矿大矿压现场矿压观测技术-矿压课补充内容

矿压显现规律的现场实测方法刘长友2023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、平安、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，到达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，以便保证平安生产，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、不平安隐患情况等与平安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、危险区域确实定、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；编制矿山压力监测方案；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。矿压监测方案包括以下内容：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：

矿压观测内容常规观测工作面综采面支架阻力立柱缩量端面冒顶煤壁片帮支架位态单体面支柱阻力活柱缩量顶板下沉量及速度超前巷道顶板下沉量巷道顶底板相对移近量及速度两帮相对移近量及速度顶板离层及深部多点位移锚杆受力专项观测工作面回采工序影响坚硬顶板老顶来压预报底板比压测定支架外载顶煤位移采动支承压力覆岩变形断裂巷道围岩松动圈支架外载及分布支架损坏统计(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，掌握根本的矿山压力监测方法，具有较强的责任心，老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，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效劳的数据；(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，及时为生产效劳。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。在平时资料整理的根底上，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比照，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2～4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-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板动态报警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2～5条测线，是重点观测区。上、下测站可设1～2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。基点的安设方法是：先用电钻在顶底板打眼，眼深200—300mm(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150～200mm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，比方采高较大时，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1～2小时测读一次，测量结果一并记入表4—1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/m•m；——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5—2)，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(P—T)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KP－200坡度规测量夹角。

仪器选择及测区布置圆图压力记录仪(圆图仪）

综采记录仪

2．测区布置(二)日常数据整理与分析圆图自记仪记录的P-t曲线(图5—2)包含了很丰富的内容。但直接看记录曲线很不直观，必须加以整理和计算才能成为研究分析支架阻力变化规律的有用资料。一般需根据记录曲线及时整理以下内容：〔1〕按监测循环计算支架的初撑力(Po)、末阻力〔Pm)、时间加权平均阻力(Pt)和相应的支护强度。初撑力(Po)：系指移架后的支架初始阻力。它的大小取决于泵站的工作压力，并受管路损失和操作等因素的影响。支架初撑力可由下式计算：式中Q0i—实测初撑时各立柱油缸内压力，MPa；D—立柱直径，cm;Z—每架支架的立柱数。循环末阻力(Pm)：系指循环末支架移架前的工作阻力。在正常情况下，循环末阻力为循环内的最大工作阻力。它是反映矿压显现强弱，评价支架额定工作阻力是否富裕的重要指标。支架立柱循环末总阻力由下式计算：

式中

Qmi——实测循环末油缸内工作压力。由于支架阻力是随时间不断变化的，所以，仅以循环末阻力还缺乏以反映支架的全面受力情况。例如，两个不同循环支架立柱的末阻力可能相近或相等，但在循环内支架立柱的受力差异却可能很大。如图5—7所示，两个循环支架的受力不能认为是等同的。而用时间加权平均工作阻力(Pt)那么可以反映出这一差异。时间加权平均阻力(pt)：系指一个采煤循环内以时间为加权计算的平均工作阻力，即pt＝∑pti/t。可以根据阻力与时间的关系曲线求算pt。一般应尽量在曲线的拐点处取分点。分割点越多，计算值越精确。但一般为简化计算，取5个左右分点即可。曲线变化不大时，分点也可再少些。支护强度(q)：系指支架对顶板的支护阻力与支护