數(shù)據(jù)的用途，測取最有代表性的觀測數(shù)據(jù)，即最能為觀測目的和任務(wù)效勞的數(shù)據(jù)；(4)觀測數(shù)據(jù)必須在井下及時記錄，對于有實(shí)時連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的，非連續(xù)監(jiān)測內(nèi)容的觀測還應(yīng)記錄時間，以便進(jìn)行對應(yīng)分析，對于特殊情況或必須說明的問題，應(yīng)在備注欄內(nèi)記錄清楚，對典型礦山壓力現(xiàn)象應(yīng)附有現(xiàn)場實(shí)際素描草圖；(5)連續(xù)觀測時，要嚴(yán)格執(zhí)行井下交接班制度。本班記錄交給下一班，以便連續(xù)記錄。上班記錄及時帶到井上交資料整理人員，并說明監(jiān)測情況；(6)如果在井下監(jiān)測中，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測儀器不正?；蝽敯瀹惓＃瑧?yīng)及時向負(fù)責(zé)同志匯報，以便及早處理。

現(xiàn)場礦山壓力監(jiān)測步驟

正常的礦壓監(jiān)測階段，要及時初步整理觀測資料，以便發(fā)現(xiàn)和檢查觀測中所存在或出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)資料缺少時應(yīng)及時進(jìn)行補(bǔ)測?？梢约皶r掌握監(jiān)測過程中的礦壓顯現(xiàn)和巖層運(yùn)動規(guī)律，預(yù)報礦壓顯現(xiàn)情況。必要時，可以發(fā)出礦壓監(jiān)測簡報，指導(dǎo)生產(chǎn)。特別是進(jìn)行老頂來壓監(jiān)測預(yù)報時，應(yīng)及時分析頂板活動狀態(tài)及支承壓力分布情況，來壓前夕發(fā)出簡報，及時為生產(chǎn)效勞。整理資料時要實(shí)事求是，不許對原始資料進(jìn)行隨意涂改，以保證井下原始資料的真實(shí)性。日常資料整理一般應(yīng)及時繪制各種礦山壓力監(jiān)測曲線圖。(二)日常監(jiān)測預(yù)報

(三)礦壓監(jiān)測的技術(shù)總結(jié)現(xiàn)場礦壓監(jiān)測完成一個階段后(如完成一個采場的監(jiān)測工作或一條巷道的監(jiān)測工作以及某一專項監(jiān)測工作)，要對監(jiān)測資料進(jìn)行系統(tǒng)的整理、分析。在平時資料整理的根底上，按數(shù)理統(tǒng)計方法分析規(guī)律，對監(jiān)測內(nèi)容按不同地質(zhì)條件和生產(chǎn)技術(shù)條件進(jìn)行比照，從中找出各礦壓參數(shù)之間以及礦壓參數(shù)與地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)因素之間的關(guān)系。從局部到整體，從現(xiàn)象到本質(zhì)，闡述所監(jiān)測采場或巷道的礦壓規(guī)律。對所監(jiān)測采場或巷道從工藝、支護(hù)、礦壓規(guī)律、圍巖適應(yīng)性等方面給予評價和建議，并依此提出圍巖控制的合理技術(shù)方案。匯總編寫成礦壓監(jiān)測報告?，F(xiàn)場礦山壓力監(jiān)測步驟

單體液壓支柱工作面礦壓觀測一、“三量〞監(jiān)測儀器的選擇及測區(qū)布置采場“三量〞監(jiān)測的目的：掌握采場老頂來壓顯現(xiàn)特點(diǎn)、步距和強(qiáng)度；了解支架井下實(shí)際工作狀態(tài)，掌握頂板運(yùn)動規(guī)律；確定需控巖層范圍和參數(shù)；分析采煤空間支架圍巖相互作用關(guān)系；為研制支護(hù)設(shè)備、合理安排工序、合理選擇采煤參數(shù)、進(jìn)行頂板控制設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。單體面常規(guī)礦壓監(jiān)測內(nèi)容：頂?shù)装逡平?、支柱活柱下縮量和支架載荷(統(tǒng)稱“三量〞〕活柱下縮量監(jiān)測：采用標(biāo)點(diǎn)法，以柱帽和柱筒為標(biāo)點(diǎn)，用鋼尺或鋼卷尺測初讀數(shù)，以后每隔2～4小時測讀1次，回柱前測讀1次，支柱縮量監(jiān)測與頂?shù)装逡平勘O(jiān)測的測點(diǎn)與時間一一對應(yīng)。圖

活柱下縮量觀測標(biāo)點(diǎn)法示意圖-單體支柱；-支撐式液壓支架；-掩護(hù)式液壓支架1-活柱；2-柱鎖；3-固定柱；4-頂梁；5-直尺頂?shù)装逡平勘O(jiān)測

——頂板動態(tài)儀，測桿單體液壓支柱阻力測定—壓力表、數(shù)顯壓力表、數(shù)顯壓力記錄儀數(shù)顯式頂板動態(tài)儀礦用單體支柱數(shù)顯檢測儀單體支柱壓力檢測記錄儀

機(jī)械式頂板動態(tài)儀壓力表頂板動態(tài)報警記錄儀測區(qū)布置采場“三量〞監(jiān)測的測站布置一般可沿采場內(nèi)設(shè)上、中、下3個測站。中部測站要設(shè)置2～5條測線，是重點(diǎn)觀測區(qū)。上、下測站可設(shè)1～2條測線，上、下測站距順槽煤柱的距離應(yīng)大于15m。測點(diǎn)設(shè)置測量頂?shù)装逡平亢鸵平俣?，必須在頂?shù)装逯邪苍O(shè)牢固的基點(diǎn)，這是觀測成敗的關(guān)鍵?；c(diǎn)的安設(shè)方法是：先用電鉆在頂?shù)装宕蜓?，眼?00—300mm(頂、底板一對基點(diǎn)的連線要垂直于頂?shù)装?，在鉆孔中楔入事先準(zhǔn)備好的長150～200mm的木樁，外露端釘入一個鐵釘，釘尾即作為觀測基點(diǎn)。如果頂板破碎時，應(yīng)先將浮矸挑掉，再打眼設(shè)點(diǎn)，并適當(dāng)加大眼深和木樁長度。在某些頂板條件下，比方采高較大時，可用鐵錘將400～600cm長的六棱釬打入頂板作基點(diǎn)。在頂板堅硬穩(wěn)定的情況下，頂板基點(diǎn)也可用油漆或水玻璃標(biāo)明，但底板卻仍須按上述方法安設(shè)基點(diǎn)。觀測期間，頂?shù)装逡平c(diǎn)被破壞、失落、或被支架頂梁遮蓋住時，必須及時補(bǔ)設(shè)。二、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析(一)數(shù)據(jù)采集由于單體支柱工作面頂板暴露面積較大，沒有移架和反復(fù)支撐等問題，基點(diǎn)容易保護(hù)，觀測也比較方便，因此，可同時安設(shè)和觀測較多的點(diǎn)。在觀測頂?shù)装逡平繒r，要同時監(jiān)測支柱壓縮量、柱帽壓縮量(或頂梁壓入頂板量)、支柱載荷、支柱壓入底板量等，一般可每隔1～2小時測讀一次，測量結(jié)果一并記入表4—1內(nèi)。頂?shù)装逡平繉ｍ椨^測記錄表三量觀測記錄表三量觀測記錄匯總表(二)數(shù)據(jù)分析根據(jù)上述整理的表格，做如下整理和分析：1.頂?shù)装逡平俣鹊恼?/p>

頂?shù)装逡平俣仁侵竼挝粫r間的頂?shù)装逡平?，可用下式計算：式中s1、s2——分別為t1、t2時刻頂?shù)装謇塾嬕平浚?/p>

t1、t2——頂?shù)装逡平坑^測期間兩個不同時刻。

頂?shù)装逡平俣鹊挠^測與整理過程與移近量整理一樣，可按測線、測區(qū)分別整理。2.頂?shù)装逖h(huán)移近量的整理頂?shù)装逖h(huán)移近量系指一個采煤循環(huán)進(jìn)度內(nèi)的頂?shù)装逡平?。引用上述整理結(jié)果計算：式中

、——第

、觀測排頂?shù)装謇塾嬕平浚琺m。

——頂?shù)装逖h(huán)移近量，mm；頂?shù)装逖h(huán)移近量的整理也可按測線分觀測排整理，再按測區(qū)整理。3.單位頂?shù)装逡平康恼韱挝豁數(shù)装逡平恳卜Q標(biāo)準(zhǔn)移近量，系指單位采高單位控頂距的頂?shù)装逡平?。一般按最大控頂距即最后一個觀測排處的頂?shù)装謇塾嬕平坑嬎悖菏街小獦?biāo)準(zhǔn)移近量，mm/m?m；——最大觀測排處頂?shù)装謇塾嬕平浚琺m；——采高，m；——最大觀測排與煤壁的距離，m?！?〕根據(jù)觀測結(jié)果綜合繪制距煤壁不同距離測點(diǎn)處的頂?shù)装逡平颗c時間的關(guān)系曲線圖和回采工序?qū)數(shù)装逡平俣扔绊懙那€圖?！?〕繪制控頂區(qū)內(nèi)“三量〞分布圖。圖

5-4沿采煤工作面推進(jìn)方向礦壓顯現(xiàn)分布-支柱載荷；-頂?shù)装逡平浚?至煤壁距離1-支柱載荷全部讀數(shù)平均值；2-支柱載荷最大讀數(shù)平均值；3-活柱下縮量；4-壓入底板深度；5-放頂至觀測點(diǎn)時頂?shù)装逡平浚?-采煤至觀測點(diǎn)時頂?shù)装逡平俊?〕測區(qū)頂?shù)装迤骄平炕蜃畲笠平俊怖塾嬛怠畴S采煤工作面推進(jìn)距離〔至開切眼〕的變化曲線〔圖5-5〕?！?〕按循環(huán)整理計算各測站支護(hù)載荷、頂?shù)装逡平亢突钪驴s的平均值，以觀測循環(huán)、距切眼距離及時間為橫坐標(biāo)，繪制觀測總圖。根據(jù)總圖上各參量的變化分析判斷頂板來壓步距、來壓前后支護(hù)載荷及來壓強(qiáng)度〔動載系數(shù)〕。綜采工作面支護(hù)阻力的測定1．儀器選擇及安裝液壓支架的工作阻力由每根立柱柱腔液體壓力來反映。因此，通常通過監(jiān)測立柱內(nèi)壓來計算支架的工作阻力。

由壓力自記儀可監(jiān)測到液壓支柱的支護(hù)阻力變化過程(圖5—2)，可以得到支柱初撐力、最大阻力、循環(huán)經(jīng)歷時間以及支架運(yùn)轉(zhuǎn)特性(P—T)曲線。

液壓支架平衡千斤頂和前梁千斤頂?shù)膲毫σ部捎脡毫ψ杂泝x監(jiān)測。用鋼卷尺量測千斤頂伸出量，用KP－200坡度規(guī)測量夾角。

儀器選擇及測區(qū)布置圓圖壓力記錄儀(圓圖儀）

綜采記錄儀

2．測區(qū)布置(二)日常數(shù)據(jù)整理與分析圓圖自記儀記錄的P-t曲線(圖5—2)包含了很豐富的內(nèi)容。但直接看記錄曲線很不直觀，必須加以整理和計算才能成為研究分析支架阻力變化規(guī)律的有用資料。一般需根據(jù)記錄曲線及時整理以下內(nèi)容：〔1〕按監(jiān)測循環(huán)計算支架的初撐力(Po)、末阻力〔Pm)、時間加權(quán)平均阻力(Pt)和相應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度。初撐力(Po)：系指移架后的支架初始阻力。它的大小取決于泵站的工作壓力，并受管路損失和操作等因素的影響。支架初撐力可由下式計算：式中Q0i—實(shí)測初撐時各立柱油缸內(nèi)壓力，MPa；D—立柱直徑，cm;Z—每架支架的立柱數(shù)。循環(huán)末阻力(Pm)：系指循環(huán)末支架移架前的工作阻力。在正常情況下，循環(huán)末阻力為循環(huán)內(nèi)的最大工作阻力。它是反映礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)弱，評價支架額定工作阻力是否富裕的重要指標(biāo)。支架立柱循環(huán)末總阻力由下式計算：

式中

Qmi——實(shí)測循環(huán)末油缸內(nèi)工作壓力。由于支架阻力是隨時間不斷變化的，所以，僅以循環(huán)末阻力還缺乏以反映支架的全面受力情況。例如，兩個不同循環(huán)支架立柱的末阻力可能相近或相等，但在循環(huán)內(nèi)支架立柱的受力差異卻可能很大。如圖5—7所示，兩個循環(huán)支架的受力不能認(rèn)為是等同的。而用時間加權(quán)平均工作阻力(Pt)那么可以反映出這一差異。時間加權(quán)平均阻力(pt)：系指一個采煤循環(huán)內(nèi)以時間為加權(quán)計算的平均工作阻力，即pt＝∑pti/t?？梢愿鶕?jù)阻力與時間的關(guān)系曲線求算pt。一般應(yīng)盡量在曲線的拐點(diǎn)處取分點(diǎn)。分割點(diǎn)越多，計算值越精確。但一般為簡化計算，取5個左右分點(diǎn)即可。曲線變化不大時，分點(diǎn)也可再少些。支護(hù)強(qiáng)度(q)：系指支架對頂板的支護(hù)阻力與支護(hù)