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1、矿压显现规 律的现场实测 方 法 刘长友 2015年4月 矿压监测的目的和任务 根据煤炭工业有关技术政策和煤矿生产需要，矿压监测的主要目的和任 务是： (1)掌握采场上覆岩层运动规律，建立采场支架与顶板相互关系，进行 老顶来压监测的预报。根据采场顶板来压的特点提出合理的顶板管理措 施，如支护方式、支护强度、特种支护、回采工艺等等，为工作面高 效、安全、低耗创造良好的技术条件； (2)划分采场煤层直接顶的类别和老顶的级别，为支架选型和确定其合 理技术参数提供依据， (3)对正在使用的新型支护的适应性进行考察。即从矿山压力控制的角 度对在既定条件下使用的支架从型式、特性、参数和使用效果等方面进 行
2、适应性评价。研究提出合理的支架结构、架型、工作阻力、支柱可缩 量等： (4)研究分析采场底板破坏规律。对工作面底板进行分类，并提出松软 底板控制技术措施，达到提高支护质量的目的； (5)研究掌握采动影响和支承压力分布规律。包括改进相邻采区或近距 离煤层的开采顺序、确定煤柱的合理位置和尺寸，确定回采巷道断面形 状、规格、及支架参数，确定煤壁前方巷道加强维护范围，沿空留巷和 沿空送巷的支护措施、确定采场端头支护技术措施等，以便保证安全生 产，提高资源回收率，提高技术经济效果； (6)掌握巷道围岩活动规律，实现围岩控制的科学化。包括：选择巷道 开掘的合理位置和时间，确定围岩松动范围，研究巷道围岩变形
3、规律， 进行围岩稳定性分类，确定合理的巷道支护型式、支架参数，对巷道、 硐室的稳定性进行监测预报； (7)对采用采掘新工艺、新技术(包括新采煤方法、新支护型式、新工艺 组织等)进行资料积累，从矿山压力角度对应用效果提出评定性意见，例 如研究和评价厚煤层放顶煤开采的顶煤可放性； 矿压监测的目的和任务 (8)对采掘工作面进行支护质 量监测 。其任务包括：监测 日常生产过 程 中支架工作质量、围岩活动状况、不安全隐患情况等与安全生产有关的 技术因素，监测 和评价支架的井下实际 支撑能力； (9)解决矿山压力与围岩运动控制方面的难题 。监测 分析采场矿 山压力 分布和围岩运动规 律、巷道大变形特性，从
4、矿山压力与围岩控制原理 出发，提出采场坚 硬顶板和破碎顶板的控制技术、软岩和动压 巷道大 变形控制技术等； (10)研究冲击地压等矿井动力现象的综合防治技术，包括冲击地压的 监测 、危险区域的确定、煤层注水和松动爆破措施的制定、开采解放层 的设计 等。 矿压监测的目的和任务 现场矿山压力监测步骤 (一)准备工作 收集监测范围内的地质、生产技术资料； 根据监测目的和任务确定监测内容； 选定监测方案和测区布置系统； 编制矿山压力监测计划； 培训监测人员； 准备矿压监测仪器和工具及井下监测所必须的数据记录和整理表格等等。 地质资料一般包括：围岩性质及柱状，分层厚度及力学特性；围岩地质 构造；煤层赋存
5、情况及对开采的影响程度；围岩节理、裂隙发育情况。 生产技术资料一般包括：工作面或巷道技术参数；开采方式、支护形式 及参数，支架型式及性能，邻面开采情况；生产作业方式等等。具体内 容应根据监测目的和分析需要来确定。 矿压监测计划包括以下内容：监测区域的地质及生产技术条件；矿压监 测的目的及任务；测区布置、监测内容及方法；监测效果预计；监测工 作制度；监测记录表格及资料整理表格设计。 矿压监测主要指标有： 矿压观测矿压观测 内容 常规观测规观测 工作面 综综采面 支架阻力 立柱缩缩量 端面冒顶顶 煤壁片帮 支架位态态 单单体面 支柱阻力 活柱缩缩量 顶顶板下沉量及速度 超前巷道顶顶板下沉量 巷道
6、顶顶底板相对对移近量及速度 两帮相对对移近量及速度 顶顶板离层层及深部多点位移 锚锚杆受力 专项观测专项观测 工作面 回采工序影响 坚坚硬顶顶板老顶顶来压预报压预报 底板比压测压测 定 支架外载载 顶顶煤位移 采动动支承压压力 覆岩变变形断裂 巷道 围围岩松动动圈 支架外载载及分布 支架损损坏统计统计 (二)日常监测预报 -现场矿压监测工作要确保数据的可靠性、准确性、连续性和及时性，监测工 作人员必须做到以下几点。 (1)了解矿压观测工作的目的、意义和任务，掌握基本的矿山压力监测方法，具 有较强的责任心，诚实细心地测读每一个测量数据; (2)正确使用矿压仪器仪表。仪器仪表安装、测读必须符合要求
7、，保持监测资料 的连续性和准确性； (3)明确所监测数据的用途，测取最有代表性的观测数据，即最能为观测目的和 任务服务的数据； (4)观测数据必须在井下及时记录，对于有实时连续监测系统的，非连续监测内 容的观测还应记录时间，以便进行对应分析，对于特殊情况或必须说明的问题， 应在备注栏内记录清楚，对典型矿山压力现象应附有现场实际素描草图； (5)连续观测时，要严格执行井下交接班制度。本班记录交给下一班，以便连续 记录。上班记录及时带到井上交资料整理人员，并说明监测情况； (6)如果在井下监测中，发现监测仪器不正常或顶板异常，应及时向负责同志汇 报，以便及早处理。 现场矿山压力监测步骤 - 正常的
8、矿压监测阶段，要及时初步整理观测资料，以便发 现和检查观测中所存在或出现的问题，发现资料缺少时应 及时进行补测。 - 可以及时掌握监测过程中的矿压显现和岩层运动规律，预 报矿压显现情况。必要时，可以发出矿压监测简报，指导 生产。特别是进行老顶来压监测预报时，应及时分析顶板 活动状态及支承压力分布情况，来压前夕发出简报，及时 为生产服务。 - 整理资料时要实事求是，不许对原始资料进行随意涂改， 以保证井下原始资料的真实性。 - 日常资料整理一般应及时绘制各种矿山压力监测曲线图。 (二)日常监测预报 (三)矿压监测的技术总结 - 现场矿压监测完成一个阶段后(如完成一个采场的监测工 作或一条巷道的监
9、测工作以及某一专项监测工作)，要对 监测资料进行系统的整理、分析。 - 在平时资料整理的基础上，按数理统计方法分析规律，对 监测内容按不同地质条件和生产技术条件进行对比，从中 找出各矿压参数之间以及矿压参数与地质及生产技术因素 之间的关系。 - 从局部到整体，从现象到本质，阐述所监测采场或巷道的 矿压规律。对所监测采场或巷道从工艺、支护、矿压规 律、围岩适应性等方面给予评价和建议，并依此提出围岩 控制的合理技术方案。 - 汇总编写成矿压监测报告。 现场矿山压力监测步骤 单体液压支柱工作面矿压观测 一、“三量”监测仪器的选择及测区布置 采场“三量”监测的目的： - 掌握采场老顶来压显现特点、步距
10、和强度； - 了解支架井下实际工作状态，掌握顶板运动规律； - 确定需控岩层范围和参数； - 分析采煤空间支架围岩相互作用关系； - 为研制支护设备、合理安排工序、合理选择采煤参数、进行顶板 控制设计提供科学依据。 单体面常规矿压监测内容：顶底板移近量、支柱活柱下缩量和 支架载荷(统称“三量”） 活柱下缩量监测：采用标点法，以柱帽和柱筒为标点，用钢尺 或钢卷尺测初读数，以后每隔24小时测读1次，回柱前测读1 次，支柱缩量监测与顶底板移近量监测的测点与时间一一对 应。 图 活柱下缩量观测标 点法示意图 -单体支柱；-支撑式液压支架；-掩护式液压支架 1-活柱；2-柱锁；3-固定柱；4-顶梁；5-
11、直尺 顶底板移近量监测 顶板动态仪 ，测 杆 单体液压支柱阻力测定压力表、数显压力 表、数显压力记录仪 数显式顶板动态仪数显式顶板动态仪 矿用单体支柱数显检测仪矿用单体支柱数显检测仪 单体支柱压力检测记录仪 机械式顶板动态仪 压力表 顶顶顶顶板板动态报动态报动态报动态报 警警记录仪记录仪记录仪记录仪 测区布置 -采场“三量”监测的测站布置 一般可沿采场内设上、中、下 3个测站。 -中部测站要设置25条测线， 是重点观测区。 -上、下测站可设12条测线， 上、下测站距顺槽煤柱的距离 应大于15m。 测点设置 -测量顶底板移近量和移近速度，必须在顶底板中安设牢固的基点，这 是观测成败的关键。 -基
12、点的安设方法是：先用电钻在顶底板打眼，眼深200300mm(顶、 底板一对基点的连线要垂直于顶底板)，在钻孔中楔入事先准备好的长 150200mm的木桩，外露端钉入一个铁钉，钉尾即作为观测基点。 -如果顶板破碎时，应先将浮矸挑掉，再打眼设点，并适当加大眼深和 木桩长度。在某些顶板条件下，比如采高较大时，可用铁锤将400 600cm长的六棱钎打入顶板作基点。 -在顶板坚硬稳定的情况下，顶板基点也可用油漆或水玻璃标明，但底 板却仍须按上述方法安设基点。 -观测期间，顶底板移近基点被破坏、失落、或被支架顶梁遮盖住时， 必须及时补设。 二、数据采集及数据分析 (一)数据采集 -由于单体支柱工作面顶板暴
13、露面积较大，没有移架和反复支撑等问题 ，基点容易保护，观测也比较方便，因此，可同时安设和观测较多的 点。 -在观测顶底板移近量时，要同时监测支柱压缩量、柱帽压缩量(或顶梁 压入顶板量)、支柱载荷、支柱压入底板量等，一般可每隔12小时测 读一次，测量结果一并记入表41内。 顶底板移近量专项观测记录表 三量观测记录表 三量观测记录汇总表 (二)数据分析 根据上述整理的表格，做如下整理和分析： 1. 顶底板移近速度的整理 顶底板移近速度是指单位时间的顶底板移近量，可用下式计算： 式中 s1、s2 分别为t1、t2 时刻顶底板累计移近量； t1、t2顶底板移近量观测期间两个不同时刻。 顶底板移近速度的
14、观测与整理过程与移近量整理一样，可按测线、测区分别整 理。 2. 顶底板循环移近量的整理 顶底板循环移近量系指一个采煤循环进度内的顶底板移近量。引用上述整理结果 计算： 式中 、 第 、 观测排顶底板累计移近量，mm。 顶底板循环移近量，mm； 顶底板循环移近量的整理也可按测线分观测排整理，再按测区整理。 3. 单位顶底板移近量的整理 单位顶底板移近量也称标准移近量，系指单位采高单位控顶距的顶底板移近量。 一般按最大控顶距即最后一个观测排处的顶底板累计移近量计算： 式中 标准移近量，mm/mm； 最大观测排处顶底板累计移近量，mm； 采高，m； 最大观测排与煤壁的距离，m。 （2）根据观测结果
15、综合绘制距煤壁不同距离测点处的顶底板移近量与 时间的关系曲线图和回采工序对顶底板移近速度影响的曲线图。 （3）绘制控顶区内“三量”分布图 。 图 5-4 沿采煤工作面推进方向矿压显现 分布 -支柱载荷；-顶底板移近量；-至煤壁距离 1-支柱载荷全部读数平均值；2-支柱载荷最大读数平均值；3-活柱下缩量；4-压入底板深度；5-放顶至观测 点 时顶 底板移近量；6-采煤至观测 点时顶 底板移近量 （4）测区顶底板平均移近量或最大移近量（累计值）随采煤工作面推进 距离（至开切眼）的变化曲线（图5-5）。 （5）按循环整理计算各测站支护载荷、顶底板移近量和活柱下缩的平均 值，以观测循环、距切眼距离及时间为横坐标，绘制观测总图。根据总 图上各参量的变化分析判断顶板来压步距、来压前后支护载荷及来压强 度（动载系数）。 综采工作面支护阻力的测定 1仪器选择及安装 -液压支架的工作阻力由每根立柱柱腔液体压力来反映。因此，通常通 过监测立柱内压来计算支架的工作阻力。 -由压力自记仪可监测到液压支柱的支护阻力变化过程(图52)，可以 得到支柱初撑力、最大阻力、循环经历时间以及支架运转特性(PT) 曲线。 -液压支架平衡千斤顶和前梁千斤顶的压力也可用压力自记仪监测。用 钢卷尺量测千斤顶伸出量，用KP200坡度规测量夹角。 仪器选择及测区布置 圆图压力记录仪圆图压力记录仪( (圆图仪）圆图仪）
