综采支架压力监测系统在(张开智)

1、综采支架压力监测系统在综采支架压力监测系统在煤矿顶板管理中的应用煤矿顶板管理中的应用张开智张开智 教授教授0532-60577481385388685Z 山东科技大学山东科技大学 资源与环境工程学院资源与环境工程学院 KBJ60-1型矿用数字综采支架压力监测系统 在线连续实时监测 井下采集数据监测 127V AC压力分机本安电源通讯分站电话线井上部分井下部分防护电缆ZYDC1综采支架计算机监测系统硬件组成123456ABCD654321DCBA采煤工作面1#分 机2# 分 机7# 分 机接支架下腔30m70m 本安电源接线盒通讯分站5m电话线路至井上660V/127V5m移动变电站ZYDC-1

2、综采支架压力计算机监测系统工作面部分轨道巷皮带巷附 图 1ZYDC1型矿用数字综采支架压力监测系统 优点： 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。 尤其是在线连续监测系统，可在地面终端微机上随时显示压力分布曲线，广大工程技术人员及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。ZYDC1型矿用数字综采支架压力监测系统 以现场实际观测数据为基础，详细阐述了该监测系统在煤矿中的应用情况。 包括 测站布置 数据采集与整理 分析内容与方法 观测结果的推广应用等 工作面测站布置观测点个数与工作面长度有关，一般来说可沿工作面长度

3、每隔1020m均匀布置，每个测区可在相邻两个支架上布置观测仪器，便于以后数据分析整理时相互印证与对比。 同时注意到工作面上下端头的影响，即上下端头附近可适当加大观测点数， 工作面支架阻力测区1测区布置测区布置特殊目的专门测区：顺槽测区布置 可沿支柱每间隔23个支柱设一阻力观测区 巷道变形测区 顶板离层位移测区超前支护运输顺槽轨道顺槽工 作 面 支 架 测 点上工 作 面顶 板 动 态 仪 测 点巷 道 断 面 收 缩 测点超 前 支 护 阻 力 测 点2数据采集数据采集 对于连续观测系统，可随时调取数据以便分析 对于需人工井下采集系统，可每两天采集一次，当工作面顶板处于来压阶段时，可适当加大数

4、据采集密度 用采集器采集上来的支架阻力数据可用office系统中的excel软件对数据进行再处理，将每架的初撑力、末阻力、循环内时间加权平均工作阻力整理成相关的表格形式，为以后的进一步分析进行数据准备，如图所示3观测数据分析观测数据分析 3.1来压步距分析来压步距分析 将整理好的每架循环末工作阻力绘制成阻力随时间（推进步距）关系曲线，如图3所示 010203040506070800102030405060708090100110120130140150160170距离/m整架末阻力/MPa126#支架110#支架95#支架 从中可以分析各支架阻力高峰位置，进一步判断各支架测得的顶板来压步距3.

5、1来压步距分析来压步距分析 不同支架、不同测区实测的顶板来压步距不尽一致，可采用平均的处理方法来最终确定顶板来压步距，也可以给出顶板来压步距的最大、最小范围。如表2所示。 不同测区顶板运动步距观测结果不同测区顶板运动步距观测结果分析时也可以结合对支架阻力峰值整理表来辅助进行 3.2直接顶、老顶厚度计算直接顶、老顶厚度计算3.2.1利用来压前夕支架承载值反推直接顶厚度来压前夕老顶处于相对稳定运动阶段，支架上的阻力可视为由直接顶、顶煤的重量引起，两者建立平衡关系，则有：zzzfmmppp煤煤直煤zzzfmpm煤煤3.2.2利用实测来压时支架阻力值反推老顶厚度当支架在“限定变形”条件下工作时，支架的

6、阻力将限制岩梁的运动。可由下式反推老顶厚度。 APPEKTEEEELKLmPEEKTEEKTEELLKAPLLKPm)(来压前后支架承载值来压前后支架承载值3顶板运动状态分析顶板运动状态分析 实测支架阻力在每一个支护循环内的变化曲线可以进一步分析顶板在来压时刻的运动状态，即分析顶板处于相对稳定时期、显著运动时期相对稳定时期、显著运动时期还是急剧回转下急剧回转下沉沉阶段。三个运动阶段实测的支架阻力运行曲线如图4所示。 顶板的压力较小，支架达到初撑后，支护循环内没有达到工作阻 力。即支架一直在初撑阶段工作，直到下次移架。在此过程中，顶板处于最稳定的状态，老顶岩梁尚未达到极限垮落步距，如图4a所示。

7、相对稳定时期相对稳定时期相对稳定时期相对稳定时期 支架初撑时间较长，初撑阶段压力曲线平缓上升，循环末阻力值低于支架的额定工作阻力值。此时，老顶处于显著运动状态(前夕)，有少量缓慢下沉，但未断裂回转。岩梁处于来压前夕的相对稳定的运动状态，如图4b所示。 显著运动时期显著运动时期显著运动时期显著运动时期急剧回转下沉急剧回转下沉 支架从初撑阶段极短时间内即达到额定工作阻力状态，并且在额定工作阻力值区域稳定震荡。此时，顶板不稳定，老顶岩梁处于急剧回转下沉运动阶段，即来压阶段，如图4c所示。急剧回转下沉急剧回转下沉3.4支架运行特征分析支架运行特征分析 将支架阻力整理成初撑力、末阻力频率分布表（表4所示

8、），并进一步整理绘制成频率分布图（图5所示），可以分析各支架阻力的整体运行状态。 整架初撑力频率分布表整架初撑力频率分布表初初撑撑力力频频率率分分布布3.5顺槽超前支承压力分布规律顺槽超前支承压力分布规律将顺槽支柱实测的支柱阻力值整理成沿推进的变化关系曲线，可以分析超前支承压力变化规律，如图6所示。同时可以选取老顶初次来压前，初次来压时，周期来压前，周期来压时的四组典型数据，绘制超前20m 范围内巷道的压力显现状况图，进一步分析顶板处于不同运动阶段的超前支承压力变化情况，如图7所示。05101520253035405月19日/夜早中20日/夜早中21日/夜早中22日/夜早中23日/夜早中24日

9、/夜早中25日/夜早中26日/夜早中27日/夜早中28日/夜早中29日/夜早中30日/夜早中31日/夜早中单体支柱压力/MPa46.0849.953.959.963.365.968.1距离/m5m10m15m20m单体支柱压力数据曲线单体支柱压力数据曲线 顺槽超前支承压力分布规律顺槽超前支承压力分布规律05101520253035404505101520距煤壁距离/m单体支柱压力/MPa初次来压前初次来压时周期来压前周期来压时顺槽超前支承压力分布规律顺槽超前支承压力分布规律不同来压阶段超前不同来压阶段超前20m压力显现压力显现4控制设计控制设计4.1按实测阻力值统计分析确定合理支架工作阻力按实

10、测阻力值统计分析确定合理支架工作阻力 支架合理工作阻力的确定有多种方法，参考液压支架工作阻力（赵宏珠执笔），利用实测各支架支护阻力值，采用时间加权平均工作阻力和循环末工作阻力统计值确定23上05工作面支架的合理工作阻力： tPttSPP2mPmmSPP 由于上述结论是基于实测结果统计得出的，具有平均的性质，因此还需要考虑支架在顶板的各次来压期间阻力有增大的现象。 根据前面分析，老顶来压显现不明显，取动载系数为1.1。 按实测阻力值统计分析确定合理支架工作阻力按实测阻力值统计分析确定合理支架工作阻力4.2支柱缸径确定支柱缸径确定 由上节分析知，支架合理工作阻力为15001700 KN架，则： 每

11、根支柱所受的压力为P/4=375425 KN/柱 最后根据泵站压力（32Mpa）反推支架的柱径d按平时计算：按来压时计算：mmpPD12214. 31032103752263mmpPD13014. 310321042522634.3液压支架选型液压支架选型(一)液压支架选型的内容和要求液压支架架型选择是指针对具体顶板类型和顶板岩层组成情况选择不同的支架类型。不仅包括支架的架型及额定工作阻力，支护强度等参数，而且涉及顶梁、护帮、底座、侧推及阀组等主要部件的选型及其参数的决定。(二)影响液压支架选型的因素和顺序根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层结构及弱面发育程度确定直接顶类型；根据老顶岩石力学特性及

12、矿压显现特征确定老顶级别；根据底板岩性及底板抗压入强度及刚度测定结果确定底板类型；根据矿压实测数据计算额定工作阻力或根据采高控顶宽度及周期来压步距，估算必需的支护强度和每米阻力；根据顶底板类型、级别及采高，初选必需的额定支护强度，初选支架型式；考虑工作面风量，行人断面，煤层倾角，修正架型及参数；考虑采高、煤壁片帮（煤层硬度和节理）的倾向性及顶板端面冒落度，确定顶梁及护帮结构；考虑煤层倾角及工作面推进方向，确定侧护结构几参数；根据底板抗压入强度，确定支架底座结构参数及对架型参数的要求；利用支架参数优化程序（考虑结构受力最小），使支架结构优化。巷道及运输等有时对选架型也有较大影响。(三)液压支架选

13、型目前液压支架的选型方法有两种：系统分析比较法及综合评分法。前者为定性分析与评价，后者为定量分析与评价，本节以后者方法说明对支架型式的选择与分析。 1支架选型要素及评价 已知开采地质、技术条件进行支架选型时，必须考虑各种支架对围岩的适应性及力学特性。表4.2中列出的要素是支架选型时必须考虑的，它可以反映支架对围岩的适应能力、支架的力学特性和工作特性，根据上述要素和评价可初步进行支架选型。 进一步选型和结构选择，可按下列专家评分法进行。 (三)液压支架选型(三)液压支架选型1支架选型要素及评价该评分法的基本原则是：某种支架形式或结构，如果对地质、技术条件（直接顶、老顶、底板类别、采高、倾角、煤壁

14、片帮、瓦斯含量等）的适应性最好或较好，可分别给予5分、4分；如果勉强还可以用，给3分；如果适应性差或很差，分别给予2分、1分；支架的某种结构与一定地质地质技术条件无关时不参与评分，即不给予评分。例如顶梁结构与底板类别可视为无关； 除表4.2中列出的几种地质技术条件外，还应考虑到上、下部采动条件，两侧开采条件；地质构造发育情况；深部开采等因素，在影响明显时，可适当降低顶板类级来处理。当顶底板含水，使开采中底板积水时，可适当降低抗底板压入强度来处理。(三)液压支架选型1支架选型要素及评价注：掩护支架：.插底支掩式，.不插底支掩式，.支顶式；支撑掩护支架：（1）支顶式，（2）支顶式掩式，a整体顶梁；

15、b铰接顶梁；c可伸缩或折叠式顶梁（整体或铰接顶梁）；d弹性分底座；e刚性整体底座；f顶梁侧推千斤顶；g顶梁底座侧千斤顶(三)液压支架选型2确定重要性系数 不同的架型结构与地质技术条件之间并非同等重要例如，对于架型来说，首要的是直接顶、老顶、底板其他因素仅具一般性。对于顶梁结构来说，首要的是直接顶的稳定性，其次是煤层硬度和采高等等。初选的重要性系数见表4.3。重要性系数重要性系数W 技术地质条件架型顶梁结构底座结构侧推结构直接顶类别1.31.51.11.1老顶级别1.51.11.01.0底板类别1.31.01.51.0采高1.01.21.11.3矿井瓦斯1.01.01.01.0煤层硬度1.01.

16、31.01.2煤层倾角1.01.01.01.5(三)液压支架选型2确定重要性系数3.架型和结构选择要遵循的程序：按 计算给定地质、技术条件下的各种架型和结构的Qi值；对所有Qi值进行比较，最大者，即当Qi=Qmax时，则该结构和架型在给定条件下为最优。支架形式和结构选定后需进一步完成以下工作：支架初撑力和工作阻力的确定；支架结构参数化，以结构件内力最小为目标函数，进行结构参数优化选择。 iiiRWQ(三)液压支架选型某矿评分法支架选型计算结果某矿评分法支架选型计算结果(三)液压支架选型4.4支架适应性分析支架适应性分析4.4.1 对矿压显现的适应性 由ZFQ2000-16/24型轻放液压支架在工作面应用后实测得到的工作面矿压显现得知，工作面矿压显现并不是十分剧烈，显现都在工作面允许的范围内，对工作面的安全生产并无严重影响，因此可视为显现在可控制的范围内。4.4支架适应性分析支架适应性分析4.4.2对生产工艺的适应性工作面使用的ZFQ2