第六章采煤工作面矿山压力观测

1、第六章 采煤工作面矿山压力观测第一节 概 述采煤工作面矿山压力观测 内容： 围岩的移动和应力 、顶底板变形与破坏 、支柱压缩与载荷 、煤壁片帮 、支架变形与折损 。目的和意义： 掌握采煤工作面矿压显现规律，并以此指导 生产。 矿压观测的进程安排 1测前准备 (1)制定观测计划。 （2）人员培训。 (3)仪器设备的检修与调试。 (4)印制各种观测记录表和日常观测数据整理表及图纸。 2现场观测和日常资料整理 综合观测和专项观测 3总结工作 找出各矿压参数之间、矿压参数与地质及生产技术因素之间的关系，阐述所观测工作面的矿压显现规律，并以此提出改善顶板控制或改进支架的措施，汇总写成矿压观测报告。 第二

2、节 顶底板移近量和活柱下缩量观测 一、观测区及观测线的布置 “三量”观测 ： 顶底板移近量活柱下缩量支柱载荷量 测区 上、中、下 测线 35条观测线上、下两测区距区段平巷护巷煤柱的距离应大于15m 二、基点的设置与仪器的安装顶底板移近量和移近速度仪器 ：DDJ25型测杆、KY82顶板动态仪、C型自记仪 基点的安设： 打眼 楔入木桩（钉入铁钉） 三、观测方法与记录 1顶底板移近量的观测与记录 仪器安设好后，首先读取初读数，以后要按时观测。一般每隔1h一2h观测一次。综采工作面在移架前、后必须各观测一次。从测杆或顶板动态仪安设时起，观测到测点靠近采空区报废为止，每次观测的读数都要记录在表61中 。

3、 2顶底板移近速度的观测与记录 无工序影响时，观测时间间隔为3min10min 。 观测顶底板移近量与工序的关系时，一般由23人共同完成。从这些工序距测点较远处(即影响不明显的地方)开始，观测到影响消失时为止 。读数的时间间隔一般可取3min一1min，直至30s 3活柱下缩量的观测 标点法 用钢直尺或钢卷尺量取初读数。 循环内的下缩量： 应在每次移架伸柱后测读初读数，临近移架降柱前测读末读数。 第三节 支架载荷的观测 一、观测仪器的设置 (1)设在支柱的上端或底座下金属支柱、木支柱 仪器：压力盒(2)直接安设在液压支柱(外注式)的三通阀处 或液压支架立柱的高压腔管路上 液压单体、液压支架 仪

4、器：DZC型液压支柱测力计 、YTL-610型圆图压力自记仪 ZYDC1综采支架压力计算机监测系统系统结构 井下部分包括：工作面压力分机、通讯分机、本安电源、通讯电缆等。工作面内可连接l46个压力分机，分机之间有专用电串联至通讯分机，通讯分机的输出数据信号通过电话通讯线路发送至井上。 井上部分包括：接收机、计算机、打印机等。接收机内置数据收发单元完成数据存储和与Pc计算机的数据通讯，接收机输出信号与PC计算机的RS232接口连接。 ZYDC2综采支架压力监测系统系统结构1.压力分机2.数据采集器3.适配器4.计算机5.软件三、观测数据的日常整理与分析(一)综采支架立柱载荷的整理 圆图压力自记仪

5、或压力下缩自记仪记录的p一t曲线 （1）按观测循环计算支架p0、pm、pt和q 初撑力p0支架移架后 的 初始工作阻力 循环末阻力pm循环末移架前的工作阻力 时间加权平均阻力pt一个采煤循环内以时间为加权计算的平均工作阻力 支护强度q支架对顶板的支护阻力与其支护面积(F)的比值。 qpF (2)统计阻力与时间关系曲线的类型 注意：工作特性曲线（p-s关系曲线）和运转曲线（pt关系曲线）的区别 （3）根据阻力一时间(pt)曲线，整理立柱安全阀开启数 安全阀的开启情况可用两个计算指标来衡量。 安全阀开启时间比率平均值t： 安全阀循环开启率平均值k (4)根据表610中的整理结果，将测区各条观测线诸

6、项再进行平均，利用这些数据绘制观测总图。 第四节 采煤工作面顶板状况统计观测 能直接客观地反映采煤工作面顶板控制效果 ，为采煤工作面矿压观测中必不可少的内容。 (一)顶板破碎度和冒落灵敏度 顶板破碎度是指：控顶区内，冒高超过10cm以上的顶板局部冒落面积占所观测区顶板面积的百分数，该指标反映了顶板的冒落程度。 1端面顶板破碎度Fl 2顶梁上方顶板破碎度F2 3顶板总破碎度F 端面顶板破碎度Fl 端面无支护空顶区范围的顶板破碎程度 冒落灵敏度E 端面无支护区顶板宽度Sl为1m时的端面顶板破碎度 (二)煤壁片帮深度 片帮深度C都是指煤帮塌落的最大深度。影响因素：煤壁支承压力、煤体结构及硬度、支架工

7、作阻力 。(三)顶板冒落高度(四)顶板台阶下沉 (五)顶板裂隙 (六)采空区悬顶 形式：自由悬顶、 拱形悬顶 二、观测方法1测线的布置及测量工具 将工作面全长按支架数量等分20一30段 ，每段设固定观测剖面。 工具：钢卷尺或木直尺 、钳形尺。 2现场观测与记录每天检修班观测，连续一个月或推进100米以上。第五节 采煤工作面采空区上覆岩层 移动和破环过程的观测观测方法有 ：钻孔电视法、深部基点法、掘观测巷法、地面钻孔冲洗液法及电测法等 。 一、钻孔电视观测法 钻孔电视观测法是：在计划开采的工作面上方，从地面预先打好几个至煤层的钻孔，在工作面开采过程中，将专用摄像机放人钻孔内，通过地面监视器的荧光

8、屏直接观测钻孔处上覆岩层的裂隙发展和冒落情况。 1观测钻孔的布置 自切眼100m起，钻孔24 个，间隔100m，95135mm。2观测仪器和设备 ZS2型钻孔电视 3观测方法 在工作面远离观测孔之前，要进行一次初观测。以后，从工作面距观测孔50 m处开始，每天观测一次，直到岩层运动基本稳定为止。 观测记录：文字描述、图像素描、电视屏幕照片、电视录像等方式。确定采空区上方不规则垮落带、规则垮落带和弯曲下沉带的形成过程和各带 的高度等。 大同云岗矿8305工作面用钻孔电视实测 整理资料 第六节 采煤工作面顶板运动的预测预报一、顶板运动预测预报的原理 顶板岩层的运动、矿山压力的分布和矿山压力显现三者

9、之间存在着因果关系。 通过观测矿山压力显现的变化，推断出上覆岩层的运动及矿山压力分布的变化。 二、顶板运动预测预报的准备工作 (一)测区布置1巷道测区在超前工作面巷道中置45台顶板动态仪，间距4m一5m，并按顺序依次编号。 2工作面测区 在工作面控顶区范围内，靠煤壁侧和靠采空区侧各设一台动态仪，顺序编号为I、。 (二)资料的收集与整理 1巷道测区 （1）井下每隔2h记录1次读数，来压前读数的时间间隔要缩短。 （2）逐班整理出巷道顶板动态仪(即各测点处)下沉速度。 (3) 逐步整理出煤壁前方固定点的下沉速度。 (4)绘制巷道顶底板移近速度图。 三、顶板运动的预测预报(一)顶板岩层运动形式的预报

10、上覆岩层运动形式有剪切运动和弯曲沉降。 1剪切运动形式老顶端部断裂线在煤壁处，或在煤壁附近。2弯曲沉降运动形式 （1）老顶端部断裂线距煤壁较远。 (2)由于老顶端部断裂线距煤壁较远，断裂后的老顶岩层可以以煤壁为支点，作回转运动。 3老顶运动形式预报实例 例65北京矿务局门头沟矿五槽煤，老顶岩层单向抗压强度为180MPa190 MPa，采后大面积悬露不垮落，原来采用刀柱法采煤，刀柱间距45m煤柱宽4m一5m为了推广机械化采煤，决定取消刀柱使用自然垮落法管理顶板。按矿压观测资料预测，老顶初次垮落步距为57m ；若老顶呈弯曲沉降运动形式，则支柱密度为2根m2；若为剪切运动形式，支柱密度为3根m2。在

11、方案实施中，采用图632所示的观测系统， 来压前7天，根据超前巷道中的矿压显现，预报出老顶为弯曲沉降运动形式。图638为巷道测区顶底板移近速度变化图。(二)老顶运动过程监测工作面来压的预测预报典型的矿压显现图 老顶运动的四个阶段1老顶相对稳定运动老顶悬露长度达到极限跨度前，煤壁前方各测点顶底板相对移近速度变化平缓。其显著特征为：与煤壁距离越近的测点，其移近速度越大，如图639(a)中0A段 2老顶端部断裂老顶悬露长度达到极限跨度时，将在悬露的端部断裂。老顶断裂时，支承压力在断裂线两侧集中，利用巷道测区各测点的矿压显现过程，可以推断老顶断裂的位置和时间。 （1）依次增高型；（2）两点同时出现峰值

12、型；（3）下降或反弹型。 在观测时段95分钟内，距煤壁4.1m，9.1m两测点压缩量为9.08mm和5.44mm，距离煤壁11.9m，21.1m，26.1m的测点出现反弹，反弹量分别为10.08mm，2.28mm，1.46mm。这些都表明，这次岩梁的断裂，不但反弹量大，且反弹范围广。表43 顾北矿1242（1）工作面运输机巷动态仪数据1242(1)工作面运输机巷动态仪测定数据（反弹部分）时间动态仪编号距煤壁/m下沉量/mm速度/mm/h2008/12/7110.40.060.0614:4415：40215.4-0.02-0.02T56min320.4-0.08-0.08425.4002008/

13、12/10162.732.7316：0217：02211-2.6-2.6t60min316-0.9-0.9421-0.8-0.82008/12/1317.72.042.0715:5916：58212.7-1.76-1.79T59min317.71.361.38422.70.760.773老顶显著沉降老顶端部断裂后，伴随采煤工作面的继续推进，已断裂开的老顶将发生明显沉降。以断裂线为界形成内外两个应力场，断裂线至煤壁处形成内应力场；断裂线以远至终采线侧为外应力场。支承压力在外应力场中进一步扩展，在内应力场中将向煤壁“收缩”。支承压力在内应力场中的收缩表现为巷道测区各测点由远及近出现移近速度高峰。 4采煤工作面来压 老顶显著沉降过程中，当应力收缩到煤壁附近，即1测点重新出现移近速度高峰时，工作面处于来压前夕。 (1)老顶显著沉降开始 EF段 ：来压开始；(2)老顶与直接顶的接触(作用)位置逐渐向采空区方向发展 FG段 :全面来压(3)当老顶触矸来压