采煤工作面第三章.doc

采煤工作面 矿山压力观测 第三章 n 采煤工作面矿山压力观测 n 就是利用各种观测仪器或工具，对工作面及四周围岩的应力、顶底板变形与破坏、支柱压缩与载荷、煤壁片帮、支架变形与折损等宏观矿压显现量进行测量与记录， n 通过整理分析，从而掌握采煤工作面矿压显现规律，并以此指导生产。 观测内容 n 围岩应力 n 工作面状况统计 n 支柱与支架的载荷与压缩 n 采空区上覆岩层移动和破坏过程的观测 n 地板比压的测定 原因 n 为了更好的生产 n 法规规定（1987年8月煤炭工业部颁发的煤矿生产技术管理工作的若干规定） 二 矿压观测工作的步骤 n 1 测前准备工作 n 1）编写工作面矿压观测计划地质条件、目的、内容、方法、安排等） n 2 人员培训 n 3 设备检修与调试 （工欲善其事，必先利其器） n 4 印制各种观测记录表和日常观测数据整理表及图纸 2 现场观测和数据记录 n 1）现场观测类型 连续观测和专项观测 n 综合观测是从开切眼起，分班连续观测采煤工作面矿压显现参数。直至第三次周期来压为止。 n 专题观测带有专题研究性质，适合于和科研院所结合开展，专题矿压观测往往是为了查明影响工作面矿压显现的因素或研究某个单项问题，往往需进行专题观测。 n 2）数据记录 要求 （1）明确数据的用途和意义 （2）观测仔细，字迹清晰，观测数据要“宁缺勿滥” （3）必要时进行实地素描 （4）要及时处理观测中遇到的问题 （5）连续观测时，要严格执行交接班制度 n 3 观测总结 n 1）阶段总结 n 2）最终总结 n 现场观测完成一个阶段要及时进行整理、分析和总结。 n 找出各矿压参数之间及矿压参数与地质及生产技术因素之间的关系， n 阐述所观测工作面的矿压显现规律， n 并以此提出改善顶板控制或改进支架的措施， n 汇总写成矿压观测报告。 第二节 顶底板移近量和活柱下缩量观测 n 采煤工作面矿压观测有顶底板移近量观测；活柱下缩量观测；支柱载荷量观测；顶板状况统计观测，上覆岩层移动状况观测；围岩支承压力分布观测等。 n 前三个观测项目一般称为“三量”观测，是采煤工作面矿压观测的核心。 第二节 顶底板移近量和活柱下缩量观测 n 一 观测区及观测线的布置 n 满足需要，减少测区 一、观测区及观测线的布置 p 1、统一安排，测区、测线最少，根据观测项目、 目的而定； p 2、顶底板状况和采高变化较大的采煤工作面，可设上、中、下三个测区。中部测区为重点测区，设3～5条观测线，观测项目要全。 p 3、上、下两测区距区段煤柱距离应大于15m，可设置1～2条观测线，观测项目酌情而定。 p 4、采煤工作面顶底板状况和采高没有显著变化，也可只设中部测区，增加观测线数目即可。 n 某工作面测区布置如下沿工作面布置三个测区，即下部Ⅰ测区（3、20、40架），中部Ⅱ测区（60、80、100、120、140架），上部Ⅲ测区（160、180、199架）。采用数码连续记录压力计 n 为掌握大采高条件下工作面和巷道矿压显现活动规律，在邢台某矿的2610工作面进行了工作面支护质量与巷道变形测试 二 基点的设置与仪器的安装 n 仪器DDJ－2.5型测杆、KY－82顶板动态仪、C－Ⅱ型自记仪。 l 注意 n 1）根据采高，将仪器安装在顶底板基点之间 n 2）当采高大于2m时，应将仪器固定在两根支柱之间，以防碰坏。 n 3）拆卸仪器时，应缓慢松开活杆，以防弹力计将指针、齿轮损坏。 n 4）对仪器要进行保养，增加其寿命。 三 观测方法与记录 n 1 顶底板移近量的观测与记录 n 安装好后，首先读取初读书，以后按时观测。一般1－2h观测一次。综采面在移架前后各观测一次。直到测点靠近采空区报废为止。观测数据填入下表 2、顶底板移近速度的观测与记录 1）用KY-82顶板动态仪器或带测速指示器，要用秒表或手表计时；无工序影响时，观测时间间隔为3～10 min。 2）观测顶底板移近量与工序的关系时，一般由2～3人共同完成。观测范围30米，读数间隔3分钟-30秒。 3 活柱下缩量的观测 n 一般与顶底板移近量的观测同时进行 四 观测数据的整理与分析 n 1 单体支柱工作面观测数据的整理与分析 n 1）顶底板累计移近量St n 测线顶底板移近量平均值Sm n 测区顶底板移近量平均值Sl n 2）顶底板移近速度v n 3）顶底板循环移近量 n 4）单位顶底板移近量 n 5）绘制曲线 n 6）活柱下缩量的整理与分析 绘制曲线图 n 根据计算结果可判断造成顶板下沉的主要因素，以此制定减少顶板下沉的措施。 n 如底板松软、支柱阻力偏低等问题 第三节 支架载荷观测 一 观测仪器的设置 n 1 单体支柱观测仪器的设置 u 根据工作面单体支柱类型及观测仪器不同，设置方法如下 u 1 设在支柱的上端或底座下 u 2）直接安设在液压支柱的三通阀处或液压支架立柱的高压腔管路上。 n 2 观测方法与数据记录 n 先读零读数，使用自动记录仪。 n 三 观测数据的日常整理与分析 n （一）综采支架立柱载荷的整理 n （1）按观测循环计算支架的初撑力p0、循环末阻力pm、时间加权平均阻力pt和相应的支护强度q，计算结果填入下表6-10 n 初撑力p0支架移架后初始工作阻力 n 循环末阻力pm循环末移架前的工作阻力 n 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。 n 支护强度q支架对顶板的支护阻力与其支护面积 n （2）统计支架的工作特性曲线 n （3）根据阻力－时间（p－t）曲线，整理安全阀开启数据，结果填入下表 n （二）液压支架支护阻力观测资料分析实例 n 邢台煤矿7205生产条件见p79 n 由上表图可对该采煤工作面所用的两柱掩护式支架支护阻力及其强度进行评价，具体内容如下 n 1实测初撑力平均值为l668kN／架．其中大于1600kN／架的占59.1％，初撑力平均值与额定初撑力的比值为67.3％；最大初撑力为1977kN／架实测，比额定值2480kN／架低503kN／架。显然，由实测数据看出，支架初撑力偏低。 n （2）实测最大工作阻力平均值为2155kN/架，其中大于2400kN/架的占29.6。最大工作阻力实测值（平均值）与额定工作阻力比值为66.1。这说明两柱掩护式支架在此工作面应用是完全可以支撑顶板的，因为额定工作阻力比顶板来压时最大工作阻力3718kN/架仍剩余4.4。 n （3）时间加权平均阻力平均值为1912kN/架， 其中大于2000kN/架的占34.9,相当于额定 工作阻力的58.7。其中最大值为2452.2kN/ 架，相当于额定工作阻力的75.2。由此看 来，此类支架在该采煤工作面应用是有较大 富裕的。 n （4）支护强度实测值q0326kN/m2;qm423kN/m3; qt379kN/架。这几项指标与设计值有一定 差距。总体上看，支护强度偏低。但q0/qm 已达86，比额定值高11.6，这对顶板控制 是有好处的。 n 4．对支架运转特性的评价 n 所用两柱掩护式支架在一个采煤循环内，p－t曲线有初撑/一次增阻/二次增阻和多次增阻几种类型。其中，一次增阻占64.7，在各种类型中比率最高，这表明此类支架在该采煤工作面应用运转特性是良好的。 n 例极复杂条件下综采工作面矿压观测研究 n 1 概 况 n 葛泉矿是于1989年投产,生产能力为60万ｔ/ａ的矿井。井田开拓方式为单水平上、下山开拓,主采山西组2煤。因断层、岩溶陷落柱的影响,矿井生产重心现已转移至北翼四采区。 n 2.1 观测内容 n 观测内容主要有两部分①支架立柱载荷及变化。②巷道顶底板移近量。 n 2.2 观测方法 n 1在工作面设置上、中、下测区,每个测区设2条测线,共安设6台ＺＹＪ-60型圆图压力自记仪,对支架立柱工况支撑力进行了连续观测与记录。 n 2在两巷每隔50ｍ设一测站共设6个测站,对巷道顶底板移近量进行观测。 n 3结 论 n 通过矿压显现实测与分析,得出以下结论 n 1在大倾角、风化复合顶、近冲积层、跨向斜轴等极复杂条件下,工作面顶板强度极低,老顶垮落后形成两简两支简支梁结构,不易形成稳定的平衡拱结构。工作面矿压显现来压步距小,强度偏低,顶板周期来压回采工作面的影响时间短,支架工作阻力略大于2煤其他综采工作面平均支架工作阻力。 n 2由于工作面煤层倾角大,顶板冒落的矸石沿倾斜方向滑移后,采空区充填不均,顶板风化程度较低,强度较上部大,从而表现出工作面上下段顶板来压步距下段大于上段。 n 3工作面超前支承压力影响范围为10～15ｍ,小于2煤其他工作面。 n 4地质构造对工作面矿压显现有很大影响,向斜轴附近支架支护阻力明显大于其他地段。 n 5所选ＺＹ3000/14/32型掩护式液压支架支护状态良好,可满足类似条件下综采工作面控顶要求。 n 6在选择高支护阻力支架配以合理的回采工艺,极复杂条件下综合机械化采煤是完全可行的。 n 起源及发展 20世纪60年代西德提出并发展，波兰、印度和苏联也有所应用。我国20世纪70年代开展这项工作。 n 观测目的分析一个工作面本身的矿压问题。区别周期来压，反映上覆煤层残留煤柱的影响，分析不同支架管理顶板的效果以及其它各种问题。 第四节 采煤工作面顶板状况统计观测 一 顶板状况统计观测的内容和衡量指标 n （一）顶板破碎度和冒落灵敏度 n 顶板破碎度控顶区内，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。 n 一 顶板状况统计观测的内容和衡量指标 n 1 端面顶板破碎度F1端面无支护空顶区范围的顶板破碎程度， n 2 顶梁上方顶板破碎度F2 n 3 顶板总破碎度F指整个控顶区内的顶板破碎程度， （二）煤壁片帮深度 n 深度C端面顶板破碎度和冒落灵敏度统计分析中的一个参数。指煤帮塌落的最大深度。 （三）顶板冒落高度 （四）顶板台阶下沉 n 顶板台阶下沉的个数m和台阶落差t （五）顶板裂隙 n 平行层理k1；垂直层里k2；斜交层理向煤壁倾斜k4和向采空区倾斜k3 （六）采空区悬顶 n 自由悬顶；拱形悬顶； 二 观测方法 n 1 测线布置及测量工具 n 将工作面按支架数量等分20-30段，每段设固定观测剖面。 n 工具钢卷尺或木直尺 n 2 现场观测与记录 n 每日检修班进行一次观测，持续时间不小于1个月或推进100m，分1-3个阶段进行观测。 三 观测数据的日常整理与分析 l 1 顶板破碎程度 l 2 煤壁片帮深度 l 3 顶板冒高 l 4 顶板台阶下沉和顶板裂隙 l 5 采空区悬顶 第五节 采煤工作面采空区上覆岩层移动和破坏过程的观测 一 钻孔电视观测法 n 1 观测钻孔的布置 沿工作面走向从距开切眼100m左右每隔l00m自地表垂直向下打钻孔，直至开采煤层的底板。根据观测的要求，一般打24个钻孔。钻孔直径ф95135mm。 钻孔应保证较高的铅垂度，并使孔壁光滑。钻完孔后应用清水将钻孔冲洗一遍，排除岩粉。为防止冲积层和基岩风化带孔壁塌落、要用套管分段保护孔壁。 注意 n 钻孔时，要仔细地判别岩层岩性和鉴定分层。安装观测基点前要提供详细的地质柱状图。 n 钻孔时不要使用钢粒钻进法以保证钻孔孔壁完整规则；钻孔要穿过将要开采的煤层，孔底位于底板内0.5－1.0m。 n 对于冲积层和风化带要用套管保护孔壁。 第六节 采煤工作面顶板运动的预测预报 一、顶板运动预测预报原理 观测矿山压力显现，推断上覆岩层运动及矿山压力分布变化。 二、顶板运动的预测预报准备工作 n （一）测区布置 n 工作面顶板运动预报要收集超前巷顶底板移近速度至煤壁不同距离；顶底板移近量随推进距离、时间的变化。 n 1、巷道测区 n 4-5台动态仪→4-5米间距→控制距离20-25米，距煤壁2米回撤前移。无分段来压选一条巷道安设，有两巷安设。 n 2、工作面测区 n 设2台动态仪，1前1后。有分段来压设2-3个测区。 第七节 底板比压的测定 n 单位底板面积上所能承受的最大压力称为底板比压。底板比压的75％称为底板的容许比压 n 一、底板比压测定仪器及其选择 n 目前在我国底板比压测定仪主要有静压式比压仪和冲击式比压仪两种类型。概括如下 1静压式比压仪是进行底板比压测定的必备仪器。 2静压式比压仪又可分为内注油方式简称内注式和外注油方式简称外注式两种。必需有一台手动高压乳化液泵与它配用。 3冲击式比压仪是一种携带轻便，使用方法简单的仪器。用它观测，是作为在大量的统计观测中替代较繁重的静玉式比压仪测定。 n 二、静压式比压仪的架设与测定要求 n 1、地面准备 n 2、井下测定前选点 n 3、仪器的架设 n 4、测定工作 n 注内注式顶盖面积为底座的2.7-20.6倍 n 外注式顶盖面积为底座的3.3-25倍 n 三、冲击式比压仪的架设与测定要求 n 1下井前，在地面检查仪器组件 n 2井下测定时的顺序。 n 1清扫测点的浮煤、浮矸、平整出一个柱窝 n 2一人手扶仪器，并保持仪器垂直干底板； n 3记录初始深度值H0 n 4另人通过手把、拉绳与操纵杆、操作仪器，多次使重锤落击撞计压入底板。每进行两次落击撞针，测读并记录该次落击次数Ni与压入深度值Hi； n 5一般落击撞针操作进行倒2040次时，压入深度几乎不变，此时则完成了该测点的测定工作。 n 1．静压式底板比压仪的观测方法与数据处理 n 底板比压的测定是一项统计观测。在工作面上测定时，一般沿工作面布置方向每隔2030m设一测区。在每一测区里，按规定至煤壁的某距离上选13个测点每点相距2m进行观测。测点处的顶、底板要平整，仪器要与真顶、真底接触，且暴露时间越短越好。 n 静压式底板比压仪底座压模直径有40、60、80、100、110 mm五种规格，底板较硬时选用规格小的压模。相反，则选用大规格的压模。 n 当井下测试完成后，即可进行数据整理。首先，根据原始记录，整理出不同泵压时的压入量hi值。 n 以此拐点的值还可求出底板的刚度Km。 n 六、底板比压数据的应用 1根据统计观测所得不同岩性的底板容许比压值进行底板分类 2根据式512的规定选择支架或支柱的底座面积ST。 4根据式513选择支柱。若qcm＞qz时。往往出现钻底现象，并使支柱的工作阻力不能充分发挥，造成顶板下沉加剧，生产条件恶化，顶板控制困难等一系列问题。 5为掩护式支架改善底座的底板比压分布、减小底座尖端比压提供科学依据。 第八节 单体支柱工作面支护质量监控 n 一、监控方法分类 n 对监控方法进行合理分类，有利于不同生产技术和地质条件的采煤工作面选择合理的监控方法。监控方法可分为比值法、阻力法、位态法和综合法 n 二、监测内容、监测指标及指标记录 n 一日常监测 n 日常监测包括支护参数、顶板状态参数、顶扳动态基本顶来压，断层等监测 n 支护参数有支柱初撑力、支柱循环末阻力也可用末前排阻力代替、支柱活柱下缩量和支柱钻底量等。 n 二专项监测 n 1．装面 2．拆面 3初放 4．工作面两端 5．特殊地点 n （四）数据整理与总结 工作面支护质量监测进行一个月后，要对观测资料进行整理分析，总结本工作面直接顶垮落、基本顶的来压动态规律，分析支护的合理性和底板承载特性，正常采煤期间，要做到每个月一次书面总结，并向有关部门汇报监测结果。