1、矿山压力监测,生产技术部:王印,主要从以下五个方面进行讲解,基本概念 凤凰山矿井下所使用的矿压仪器仪表介绍 综采工作面矿山压力监测及显现规律 掘进工作面矿山压力监测及显现规律 施工队组需报送的监测表格及要求,一、基本概念,矿山压力:由于采掘活动而在巷道和工作面周围煤岩体内或支撑物上形成的力,叫矿山压力(简称矿压、地压、岩压) 。 矿山压力显现:在矿山压力的作用下所产生的一系列力学现象,叫矿山压力显现(矿压显现)。如顶板下沉、底板鼓起、煤壁片帮、支架变形、岩层移动、煤的压出(帮鼓)等。 支承压力岩体开掘巷道或进行回采后,应力重新分布,在采煤工作面和巷道两侧煤岩体上形成的集中压力,称为支承压力。,
2、支架初撑力的要求:压力不得低于泵站压力的80%。,锚杆拉拔力:锚杆在拉拔试验中超过延展要求进而屈服破断承受的最大拉力(KN)。检测要求:新开口巷道30米范围内必须进行一次检测,以后每月要进行一次锚杆拉拔力检测,一次抽样一组(三根)。拉拔后要及时补打锚杆。 锚杆锚固力:锚杆在正常安装状态下应当能承受的最大拉力(KN)。检测要求:巷道每施工300根锚杆(顶帮加起来)抽样一组,抽检比例为3%,即顶帮共抽检9根锚杆。抽检其外移量不应超过20mm,超过视为失效锚杆,要在其附近补打合格锚杆。抽检结束后应及时重新拧紧螺母。 锚杆工作阻力:锚杆在支护状态下承受的载荷(KN)。 预紧力:安装锚杆或锚索时所施加的
3、预紧力(KN)。预紧力矩:安装锚杆时,拧紧锚杆螺母所施加的力矩 (Nm)。,矿山压力观测目的,目的在于:掌握井巷围岩破坏、变形过程、应力分布规律,分析井巷支架与围岩相互作用关系,为选择合理支护方式、确定合理护巷参数、改进支护提供科学依据。,矿压观测的重要作用,1、改善开采技术 2、完善顶板控制方法 3、防止顶板事故的发生 4、为矿山安全生产提供有力的保障,实现安全生产 5、减少煤炭资源的损失 6、提高经济效益,二、凤凰山矿井下所使用的矿压仪器仪表介绍,综采工作面使用的矿压仪器仪表1、KJ216顶板在线实时监测系统1.1有哪几部分组成由地面计算机、通讯接口、监测主站、通讯分站、本安电源、监测分机
4、、通讯电缆组成。1.2在工作面的布置工作面布置三个测区 ,分别布置在工作面上部(4#5#架),中部(31#32#、58#59#、84#85#架),下部(111#112#架),共布置五个测站10台压力监测分机,详见下图,154311工作面,1.3系统介绍 KJ216顶板在线实时监测系统是一套监测井下综采工作 面顶板压力在线连续监测系统,该系统可在地面终端微机 (即地面计算机)上随时显示工作面顶板压力分布曲线,通 过曲线可随时了解工作面顶板状况及支架工作状态,为煤矿 管理人员提供了一条科学化管理的途径。 它具有数字显示、存取方便、工作寿命长、数据存储容 量大、可任意设置数据采集间隔时间等优点。,2
5、、 KBJ-60-1矿用数字压力计(简称电脑圆图仪) (1)该仪器适用于我矿一 、二 、三水平综采工作面,主要用于监测工作面割煤循环中液压支架的初撑力和工作阻力,分析液压支架在工作面支护中的适应性程度 ,同时分析判断工作面老顶初次来压步距和老顶周期来压步距 。仪器连接方式:首先从工作面支架总数中均匀布置安装5台电脑圆图仪,采用 10mm 高压胶管与支架前后立柱测压孔连接( 连接方式为:左前右后),数据采集由生产技术部专人采集。 (2)优点:仪器接收数据精度高,误差率低,数据分析速度快,详见下图。,(3)KBJ-60III-2数据采集器用于分机的数据采集和与计算机的数据通讯。采用了红外无线数据通
6、讯方式,具有快速、可靠特点,可同时采集20个分机的数据。,3、支架压力表 3.1、DLY2型液压支架测压表(简称微表) 该表适用于我矿二水平综采工作面(9#煤),主要用于工作面割煤循环拉架后 ,监测拉架工升架时 ,液压支架顶梁是否接顶达到额定初撑力。仪表采用10mm 高压胶管与液压支架测压孔连接,每个支架安装一盒 ,分别为前后立柱交叉连接。 数据收集:从支架总数中均匀选取10个测点,各生产班将监测数据记录到支护质量与顶板动态监测原始表中。 3.2、DLY-1型液压支架测压表(简称微表) 适用于我矿三水平综采工作面(15#煤),用于工作面割煤循环拉架后,监测拉架工升架时,液压支架顶梁是否接顶达到
7、额定初撑力。仪 表安装在液压支架立柱下腔 ,每架安装三块,分别为前后立柱各一块(交叉安装) ,支架顶梁千斤安装一块。 数据收集:从支架总数中均匀选取10个测点,各生产班将监测数据记录到支护质量与顶板动态监测原始表中。,4、单体柱连续记录仪 该仪器适用于我矿二 、三水平综采工作面超前支护单体柱压力监测,主要用于监测单体液压支柱的初撑力和工作阻力,分析工作面超前支护距离、压力峰值点及压力变化规律 。仪器连接方式:直接将仪器安装在单体柱上,升紧单体柱。 数据采集由生产技术部专人采集。,5、 KBY-60E 矿用单体支柱数显检测仪 KBY-60E矿用单体支柱数显检测仪,主要用于煤矿井下单体液压支柱初撑
8、力 、工作阻力固定式测量。该仪器安装操作简单 ,数字显示直观、准确。不影响支柱注液、卸载,详见下图。,6、墙体应力计 将应力计预先埋在充填墙体中,用于监测充填墙体的应力,单位为MPa。,7、煤柱应力计 将应力计预先放在煤体中,应力计监测的主要作用是:判断煤柱应力范围和分布规律,为合理留设煤柱尺寸提供依据。,8、锚索退锚机,锚索退锚机是煤矿井下锚索退锚的一种专用涨拉机具,主要用于煤矿巷道顶板应力释放和回收索具。由双速换向油泵(可选气动油泵)、高压油管、锚索拉拔器组成。具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、安全等特点 。,风动锚索退锚机,掘进工作面使用的矿压仪器仪表 1、顶板离层指示仪 1.1、
9、顶板离层指示仪工作原理 顶板离层指示仪是将顶板孔内两个固定锚头随岩层变化的值通过测量钢丝绳反映到设在顶板表面的测筒读数上,通过顶板不同层位的位移差,判断出巷道顶板的稳定性和锚杆的支护效果。 1.2、顶板离层指示仪结构 顶板离层指示仪由孔内锚头、测量钢丝、孔内基点和顶板表面内外测筒四部分组成。 1.3、顶板离层指示仪的安装,顶板离层指示仪安装,用锚杆钻机28mm钻头打6.3m深的钻孔; 深部基点:用安装杆将深部基点锚头推入孔中,直推测点位置;抽出安装杆后,手拉一下钢丝绳,确认锚头已卡住固定在顶板岩层中; 浅部基点:用安装杆将浅部基点锚头推入孔中,直推测点位置;抽出安装杆后,手拉一下钢丝绳,确认锚
10、头已卡住固定在顶板岩层中。 固定孔口基点。 固定内、外测筒。将浅部测绳先与外测筒固定好,最后将深部测绳与内测筒固定好。完成安装。 将基础数据记录到监测牌板上。,2、LDS-200锚杆拉力计,2.1、锚杆拉力计用于锚杆支护巷道锚杆锚固力、拉拔力检测。采用自封式快速拔插油管、千斤顶、手压泵组成。 2.2、LDS-200锚杆拉力计的操作使用将拉拔杆套管端拧到打注好的锚杆底端螺丝上 ; 将高压胶管与手压泵和千斤顶连接;将千斤顶安装到拉拔杆上,用螺帽将拉拔杆底端拧紧;将手压泵移到距千斤顶3-5米远的距离,拧紧加压阀门,开始操作手压泵加压,待手压泵上压力表显示值达到规定锚固力、拉拔力要求时,立即停止加压。
11、,3、锚索涨拉机具3.1、锚索涨拉机具是用来涨紧锚索的一种工具,该机具由手压泵、高压油管、千斤顶三部分组成。(1)MS15-180/63锚索涨拉机具的操作使用(手动)将10mm高压油管与手压泵和千斤顶连接; 将千斤顶安装在钢绞线上,安装人员托好千斤顶后通知手压泵操作人员开始加压;手压泵操作人员正向打开阀门,开始加压,待千斤顶受压后,夹住钢绞线, 将手压泵移到距千斤顶 3-5 米远的地方,安装人员方可撤离;待手压泵上仪表压力达到设计要求时 ,停止加压,然后将手压泵阀门反向打开,收回千斤顶 ,完成操作。,(2)MQY-120/180/300锚索涨拉机具的操作使用(风动),采用19mm高压胶管与井下
12、的供风管和 风压泵连接; 将10mm高压油管与风压泵和千斤顶连接;将千斤顶安装在钢绞线上后,安装人员托好千斤顶,通知风压泵操作人员开始加压;风压泵操作人员将风压泵移到距千斤顶 3-5米远的地方,正向打开风阀门,待千斤顶受压后夹住钢绞线,安装人员开始撤离,接着加压预紧锚索,待风压泵上仪表压力达到规程设计要求时,停止加压,然后将风压泵阀门反向打开 ,收回千斤顶,完成操作。,MQY-120/180/300锚索涨拉机具,4、MC-400测力锚杆,(1)测力锚杆用途:用于锚杆巷道围岩应力检测,由六组传感器组成,可检测岩体不同深度的应力。通过数据采集器数字检测、记录存储,并与计算机进行通讯。(2)测力锚杆
13、的安装方法采用28mm的钻头在顶板打好锚杆孔 , 在测力锚杆安装前,先利用采集器将准备安装的测力锚杆进行基础值采集,然后将锚固剂推入孔中后,再将测力锚杆上端送入孔中,将测力锚杆下端安装上搅拌器,再将搅拌器连接到锚杆钻机上开始搅拌推进,待锚固剂凝固后,停止搅拌,取下搅拌器,安装结束。,5、MCZ-200锚杆(索)测力计,(1)用途:主要用于煤矿井下巷道顶板及两帮锚杆或锚索的支护应力监测。 (2)锚杆测力计的安装先将巷道打注好的锚杆下端安装上锚杆测力计、紧贴钢带,然后再将锚杆螺帽拧紧,螺帽必须达到预紧力矩要求。(3)锚索测力计的安装先将巷道顶板上打注好的锚索下端安装上锚索托盘,然后安装锚索测力 计
14、,再将锚索锁具预紧, 锚索锁具必须达到预紧力 要求。,6、表面位移装置用来测量巷道围岩变形量。OA:表示顶板下沉量;OC:表示左帮位移量;OB:表示底板底鼓量;OD:表示右帮位移量。,A,B,O,C,D,7、锚杆角度仪用来检测施工锚杆角度。8、力矩扳手用来拧紧锚杆螺母,达到规定的预紧力。 、普通力矩扳手带有刻度盘。、重型力矩扳手声音标识。、风动力矩扳手强度高。,0,90,锚杆角度仪示意图,9、多点位移计也是用来监测巷道顶板离层的仪器,工作原理同顶板离层仪。,10、TYGD10型岩层钻孔探测仪,TYGDIO岩层钻孔探测仪是国内第一台隔爆型,有液晶显示,既可以现场观察;又可以实时记录的可视化的岩层
15、探测仪器。,主要用途: 主要用来探测地质构造,断层、裂隙; 探测煤层及其顶板岩层的岩性、厚度; 探测巷道及采煤工作面顶板离层的位置、间隙的大小及顶板的错位、破碎情况,为巷道支护及顶板管理提供依据; 探测瓦斯钻孔、地质钻孔的钻孔质量; 探测冲击地压卸压效果。,三、综采工作面矿山压力监测及显现规律,1、工作面矿压显现规律 1.1、采煤工作面前后方支承压力分布规律,采煤工作面前后方支承压力分布形态如图3-17所示,可将其分为应力降低区,应力增高区(支承压力区)和应力不变区(原岩应力区)。其分布特点是:采煤工作面前方煤壁一端几乎支承着采煤工作空间上方断裂带及其上覆岩层大部分重量,即工作面前方支承压力远
16、比工作面后方支承压力大。采煤工作面煤壁及采空区垮落带是随工作面不断推进、随时间向前移动的,因而工作面前后方支承压力带也随时间向前移动(移动支承压力)。由于断裂带内形成了以煤壁及采空区垮落带为前后支承点的拱式平衡结构,所以采煤工作空间处于减压带范围内。,1.2、采煤工作面的侧向支承压力,随采煤工作面推进,除在工作面前后方产生支承压力区外,在采空区两侧煤柱或煤体中也将产生支承压力区(图3-18)。这种支承压力在采空区上方岩层冒落稳定后逐渐趋于固定值(固定支承压力)。在此支承压力区内的巷道也将长期受到影响而难以维护。,采煤工作面侧向支承压力,1.3、采煤工作面的老顶初次来压和周期来压,1.3.1、概
17、念 老顶初次来压:通常把老顶第一次破断失稳而产生的工作面顶板来压称为老顶初次来压。 老顶初次来压步距:由开切眼到老顶初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。 老顶周期来压:通常把老顶周期性的破断失稳而产生的工作面顶板来压称为老顶周期来压。 老顶周期来压步距:每次老顶周期来压时工作面所推进的距离称为老顶的周期来压步距。,1.3.2、工作面监测曲线及举例,以154308综采工作面为例:,1.4、顶板垮塌情况,1.5、支架及单体柱压力与兆帕换算,1.5.1、支架压力与兆帕换算Q=(P1+P2) 2S 106式中, Q支架压力 (N);P1 前柱压强(MPa) ;P2 后柱压强(MPa) ;
18、S 支架立柱活柱截面积(m2), S= R2 =3.14 0.1252 ; 1.5.2、单体柱压力与兆帕换算F=P S 103式中,F支柱压力(KN);P支柱压强(MPa) ;S单体柱柱径截面积(m2), S= R2 =3.14 0.052 ;,2、两顺槽超前支护压力显现规律,以154308综采工作面超前支护为例:巷道矿压观测数据统计表明,轨道巷超前单体柱距工作面9.5m为压力峰值点,距工作面19.6m为超前支护影响范围,最大工作阻力为272KN(有时最大工作阻力达到383KN)。详见图1、图2。,图1,图2,距工作面煤壁19.8米时,压力开始上升。,四、掘进工作面矿山压力监测及显现规律,煤巷
19、锚杆支护顶板监测分日常监测和综合监测。 1、日常监测主要以顶板离层仪监测为主,其作用是用于及时发现异常情况,保证巷道支护安全。 2、综合监测内容包括顶板离层、巷道表面位移、锚杆 (锚索)受力状况。其作用是验证和修改锚杆支 护设计,评价支护效果。一般在巷道中布置综合测站来进行监测。,综合测站仪器布置图,锚索测力计; 表面位移测点;,锚杆测力计; 测力锚杆;,顶板离层仪。,第三排,第一排,第二排,第四排,第五排,第六排,3、监测的规定、距掘进工作面50米范围内的离层仪班班进行观测,50米往外每周观测一次。、每条锚杆支护巷道应根据其围岩条件和长度设计2-3个综合测站。当巷道尺寸或掘进工艺改变,观察到
20、围岩地质条件发生变化时,应根据变化情况增加测站数。、综合测站安设必须紧跟工作面。、每个测站都应设定专门的编号,以便用于识别。、距掘进工作面50米内每天一次,其他时间每周1-2次,若遇到特殊情况,应适当增加观测次数。,4、掘进工作面矿压显现规律,以表面位移观测数据为例。,五、施工队组需报送的监测表格及要求,1、综采工作面 综采工作面支护质量与顶板动态监测原始数据表,要求:每个班次填写一张,并于次日上午9点前报送生产技术部矿压组。,顶板离层仪小班监测数据表,施工单位: 施工地点: 观测日期: 年 月 日 班,观测人: 队干部:,要求:每个班次对超前支护范围100米内的离层仪进行观测,填写好上述表格
21、,并于次日上午9点前报送生产技术部矿压组。,锚杆支护巷道顶板离层仪观测数据周检表,单位名称: 巷道名称: 观测日期:,观测人 : 分管技术员: 审核:,要求:每周对巷道内所有离层仪进行一次周检,填写好上述表格,并于次日上午9点前报送生产技术部矿压组。,2、掘进工作面 锚杆支护巷道锚杆、锚索检测小班验收记录表,施工单位 : 施工地点 : 检测: 年 月 日 班,验收员 : 班长 : 队干部 :,要求:每个生产班填写,并于次日上午9点前报送矿压组。,顶板离层仪小班监测数据表,施工单位: 施工地点: 观测日期: 年 月 日 班,观测人: 队干部:,要求:每个班次对距掌面50米范围内的离层仪进行观测,
22、填写好上述表格,并于次日上午9点前报送生产技术部矿压组。,锚杆支护巷道顶板离层仪观测数据周检表 (同综采),锚杆支护登记表施工单位: 施工地点: 年 月,1,2,3,4,5,6,张三,张三,张三,张三,张三,张三,李四,李四,李四,李四,李四,李四,李四,张三,张三,1#,2#,3#,1#,赵飞,离层仪间距表,施工单位: 施工地点:,要求:施工队组留存备查。,离层仪安装三员签字表,凤凰山矿锚杆支护巷道安装顶板离层仪基数记录表,施工单位: 综掘一队 安装地点:151218巷,说明:1、安装顶板离层仪时,外测筒测绳锚头必须安装在孔深2米处,内测筒测绳锚头必须安装在孔深6-6.3米处。 2、填表时必须对应表格中项目进行记录,不得涂改、缺项,本表必须保存被查,记录基数按时报送矿压组。,希望大家有所收获,谢 谢!,