現(xiàn)場礦壓觀測方案設計[1]

1、第13卷第1期(總第80期)2008年2月煤礦開采CoalMiningTechnologyVo1113No11(SeriesNo180)February2008現(xiàn)場礦壓觀測方案設計湯建泉,粟才全,李英德23(11山東科技大學,山東泰安271019;21林東礦業(yè)集團公司,貴州貴陽55000;31山東科技大學資環(huán)學院,山東青島266510)摘要傳統(tǒng)的礦壓觀測技術同現(xiàn)代電子技術結合,利用科學的觀測方案、先進的觀測儀器儀表和計算機管理系統(tǒng)對采煤工作面和巷道進行礦壓觀測,性、科學性,具有廣闊的應用前景。、觀測的組織工作等內容,關鍵詞礦壓觀測;觀測方案;中圖分類號TD326100626225(2008)0

2、1200712042gnforUndergroundPressure對礦壓顯現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象進行觀測和記錄,同時利用各種儀表、工具觀測采場圍巖變形、位移、頂?shù)装迤茐?、支架受載及壓縮等。然后從動態(tài)分析研究中得出對采場礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的巖層運動的條件、時間和方向以及采場周圍支承壓力的分布變化狀況,為解決現(xiàn)場礦壓控制問題,例如,工作面頂?shù)装鍫顟B(tài)、來壓“預測預報”、支護設計和支架選型,巷道位置選擇,開采程序安排等提供依據(jù)。由于現(xiàn)場觀測獲得的資料反映的是多種因素綜合作用下動壓與支護間的互動作用,故利用這種資料論證分析問題較為可靠,收效顯著,越來越為生產(chǎn)現(xiàn)場認可和采用。此外,這種模式有利于工程技術管理人員直

3、接接觸和參與礦壓研究工作。1現(xiàn)場礦壓觀測研究的目的和內容111現(xiàn)場礦壓觀測研究的目的(1)了解各特定開采方式下的采場上覆巖層和內外幫變形位移規(guī)律,進行合理的巷道礦壓控制和支護設計。其中包括:開采動壓峰值誘發(fā)頂板錨桿索載荷分布變化規(guī)律,以及錨網(wǎng)索構成的組合拱在經(jīng)受動壓作用后而發(fā)生的動壓反應,使拱的作用逐漸變弱,甚至轉變?yōu)閼业趿鹤兓^程的現(xiàn)象、規(guī)律(相關參數(shù));峰值動壓對底板的作用與傳播規(guī)律及有關參數(shù);在搞清支承壓力分布變化規(guī)律的基礎上,為合理的進行工作面超前維護,確定巷道開掘位置和時間,護巷煤柱尺寸的留設及開采程序等控制設計提供依據(jù);工作面開采動壓的動力影響范圍,如工作面距離與頂板沉降離層之間的

4、關系(函數(shù)關系);了解由掘進引起的圍巖松動深度(范圍)及特征。112現(xiàn)場礦壓觀測研究的手段和內容現(xiàn)場礦壓觀測的主要目的是了解由采動動力引起的采場上覆巖層運動所導致的礦壓現(xiàn)象,其觀測手段應包括除了人的經(jīng)驗視覺觀測外,主要利用先進的礦壓測試儀表進行觀測。儀器觀測能夠對礦壓現(xiàn)象進行定量的描述,從而更深刻直接地揭示和記錄礦壓現(xiàn)象的規(guī)律。礦壓儀器主要包括監(jiān)測位移、變形和監(jiān)測壓力兩大類。監(jiān)測過程是在采場推進狀態(tài)下獲得的礦壓顯現(xiàn)參數(shù),依據(jù)這些參數(shù),作為分析研究問題的基礎:隨采場推進超前巷道不同位置處的頂?shù)装逑鄬σ平亢鸵平俣?以及距工作面距離L與礦壓顯現(xiàn)參數(shù)之間的位置關系或函數(shù)關系;工作面頂板下沉量、下沉

5、速度與工作面距離L之間的關系;支架支柱荷載量與頂板周期來壓之間關系,以及與采空區(qū)頂板垮落之間的關系。運動范圍、條件和時間,加強工作面頂板控制。其中包括:了解工作面頂?shù)装鍫顩r(破碎、離層、局部冒落等);進行工作面來壓預測預報;了解采場礦壓控制對象的范圍,工作面支柱實際支撐能力,支柱支架對頂板的相互作用及合理支護強度(密度)的確定;實行頂板科學管理,掌握好支架在峰壓值來臨之前的及時推移前進,實現(xiàn)安全高效生產(chǎn);支架運行工況的可靠性,發(fā)現(xiàn)和了解支架密封性能、漏串液、傾斜、空頂?shù)入[患的存在;了解錨網(wǎng)索對采空區(qū)頂板垮落的影響情況。(2)預測采場巷道在開采動壓作用下頂?shù)装迨崭迦掌?007-09-18作者簡介

6、湯建泉(1970-),男,湖北武漢人,工程師。71總第80期煤礦開采2008年第1期2現(xiàn)場礦壓觀測研究工作的組織211測前準備(1)制定觀測計劃:在熟悉和了解工作面地(2)人員培訓:建立礦壓觀測組。觀測組一質資料和生產(chǎn)技術條件的基礎上,分析預計觀測工作中可能遇到的問題,制定具體的觀測計劃,做好監(jiān)測儀表的使用安裝與記錄的準備工作,包括觀測目的、內容和方法、觀測要求、測區(qū)布置、工具和操作、人員配備和組織領導等。儀器名稱頂板離層儀測力錨桿()多點位移計單體支柱壓力檢測儀(壓力盒)液壓支架測力儀礦用手持采集器頂?shù)装灞葔簝x頂板動態(tài)測量儀錨桿(索)應力測力計(快速)錨桿拉力計錨桿(索)全程測力自動記錄儀般

7、應由12名采煤技術人員負責,測工35人為宜。測工應經(jīng)過適當?shù)呐嘤柦逃?學習礦壓理論知識和礦壓觀測方法;明確礦壓觀測的目的、任務及觀測的要求;熟悉儀器的構造、性能、工作原理和安裝方法,能正確地操作使用、讀數(shù)和迅速排除故障。(3)儀表如表1。(4)2。表1,主要適用于采用錨桿支護的巷道頂板以及工作煤體內部應力變化,分析巖體、煤體內部應力作用的有效檢測手段。檢測頂板巖層分離時所發(fā)生位移量的專用儀器,主要適用于采用錨桿、錨索支護的巷道頂板以及需測量頂板位移的工作面。單體液壓支柱維修后的性能檢測,井下支柱、棚架等各種壓力檢測。YHY260型液壓支架測力儀用于檢測支架、單體支柱的工作阻力,實時檢測并顯示當

8、前壓力,是替代機械式液壓表的理想產(chǎn)品。井下紅外采集液壓支架測力儀的數(shù)據(jù),并帶至地面?zhèn)鹘o上位機進行處理。測量巷道、工作面底板抗拉強度。檢測巖層位移變化情況,測量巷道、工作面內受采動影響發(fā)生的頂?shù)装逡平?、移近速?進行采場來壓預報、檢測支撐壓力高峰位置等。監(jiān)測錨桿、錨索外端受力(拉張力)情況,對支護質量進行監(jiān)控。測定錨桿錨固力,體積小、重量輕、攜帶方便,操作簡單、安全。與測力錨桿(索)配套使用,連續(xù)記錄、存儲巖層不同應力變化,計算機數(shù)據(jù)分析,曲線、報表輸出、打印等。表2礦壓觀測常用分析軟件軟件名稱礦壓觀測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)頂板離層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)頂?shù)装逡平繑?shù)據(jù)處理系統(tǒng)綜采支架壓力檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用途處理

9、由紅外采集器采集到的YHY260型測力儀存儲一段時間內支架、支柱的工作阻力,紅外采集器直接通過232接口與計算機通訊。繪制頂板離層動態(tài)變化曲線,分析上覆巖層離層運動情況。繪制頂?shù)装逡平縿討B(tài)變化曲線,分析上覆巖層運動、來壓情況。支架工況監(jiān)測;壓力分布直方圖;支架受力分析、曲線報表輸出。212現(xiàn)場觀測一般情況下采面礦壓觀測有長期連續(xù)性觀測和專題研究性觀測。長期連續(xù)性觀測是從開切眼起,對工作面礦壓顯現(xiàn)進行連續(xù)觀測,期間要經(jīng)歷初次來壓和周期來壓。長期連續(xù)性觀測一般用于對采場上覆巖層運動和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的全面了解或頂板來壓對安全生產(chǎn)的威脅,而必須堅持來壓預測預報。專題礦壓觀測往往是為了查明影響工作面礦壓

10、顯現(xiàn)的因素或研究某個單項問題,往往需進行專題觀測。如采用新的采煤方法、新水平的首采工作面等,要搞清工作面推進速度對工作面礦壓顯現(xiàn)的影響;割煤、回柱移架對頂?shù)装逡平俣鹊挠绊?了解采場支架(柱)的實際工作狀況(如支架柱的工作阻力、初撐力以及支架柱的自身液壓系統(tǒng)情況),支架失穩(wěn)及頂板破碎,臺階下沉以及冒落的72原因或進行采場來壓“預測預報”等。213觀測成果的應用礦壓觀測的過程也就是成果應用的過程。在礦壓觀測過程中,要及時整理資料并進行分析研究,總結礦壓顯現(xiàn)的變化規(guī)律,及時向有關部門(如調度室、總工程師、工區(qū)等)提供“信息”,要建立礦壓檢測資料簡報編寫制度,使礦壓觀測成果及時轉化為生產(chǎn)力,為安全生

11、產(chǎn)提供支持與保障。3礦壓觀測方案綜采面一般需要進行以下幾方面的礦壓觀測:工作面礦壓顯現(xiàn)參數(shù)(支架(柱)阻力、來壓步距、強度);巷道超前支承壓力;巷道頂板離層觀測;巷道兩幫變形量與頂?shù)装逡平?巷道錨桿受力狀況監(jiān)測。下面以綜采面為例說明礦壓觀測的一湯建泉等:現(xiàn)場礦壓觀測方案設計2008年第1期般方案。某工作面煤層傾角為1323°,平均傾角18°,主采3煤,條帶狀,塊狀結構,參差狀斷口,性脆易碎,內生裂隙較發(fā)育。煤層厚度615813m,平均厚715m,屬穩(wěn)定的厚煤層。硬度系數(shù)f=115,屬于中硬煤層。煤層頂?shù)装迩闆r見表3。表3煤層頂?shù)装逄卣黜數(shù)装寤卷斨苯禹斨苯拥桌系讕r石名稱中

12、細砂巖粉砂巖、泥巖泥巖、粉砂巖中細砂巖厚度>11m110517m013113m5m液壓支柱測力儀,檢測單體支柱工作阻力。超前工作面35m,70m,105m處支柱安設3臺儀器,該3臺儀器安裝在中間兩路的單體支柱上。(3)巷道頂板離層觀測區(qū)()在工作面軌道巷超前工作面35m,70m,105m處設3個觀測站,分別在頂板安裝頂板離層指示儀,檢測頂板離層量。(4)()2個巷道表面位移105m處受超前采動,為工作面超前支。采用十字布點法觀測,安裝測力計和頂板動態(tài)儀。(5)巷道錨桿受力狀況監(jiān)測區(qū)()在工作面軌道巷超前工作面70m,105m處設巷道錨桿受力狀況監(jiān)測區(qū),在巷道頂板錨桿和兩幫錨桿上都安裝錨桿

13、測力計,實施檢測錨桿受力狀況及變化規(guī)律。312數(shù)據(jù)采集、處理和分析31211數(shù)據(jù)采集、處理(1)液壓支架工作阻力采用手持式紅外數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù),之后將數(shù)據(jù)傳送到計算機中,通過相應的軟件自動處理后,計算機自動輸出工作面支架工作阻力變化圖表。(2)工作面超前支承壓力采用紅外傳輸YHY260B型液壓支柱測力儀,檢測支柱支撐壓力,采用手持式紅外數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù),之后將數(shù)據(jù)傳送到計算機中,通過相應的軟件自動處理后,計算機自動輸出工作面支架工作阻力變化圖表。了解工作面超前支承壓力的變化規(guī)律。如果不使用YHY260B型液壓支柱測力儀,則需要手工將觀測數(shù)據(jù)記入表4中,然后再進行處理。(3)巷道頂板離層觀測

14、采用在頂板安裝頂板離層指示儀檢測頂板離層量及其變化,每日讀取一次數(shù)據(jù),從而分析頂板離層變化情況。如果使用頂板離層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),則需要將數(shù)據(jù)直接輸入計算機中,系統(tǒng)將自動處理數(shù)據(jù)并繪制頂板離層位移曲線圖。(4)巷道兩幫變形量與頂?shù)装逡平坑^測使用頂板動態(tài)儀進行觀測,使用頂?shù)装逡平繑?shù)據(jù)處理系統(tǒng),則需要將數(shù)據(jù)直接輸入計算機中,系統(tǒng)將自動處理數(shù)據(jù)并繪制移近量曲線圖。31212數(shù)據(jù)分析311測區(qū)布置根據(jù)實際需要置5類礦壓測區(qū),測區(qū)布置圖如圖1。圖1綜采面礦壓觀測測區(qū)布置(1)工作面支架工作阻力測區(qū)()分別在工作面兩端頭和中部設3個測區(qū),支架上安裝紅外傳輸壓力監(jiān)測記錄儀。為了提高綜采支架工作阻力監(jiān)測自動化

15、程度,采用山東科技大學中天電子有限公司生產(chǎn)的已有成熟的技術和產(chǎn)品YHY260型液壓支架測力儀及相應的計算機監(jiān)測系統(tǒng),硬件部分主要包括監(jiān)測主機、壓力分站、采集器、通訊適配器等組成。系統(tǒng)可對支架阻力進行連續(xù)監(jiān)測及數(shù)據(jù)存貯,通過紅外通訊適配器將數(shù)據(jù)傳送到計算機,實現(xiàn)對支架工作阻力的自動整理和分析,形成工作面壓力圖表。(2)工作面巷道超前支承壓力測區(qū)()對軌道巷超前支護支柱,采用紅外傳輸YHY260B型通過此工作面開采過程中進行常規(guī)的礦壓監(jiān)測,包括支架工作阻力、頂板冒落特征、巷道表面73總第80期煤礦開采2008年第1期位移觀測等,得到了工作面頂板運動規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)特點,對支架適應性進行評價。(1)需

16、控巖層范圍直接頂厚10125m,主要由粉砂巖和細砂巖組成;基本頂由1個巖梁構成,巖層厚12198m,由堅硬的中砂巖組成。(2)頂板運動規(guī)律在工作面煤巖賦存條件下,直接頂初垮步距為16m,基本頂初次來壓步距3012m,周期來壓步距平均為1912m;由工作面上部至下部來壓步距基本依次減小;工作面各部位來壓不同步,上部來壓較晚,下部較早,存在明顯的分段初次來壓現(xiàn)象;,面頂板屬中等穩(wěn)定頂板,顯;,采高加大后,基本頂處于更高的層位上。由于直接頂垮落后形成的厚松散墊層的作用,基本頂運動對工作面礦壓顯現(xiàn)影響程度減輕,這可從支架阻力分布規(guī)律上明顯的“感覺”出來。(3)支架阻力分布及運行特征通過對支架前后柱、整

17、架阻力頻率分布規(guī)律分析,支架與頂板適應性并不理想。后柱阻力偏低,經(jīng)常出現(xiàn)后柱不受力,這對頂板控制是十分不利的,其原因是多方面的:有頂煤的力學性質,支架架型、操作及管理等多方面的原因。研究發(fā)現(xiàn),前柱支架阻力總體上呈近似的正態(tài)分布,初撐力在2030MPa之間占5813%,大于額定初撐力的占214%,支架初撐力稍偏低。工作阻力在2035MPa之間的占7315%,35MPa以上只有215%。但后柱支撐力偏低,并且管理總結報告,報告形式可詳、可簡,對于日常進行的礦壓觀測工作,在全面分析觀測資料的基礎上,簡明扼要地列出存在的問題及幾條結論和改進建議就可以,也可以以季度為時間單位,以工作簡報為寫作形式提交總

18、結報告。礦壓觀測報告需要包括以下幾部分內容:觀測的內容、目的和方法;測區(qū)地質和生產(chǎn)技術條件;測區(qū)布置;觀測結果分析;結論和建議。,、結論、建議。,闡明自己的見解和學術觀點。所謂科學性,就是對所獲得的全部觀測數(shù)據(jù)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理,不得隨意取舍或按錯誤的方法整理分析。所謂針對性,就是要根據(jù)本次觀測的具體內容、目的和所使用的儀器,對取得的成果進行實事求是地總結,得出本工作面或巷道所特有的礦壓特征和頂板控制方法及改善途徑。5結束語礦壓觀測技術在煤炭生產(chǎn)中具有重要的作用。對采煤工作面和井巷進行礦壓觀測,根據(jù)巖層性質、頂板壓力、頂板下沉量和下沉速度、放頂步距、周期來壓等數(shù)據(jù),逐步摸清本礦區(qū)的礦壓規(guī)律,制定本礦區(qū)的頂板分類標準,為采區(qū)設計、巷道布置、設備選型、支護設計、頂板控制提供依據(jù)。利用現(xiàn)代電子技術和產(chǎn)品進行礦壓觀測,可以及時準確地收集到需要的數(shù)據(jù),同時應用計算機軟件進行相應的數(shù)據(jù)處理,能極大地提高工作效率和分析結果的準確性。因此,應該在大力推廣礦壓觀測的同時,也要推廣現(xiàn)代礦壓檢測技術,促進煤炭生產(chǎn)的安全高效。參考文獻1錢鳴高,石平五1礦山壓力與巖層控制M1徐州:中國礦不均勻,前后阻力相差較大。據(jù)實測資料統(tǒng)計分析,現(xiàn)行支架工作阻力