采煤工作面与采区巷道矿山压力显现规律及应用
第一节采煤工作面与采区巷道矿山压力显现规律及应用
一、采煤工作面采动后压力显现的状况
由于岩层本身的重量以及地质构造等因素，使岩体中存在有一定的应力，称之为原岩石应力，未经采动的岩体内原应力处于平衡状态。工作面回采时，随着采空范围的增大，上覆岩层产生变形挠曲直至破坏冒落后，岩体内的应力将重新分布，并趋于新的平衡。
（一）开采后采煤工作面上覆岩层活动特征
顶板岩层的垮落，首先在于顶板岩层的破断、而后在于破断岩块的失稳。
1、老顶的初次断裂
老顶岩层悬露时的情况可近似地视其为“板”。其四周的支承条件则决定于四周采空的情况及煤柱的宽度。
老顶岩层中，最大的弯矩绝对值发生在长周边的中点，即工作面中部上方顶板岩石中。因而，顶板岩层达到极限垮落时，首先在工作面中部上方岩层中形成平行于工作面方向的裂缝。其断裂过程，先由长边中间沿工作面方向向两端扩展，而后由短边中间沿煤柱向两端扩展，裂缝在拐角处呈弧形，形成贯通，老顶岩层中间部分形成X型破坏，随着破坏时岩块间的失稳状态，形成了对回采工作面空间安全上的不同威胁。
2、采煤工作面回采期间岩层移动的特点
随着回采工作面的推进，老顶初次断裂后，上覆岩层也将逐步活动，上覆岩层的破坏状态可分为冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。
（二）采煤工作面矿山压力对采区巷道的影响
采煤工作面开采中打破了岩石原有的平衡状态，同时也破坏了原有应力分布状态，从而使岩块冒落，或使开采空间处于高度应力状态。
1、采煤工作面周围支承压力分布
采煤工作面在开采过程中，导致围岩内的应力不断地趋于新的相对平衡状态。由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力，称作支承压力。回采工作面支承压力，常以其分布的范围、形式和峰值大小表示其显现特征。
前支承压力（曾称移动支承压力）——指采煤工作面煤壁前方形成的支承压力，它随着工作面的推进而不断向前移动。前支承压力作用时间较短，且位置不断变化。
回采工作面推过一定距离后，采空区的冒落矸石有松散状态进入压实状态，此时所形成的最高应力峰值，根据上覆岩层形成的结构状态，前支承压力峰值的位置可深入煤体内2~10m，其影响范围可达到工作面前方90~100m。
侧支承压力（曾称固定支承压力）——指回采空区或巷道一侧或两侧的支承压力，其峰值在单一煤层回采工作面为（2~3）rH。侧支承压力不随工作面推进而移动。
两个相邻回采工作面间，相互形成了支承压力的叠加。在回采工作面煤层凸出角形成的迭合支承压力峰值达到最高，一般可原岩垂直应力的数倍，高于原始应力，称为应力集中。2、采煤工作面支承压力在底板岩层中的传播
支承压力在底板岩层中的传播，对于在煤层底板内布置采区巷道，或在煤层群分组开采时，在下部煤层中布置的采区巷道有一定影响。一般在上部煤层的煤柱下方为增压区，最大增压值在工作面的前方约10~12m；采空区的下方为减压区，在工作面的后方10~15m左右，底板岩层有可能产生膨胀或上升现象。
3、煤层倾角大小对采煤工作面矿山压力显现的影响
实际观测证明，急倾斜长壁工作面顶板下沉量比缓倾斜工作面要小得多，原因是由于随着煤层倾角的增加，上覆岩层作用于层面的压力减小，沿层面的切向滑移力增大，随着倾角的增加，采空区冒落的矸石不能完全留在原地，将沿底板产生一定量滑移，改变了上覆岩层的运动规律。
冒顶后岩石的滑移不仅与倾角有关，而且与顶板岩层的分层厚度h和采高m之比值有关。
二、采区巷道受压后的一般状态
（一）初期开掘巷道受压状况
巷道开掘后，打破了围岩原始应力状态，引起巷道围岩应力重新分布，由于岩层性质、厚度、结构和强度等方面的差异，因此围岩的物理力学性质也不相同，变形破坏形式也不同。由于各种围岩的强度相差甚大，受到矿压后会产生不同程度的变形，所以，围岩强度则成为影响巷道维护的重要因素。
由于采区内巷道一旦成巷，其位置是不能变动的，巷道围岩性质是无选择余地的。因此，认真地分析开采方法对采区巷道矿压显现的影响，掌握回采动压对巷道维护的影响规律，以求巷道布置处于合理的位置，并安排恰当的开采顺序，避免巷道承受过大的压力而难以维护。（二）回采后巷道支承压力分布
1、支承压力的分布
在紧靠采空区边缘压力低于原岩应力；在邻近采空区一段距离内，压力高于原始应力，称为应力集中区；在远离采空区处于原岩应力区。
2、倾斜长壁开采中间巷道支承压力的分布
倾斜长壁开采，由于采煤工作面是沿着煤层倾斜方向推行，其矿山压力显现规律和岩层受力特点与走向长壁开采有着明显的区别。
采煤工作面的矿山压力，是由于回采工作面引起的采面围岩力学动态作用的结果，在一定的地质和生产技术条件作用下，这种动态作用具有一定的规律性。
回采引起的工作面前后方支承压力同工作面两侧的应力分布式密切相关的，反映了采动引起的应力重新分布的基本状态，对分析研究回采巷道的维护十分重要。
在工作面前方2~3m左右顶板开始下沉，工作面后方30m左右的范围内顶板下沉强烈，最大下沉速度值约发生在工作面后方13m附近，只有距离达50~70m左右，工作面的采动影响才逐渐消失。由于中间巷道顶板岩石采前会预先松动，尤其是工作面于中间巷道连接处的顶板预先发生破坏，使得巷道维护比较困难。
智慧树知到《矿山压力与岩层控制》章节测试答案绪论 1、采矿工程的力学本质是 A:围岩的破坏及其控制问题 B:压力拱假说 C:掩护梁假说 D:铰接岩块假说 答案:围岩的破坏及其控制问题 2、下列不属于矿压引起的事故的是 A:冲击地压 B:冒顶事故 C:透水事故 D:火灾 答案:火灾 3、安全采矿最核心的问题是 A:如何保障采掘空间的安全问题 B:冒顶事故 C:透水事故 D:冲击地压 答案:如何保障采掘空间的安全问题 4、以下属于矿压引起的问题的是 A:巷道冒顶、片帮
B:巷道两帮鼓出 C:巷道顶板移近 D:顶板下沉与支架承载 答案:巷道冒顶、片帮,巷道两帮鼓出,巷道顶板移近,顶板下沉与支架承载5、下列属于有关矿压的理论中属于掩护拱假说的是 A:自然平衡拱假说 B:压力拱假说 C:掩护梁假说 D:铰接岩块假说 答案:自然平衡拱假说,压力拱假说 第一章 1、下列说法错误的是 A:垂直应力都是压应力，且水平应力比垂直应力小得多 B:垂直应力随深度增加呈正比例增加 C:采动前岩层中任何点的垂直平面和水平面上都不存在剪应力分量 D:垂直应力是由水平应力引起的 答案:垂直应力是由水平应力引起的 2、下列不属于矿山压力显现条件的是 A:采动 B:矿山压力作用 C:围岩运动和支架受力 D:基本顶垮落
答案:基本顶垮落 3、下列说法不正确的是 A:矿山压力的存在是可观的、绝对的 B:矿山压力存在于采动空间周围的岩体中 C:矿山压力显现是相对的有条件的 D:矿山压力是显现跟矿山压力没有必然联系 答案:矿山压力是显现跟矿山压力没有必然联系 4、下列说法正确的是 A:围岩的明显运动是有条件的 B:有矿山压力一定有明显的矿山压力显现 C:底板运动压力显现强力的部位一定在应力高峰位置 D:支架明显受力没有条件限制 答案:围岩的明显运动是有条件的 5、下列属于矿山压力的来源的是 A:原始应力场 B:覆盖岩层的重力 C:构造运动的作用力 D:岩体膨胀的作用力 答案:原始应力场,覆盖岩层的重力,构造运动的作用力,岩体膨胀的作用力6、下列说法不正确的是 A:有矿山压力显现一定有矿山压力 B:有矿山压力一定有明显的矿山压力显现
1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，（1） 2、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷道周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。（1） 3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法叫矿山压力控制。（1） 4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。（40） 5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。(58) 6、老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。（65） 7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。（65） 8、直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落,回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。（70） 9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。（98） 10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳(变形失稳)，有时可能伴随滑落失稳(顶板的台阶下沉)，如图4—3所示，从而导致工作面顶板的急剧下
沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。（99） 11、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。（101） 12、关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。（174） 13、开采沉陷：煤层开采后，采空区周围原有的应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布从而引起岩层的变形、破坏与移动，并由上向下发展至地表引起地表的移动，这一现象称为开采沉陷。（p177） 14、充分采动与非充分采动（177）当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。未达到充分采动的称为非充分采动。． 地表下沉边界和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角:：15、岩层移动角称为岩层移动角。将相邻区段巷道保留下来，沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，17、）(供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空保留煤体—无煤柱)巷道。（203：巷道一侧为煤体，另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经、沿空掘巷18 ）(煤体—无煤柱)巷道（203稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为沿空掘进 19、锚固力：为锚杆对围岩的约束力。（242）、软岩：分为地质软岩和工程软岩。（256）20：顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定21、顶板大面积来压的极限值，引起大面积冒落而成的剧烈动压现象。：通常将具有浅埋深，基岩薄，上覆厚松散层赋存特征的煤层称为浅、
矿压观测制度 综采矿压监测管理 一、综采队要使用、维护好KJ216顶板动态监测系统，保证数据正常传输到地面。 二、、综采队要负责监测系统本安电源（127V）的正常供电， 三、综采队负责压力监测分站高压胶管及通讯电缆的维护工作。当出现高压胶管和通讯电缆损坏时，要及时修补或更换。 四、所有监测设备（包括仪器仪表、通讯线、供电电源）如出现损坏、丢失，按设备原价进行赔偿，并要查明原因，找出责任人。 五、综采队要保证泵站压力达到≧30MP、乳化液浓度达到3%—5%。 六、工作面顶板不能出现台阶下沉，支架顶梁要接顶严实。液压支架初撑力要≧24MP，端面距最大值要≦340mm。 七、单体液压支柱（φ100mm）初撑力不得小于90KN（11.5MP）。 八、工作面采高必须控制在2.9~3.5米之间。 顶板矿压监测管理 一、矿压组负责井下所有巷道的矿压监测管理工作，对收集的矿压监测数据进行分析后要及时将结果报工程师审核签字后存档，为后续巷道支护设计提供科学依据。 二、认真开展日常性采掘工作面支护质量与顶板动态监测工作，对采掘队组报送的矿压监测数据进行分析，分析处理结果报送相关领导
和采掘队组。 三、观测人员对井下分管的采掘工作面支护质量与顶板动态监测数据，进行分析总结。 四、监测表格必须在井下现场认真填写，要求字迹清楚、数据准确，严禁井上填写或弄虚作假。 五、经常深入现场了解工作面顶板监测仪器仪表的使用情况，并监督、检查采掘工作面在初采(掘) 前矿压监测仪器仪表的安装情况。 六、对采掘工作面顶板监测使用的仪器仪表进行统一管理，建立矿压仪器仪表台帐，队组日常所需仪器仪表等设施，每月进行核实，其它所需拉拔器具、退锚器、力矩扳手、压力表等，待核实完好，同时不得影响队组生产。 七、对队组不按要求使用、保管拉拔器具、退锚器、力矩扳手、压力表等仪器设施，造成损坏或报废的要严格进行考核。 八、矿压组负责采掘头面及其它巷道矿压监测仪器设施的管理工作。 九、顶板离层指示仪的安装 顶板离层指示仪必须及时地安装在巷道顶板中部，每隔100m安设一组，在巷道开口处、交叉点、过煤柱、特殊地质构造等区域根据实际情况适当增设离层仪数量，安装时距工作面迎头不得超过100m。队组接到技术部的通知后要及时打顶板离层指示仪安装孔，并且要保护好顶板离层指示仪。
KJ616煤矿矿压监测系统 说明书 版本号：Version 1.0 出版日期：2014.1.1
1、概述 1.1KJ616型煤矿顶板动态监测系统是用于煤矿顶板压力动态的计算机在线测量系统。系统将计算机检测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。实现了复杂环境条件下对煤矿顶板的自动监测和分析。系统包括五个组成部分：1、计算机及数据处理软件；2、KJ616-J(A) 地面输出本安型传输接口；3、KJ616-J(B) 矿用本安型信息传输接口； 4、KJ616-F矿用数据传输分站； 5、KJ616-F1矿用本安型数据传输子站，GPD60矿用压力传感器，GPD450M锚杆（索）应力传感器，GUD500矿用围岩移动传感器，GZY25矿用本安型钻孔应力传感器； 6、本安型供电电源。 另外包括：电缆、接线盒、转接器等本质安全型部件组成。 1.2 系统的型号、名称 1.3 使用环境 1）环境温度：-10℃～+40℃； 2）相对湿度：＜90% （+25℃）； 3）大气压力：80kPa～106Pa； 4）海拔：＜3000 米；
5）无显著振动和冲击的场合； 6）允许在煤矿井下含瓦斯等爆炸性气体但无腐蚀性气体的环境中使用。 1.4 主要关联设备 见表1 2、结构特征与工作原理
图1 KJ616系统结构图 3.监测系统综合功能 1）实时监测综采支架的瞬时工作阻力/压力。现场实时显示、井上计算机显示（直方图、数据显示）。 2）顶板离层现场实时显示、报警、井上计算机显示。 3）锚杆应力现场实时显示、井上计算机显示。 4）煤体钻孔应力实时显示、井上计算机显示。 5）监测分站支架初撑力、最大工作阻力显示。 6）监测数据远距离通讯。 7）通讯分站显示各测点的数据。 8）井下系统硬件故障诊断和显示。 9）计算机软件实现了数据接收、原始曲线和数据查询、动态直方图显示，循环工作阻力自动识别和曲线报表综合处理，并具有报表、曲线打印输出功能。
1、原岩应力分布的基本特点（p44）：①、实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量。②、水平应力普遍大于铅直应力。③、水平应力与铅直应力的比值岁深度增加而减小。④、最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。 2、分析采场上覆岩层结构失稳条件（p86）：①、结构的滑落失稳，剪切力大于咬合点处的摩擦力，此结构将出现滑落失稳。即失稳的与否取决于老顶破断岩块的高长比，高长比较小，结构抗滑落失稳能力越大，一般情况下，失稳岩块的高长比要大于0.4-0.5。即岩块长度要大于2~2.5倍的岩块厚度；②、结构的变形失稳，这是指在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳，当岩梁破断后，岩块互相咬合中间下沉量到达△时，即形成岩块结构变形失稳。 3、加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系（p115）：加快工作面推进速度只是缩短落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，能减少顶板下沉量，但同时也使顶板下沉速度加剧，只有在原先的工作面推进速度比较缓慢的条件下，加快工作面推进速度，才会对工作面顶板状况有所改变，当工作面推进速度提高到一定程度以后，顶板下沉量的变化将逐渐减小，并不能甩掉顶板压力。 4、开采深度对采场矿山压力及其显现的影响（p115）：①开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。随着深度增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加。岩层受重力而变形，它所积聚的能量与深度的平方成正比。因此，对有冲击矿压危险的矿井，随着深度的增加，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加。②但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显，尤其是对顶板下沉量的影响。③随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。 5、在双向等压应力场中圆孔周围应力分布的基本规律（p51）：①在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态；②应力大小与弹性常数E、μ无关；③σt、σr的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面；④双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，与孔径大小无关，σt=2rH超过周边围岩的弹性极限时，围岩进入塑性状态；⑤其他各点的应力大小则与孔径有关；⑥在双向等压应力场中圆孔周围任意点的切向应力与径向应力和为常数。……………………………………………………… 6、采场上覆岩层活动规律假说的内容及其特点(p67)：①压力拱假说，此假说是认为在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡结果而形成的一个“压力拱”。拱的一个支点在工作面前方煤体内形成前脚拱，另一个支点在采空区垮落的矸石上形成后脚拱，随工作面的推进，前后拱也将向前移动。优点是对回采工作面前后的支承压力及工作空间处于减压范围做出了解释。缺点为主种假说简单不能从数量上解释矿压问题，对松软破碎顶板还适用，对坚硬顶板有一定的参考价值。②悬臂梁假说，认为工作面和采空区上方顶板可视为梁，其优点是可解释工作面近煤壁处顶板下沉量支架载荷小，支承压力及工作面出现周期来压的现象。缺点是由于未查明开采后上覆岩层活动规律，利用悬臂梁计算顶板下沉量的支架载荷与实测数据相差较远。 ③铰接岩块假说，认为工作面上方岩层破坏可分为垮落带和其上的规则移动带，工作面支架两种不不同工作状态，给定载荷状态和给定变形状态。些假说优点是正确阐明了工作面上覆岩层的分布情况及其内部力学关系可能开成的结构。缺点是未能对铰接岩块间的平衡条件做做进一步探讨。④预成裂隙假说，些假认为在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区、采动影响区，这三个区随工作面的推进，同时也向前移动，同时还认为支架应有足够的支撑力和工作阻力，应及时地支撑住顶板岩层，使各层岩层之间保持紧密状态阻止相对滑移，张裂与离层。 7、支架－围岩相互作用的基本状态（p237）：①当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，支架仅受到离层和脱落岩石自重压力作用，支架这时处于给定载状态。②当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时，支架的受载和压缩变形将取决于上覆岩层的运动状态。这种情况下只靠支架本身的支撑力无法阻止上覆岩层的运动，只有当上覆岩层下沉过程中受到采空区已冒落矸石或充填物阻挡时，支架的收缩变形才停止，这时支架处于给定变形状态。
采掘工作面矿压观测管理规定为加强采掘工作面矿压观测管理工作，准确掌握采掘现场矿压显现规律，使矿压观测真正起到科学指导矿井采掘设计、巷道布置及采掘现场施工，确保矿井安全生产，特制定《采掘工作面矿压观测管理规定》。 第一条成立矿压观测组织机构 组长：总工程师 副组长：地测副总工程师 成员：生产科全体人员、采掘专业技术管理人员 下设矿压观测管理办公室，办公室设在生产技术科，办公室主任由生产技术科长兼任。 组织机构职责：1、负责矿压观测的设计审批，组织开展矿压观测技术分析、优化支护技术方案；2、负责监督、检查、协调、指导采掘工作面矿压观测工作和日常矿压观测资料的收集整理、总结分析和分析结果应用的管理工作。 第二条采掘工作面开工前，矿井生产技术科编制矿压观测设计，报矿工程师批准后实施。在矿压观测过程中发现问题，及时修改完善。 第三条锚杆支护巷道矿压观测 1、所有采用锚杆支护的煤巷内必须安装顶板离层仪，对顶板离层情况进行观测，并用记录牌板显示，以便及时掌握顶板离层变化，观测巷道支护质量，确保掘进及回采期间的安全； 2、所有顶板离层仪应按安装时间的先后进行编号，并挂牌
管理，牌版上应清晰表明顶板离层仪的编号、安装日期、初始读数、深浅基点位置、观测责任人等内容； 3、顶板离层仪应安设在巷道的中部或交岔点的中心位置，顶板离层仪间距一般为30～50m，最前一个顶板离层仪距工作面迎头的距离不得超过50m（工作面需要爆破作业时对顶板离层仪进行保护）；巷道遇构造带、大断面（宽5.0m以上）及“丁字口”、“十字口”等处应增设顶板离层仪； 4、顶板离层仪深浅基点位置分别不低于锚索、锚杆的端头200mm，并在顶板离层仪牌板上明确标注具体位置； 5、顶板离层仪安装方法：用锚杆机在顶板上打孔至设计深度。用专用安装杆将上部锚固器推至钻孔上部（深基点位置），轻拉一下细钢绳确认锚固器已锚住，再将下部锚固器推至钻孔中设计监测位置（浅基点位置），检查确认孔口套管组件连接牢固，然后将其插入钻孔中，确保两个刻度指示环移动不受任何卡阻并确认孔口套管组件已固定在钻孔中，截去多余的细钢丝，将初始读数调“0”，并固定顶板离层仪，监测值准确性； 6、巷道掘进期间顶板离层仪由施工单位技术人员现场指导安装，并由施工单位安排人员负责观测和管理，确保顶板离层仪和牌板清洁、完好。巷道施工完毕进行移交时，连同记录牌板一并移交给接收单位，接收单位技术负责人应及时对接收的顶板离层仪读数、完好情况进行核查，确认无误后办理交接手续，并对
第四章采煤工作面矿山压力显现规律 第一节概述 大多数情况下，矿山压力显现会给地下开采工作造成不同程度的影响。为使矿山压力显现不至于影响正常的工作和保证生产安全，就必须采取各种技术措施加以控制。包括对巷道及采煤工作空间进行支护、对松软煤岩体进行加固、用各种方法使巷道或采煤工作面得到卸压、用人为的方法使采空区顶板按预定要求冒落等。此外人们对矿山压力的控制不仅在于消除和减轻对开采工作造成的危害，还包括合理地利用矿山压力的天然能量为开采工作服务。例如，利用矿山压力的作用压酥煤体以方便落煤工作，借助采空区上覆岩层压力压实已冒落的矸石形成再生顶板等等。所有这些人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施，叫做矿山压力控制。简称矿压控制。 在实际生产过程中，采煤工作面常有下述一系列矿山压力现象，并习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。 （1）顶板下沉量，一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板移近量。随着工作面的推进，顶底板处于不断移近状态。 （2）顶板下沉速度，指单位时间内的顶底板移近量，以mm/h计算。它表示顶板活动的剧烈程度。 （3）支柱变形与折损，随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。 （4）顶板破碎情况，常常以单位面积顶板中冒落面积所占的百分数来表示。它是用来衡量顶板控制好坏的质量标准。 （5）局部冒顶，指采煤工作面顶板形成局部塌落，它影响采煤工作的正常进行。 （6）大面积冒顶，指采煤工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。常常对工作面生产造成严重影响。 其它还有煤壁片帮、支柱钻底、底板臌起等一系列矿山压力现象。
KJ21矿山压力在线监测系统在1242（3）工作面的应用张浩 发表时间：2017-11-08T09:34:46.943Z 来源：《基层建设》2017年第23期作者：张浩[导读] 摘要：介绍了一种新型矿山压力监测系统KJ21实时在线监测压力,阐述了其工作原理、安装与应用方法以及系统的性能优点和产生的经济效益。结合在1242（3）工作面使用的情况，总结了系统的使用情况，为系统的推广及使用提供了有效科学的依据。 安徽省淮南市淮南矿业集团谢桥煤矿综采二队摘要：介绍了一种新型矿山压力监测系统KJ21实时在线监测压力,阐述了其工作原理、安装与应用方法以及系统的性能优点和产生的经济效益。结合在1242（3）工作面使用的情况，总结了系统的使用情况，为系统的推广及使用提供了有效科学的依据。 关键词：监测系统实时在线现场总线 1 引言 随着我矿向更深的水平延伸、更复杂的地质条件开采，采煤工作面顶、底板压力也呈现逐步增大，更加复杂的趋势，造成的破坏也更加严重，因此，加强监测预警是防治关键。监测是根本，加强预警和分析才能真正指导生产。而目前的矿压观测手段及设备已不能满足现代化矿井的生产需求及日益复杂的地质条件。 2 概述 1242（3）大采高超长工作面，平均煤厚5.1m，倾向长363m，走向长2924m，由于该面煤层赋存厚，倾向长，更加易受动压及周期来压影响，造成片帮掉顶，走向长达近3000m，随着工作面回采，设备磨损老化，液压系统性能降低，如果仍然按经验操作可能会因对矿压估计不足造成帮顶事故，因此，先进的矿压观测手段及设备对于该面是十分必要的。鉴于上述原因，为了能够很好的监测工作面压力，该面特采用一种新型的压力监测系统-KJ21压力监测系统，该系统能够实时在线监测工作面的压力，分析压力现象，总结压力规律。 3 设备安装 该系统主要用于实时、在线监测液压支架工作阻力、立柱伸缩量、超前支承压力。该系统能够自动分析初撑力、末阻力、推进度及来压步距，自动生成矿压报表及报告。长期进行矿压监测，还可以进一步揭示矿压显现规律，预测、预报顶板事故和顶板灾害及冲击地压。 1242（3）工作面在5#、15#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95#、105#、115#、125#、135#、145#、155#、165#、175#、185#、195#、205#共21个支架安装KJ21支架压力在线监测系统支架压力记录仪，实现工作面支架压力数据实时上传。 工作面设备8月5日安装完毕，传输网络8月11日开始正常数据上传。配套的分析软件为KJ21顶板灾害监测预警系统，如图1所示，可以实现工作面矿压数据的实时显示与存储、查询与分析等功能，如图2所示。 3.1．系统结构 KJ21矿山压力监测系统结构。系统共分为三个层次：设备层、传输层和管理层。1-计算机及数据处理软件；2-系统接收主机；3-井下通讯分站（数据采集器）；4-井下压力监测分机；5-本安型供电电源。 3.2系统功能 1、实时监测综采支架的瞬时工作阻力。现场实时显示、井上计算机显示。 2、监测分站支架初撑力、最大工作阻力显示。 3、监测数据远距离通讯。 4、通讯分站显示各测点的数据。 5、井下系统硬件故障诊断和显示。 6、计算机软件实现了数据接收、原始曲线和数据查询、动态直方图显示，循环工作阻力自动识别和曲线报表综合处理，并具有曲线打印输出功能。 4 系统特点 1、远距离实时通讯,地面计算机实时监测； 2、系统结构模块化：贯穿工作面和巷道只用1根电缆;井下分机可无次序任意扩展；单一本安电源供电；供电和信号传输共用1根电缆； 3、井下分机由独立的微机处理器控制,具有压力数字显示和工作状态指示功能；防潮、防水、耐冲击； 4、内嵌系统故障自诊断功能。 5 数据分析
《矿山压力与岩层控制》课程教学大纲 课程中文名称：矿山压力与岩层控制 课程英文名称：Mine Pressure and Strata control 课程类别：专业基础课 课程归属单位： 制定时间：2013年3月18日 一、课程的性质、任务 1. 课程设置的性质、任务 《矿山压力及岩层控制》是研究煤矿开采过程中矿山压力分布及其显现规律，探讨矿山压力控制措施和控制方法的一门工程技术学科，是采矿工程专业学生的主要专业课，也是其它井下工程类专业的专业基础课程。通过对本门课程的学习，要求对煤矿中采场和采区巷道周围煤(岩)体内矿山压力分布及其显现有比较完整的认识和了解，基本掌握控制采场和井下巷道矿山压力的方法和措施。结合实验课和实践性教学，使学生得到有关研究和解决煤矿生产现场矿山压力问题基本技能的训练。 2. 通过教学达到下列基本要求 通过本课程的教学，一方面使学生掌握有关矿山压力及其控制的基本概念、巷道围岩变形、应力、破坏的分布规律、采场周围的应力分布状态、采场顶底板的变形破坏规律、工作面来压规律及确定方法、巷道与采场的围岩控制理论与控制方法、煤矿动压现象、矿山压力测试技术；另一方面使学生达到能够根据具体条件，进行采场和巷道围岩控制设计、解决有关矿山压力控制方面问题的能力。 3. 专业和学时数 采矿工程专业、矿井通风与安全专业、岩土工程专业，共56学时 4. 与其它课程的关系 ⑴ 《煤矿地质学》、《矿山岩体力学》、《煤矿通风与安全》、《采掘机械》在本课程之前教授； ⑵ 本课程应在《开采方法》、《井巷工程》之前或同时讲授； 5. 教材与参考资料 (1)《矿山压力与岩层控制》蒋金泉王国际等编 (2)《矿山压力及岩层控制》钱鸣高、石平五等编 (3)《矿山压力及岩层控制》姜福兴等编
山西王家峪煤业有限公司150102综采工作面矿压观测分析报告 调度室 2018年2月1日
150102工作面矿压分析报告 一、150102工作面基本情况 1、150102工作面位于+680水平，工作面标高为+620—+670m ，该工作面可长度为790m ，工作面长度为180m ，面积为142200㎡，平均煤厚3.61米，倾角5—10度，平均7.5°。150102工作面位于井田的中部。其周围均为未开采区域。 2、地质情况 3、采煤方法 本工作面采用走向长壁一次采全高的采煤方法 工艺流程：割煤——装运煤——移架——推溜——清煤——下一循环 4、工作面设备 采煤机：MG300/700—WD 型 工作溜：SGZ-764/500型前部输送机 顶、底板 名 称 岩石 名称 厚度 m 特 征 老 顶 深灰色石灰岩 6.77 深灰色石灰岩，灰黑色，裂隙发育，含粉石，较硬。 直接顶 黑色泥岩 6.4 黑色泥岩光泽亮，较软，零星可采。 伪 顶 0.2—0.3 灰黑色，质脆，含黄铁矿结核 伪 底 直接底 粉砂岩 1.23 黑灰色，泥质胶结，含植物化石及黄铁矿结核。 老 底 砂 岩 8.21 灰黑色，以石英岩为主，坚硬，局部为砂质泥岩沉积。
转载机：SZZ-764/160（自移式转载机） 皮带机： DSJ—1000/2×75 液压支架：ZY6400/17/31的两柱支撑掩护式液压支架 5、液压支架及乳化液泵站性能参数 （1）、液压支架（ZZ5200/19/42支撑掩护式）： 支护宽度为1.43—1.60m，支架中心距：1.5m， 放顶步距0.6m。最大控顶距离：4.8m， 最小控顶距离：4.2m。最大高度：4.2m 最小高度：1.9m 支架数量：共124架。 初撑力：4364KN 工作阻力：5200kN 系统供液压力：30Mpa 支护强度：0.95Mpa 支架重量：18.9t （2）、乳化液泵站（BRW400/31.5型） 额定供业液压力：31.5Mpa；供液流量：315L/min 液箱容积：1600L 乳化液浓度：3%—5% 乳化泵数量：2台。 二、矿压观测方案 1、观测目的 （1）、通过对150102工作面进行现场矿压观测和掌握工作面推进过程中的支架工作状况，分析工作面围岩（煤层）超前支撑压力分布状况。 （2）、工作面液压支架支护阻力观测，支护阻力包括初撑力、最大阻力，确定直接顶初次垮落步距、老顶的初次垮落和周期垮落步距。 （3）、统计观测，统计综采工作面支架受载损坏情况、采空区上覆岩层垮落、移动和悬顶程度，架前冒顶情况、煤壁片帮、安全阀开启率等。 （4）、为我矿开采15#煤层的事故预测和动力信息基础研究提供必要数据，
矿山压力监测系统 高大上矿山压力监测系统，“招招见真功” 长期以来，依托核心技术问鼎煤矿检测系统行业前沿。坚持把创新作为破解深井老矿科学发展的“金钥匙”，为煤矿生产筑起安全防护墙。 经过与山东科技大学，中国矿大等多所高校开展交流与合作，研发生产的冲击地压监测系统被应用于矿山、非煤矿山采空区、预留矿柱或岩体及巷道矿压于一体的安全监测系统。系统采用了开放性的网络结构，升级后能够实现矿压监测信息的网络共享应力在线监测系统的各项数据，为超前预防冲击地压，确保安全生产提供了技术保障。 成绩只能代表过去，在以后的发展中，恒安人会虚心学习，走科技型道路，坚持以科技领先、以更好的质量、更完善的品种、更优惠的价格、优良的服务来满足客户需求。 矿山压力监测系统是一种适用于煤矿高产高效工作面综采支架压力参数进行远距离监测的分布式在线监测系统。通过监测系统分析软件实时显示综采支架的当前工作阻力、初撑力、最大工作阻力及循环末阻力等支架工作状态信息 矿山压力监测系统实现以下功能： 1、井上计算机动态显示监测参数、报警； 2、井下现场显示数据； 3、监测数据自动记录存储； 4、连续监测曲线显示、分析； 5、历史数据查询及报表输出； 6、综合分析及顶板安全评估分析。 7、局、矿顶板动态监测网络功能 8、网络用户Web访问模式在线动态监测；
9、数据库数据信息共享； 10、综合分析及顶板安全评估分析； 11、监测日报网上报表； 近几年来，随着采深加大和顶板条件变化，在煤矿的开采过程中冲击地压灾害日益严重，采深大、顶板坚硬，生产过程中冲击地压事故预兆显现强烈，严重威胁安全。中国传统的煤三角，也开始慢慢走向技术的下坡，陕西榆林、鄂尔多斯、山西朔州近年来煤炭的出口量与安全隐患是并存的，因此想要保证施工的稳定性与安全操作合二为一，煤矿顶板动态监测技术与矿山压力监测也必须要统筹规划。 多年来为了煤矿企业的安全生产，山东恒安电子科技有限公司是专业生产冲击地压监测系统的厂家。恒安一直把冲击地压防治工作作为一项重要任务来抓，不断引进国内外先进的技术和设备，与冲击地压防治专家合作，形成了一套适合的顶板离层系统，可以通过实时在线监测工作面前方采动应力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预警和预报。为煤矿企业的安全生产筑起一道坚实的冲击地压“防护墙”。 使用环境 1）环境温度：0℃～+40℃； 2）相对湿度：＜90%（+25℃）； 3）大气压力：80kPa～106Pa； 4）海拔：＜3000 米； 5）无显著振动和冲击的场合； 6）允许在煤矿井下含瓦斯等爆炸性气体但无腐蚀性气体的环境中使用； 系统综合技术指标 监测服务器操作系统: Windows 2000 service sp4 数据库平台： SQL server 2005 标准版 网络平台：局域网 1）系统分站容量 1——16 （通讯分站）
《矿压力及其控制》 一、单项选择题 1、泊松比是指岩石在单轴压缩条件下横向应变与的比值。 a、横向应力 b、轴向应力 c、轴向应变 d、体积应变 2、岩石在应变一定时，应力随时间延长而减小的现象，称为岩石的。 a、蠕变 b、松弛 c、弹性后效 d、粘性流动 3、岩石因受载状态不同，其极限强度相差很悬殊。实验表明，在不同应力状态下的强度值，最小。 a、单轴抗压强度 b、抗剪强度 c、抗弯强度 d、单轴抗拉强度 4、矿山压力假说对采场岩层控制具有指导意义，可以解释工作面前方出现的支承压力及工作面出现的周期来压现象。 a、压力拱假说 b、悬臂梁假说 c、铰接岩块假说 d、预成裂隙假说 5、直接顶分类主要是根据来分类的。 a、直接顶平均初次垮落步距 b、直接顶厚度 c、直接顶强度 d、直接顶岩层的岩性 6、回采工作面支架的工作状态是处于“给定变形”状态还是处于“给定载荷”状态是有和支架刚度的相对变化决定的。 a、直接顶刚度 b、直接底刚度 c、煤层刚度 d、老顶刚度 7、我国煤矿中常采用留小煤墙的沿空掘巷方式，小煤墙一般不易超过m。 a、3 b、5 c、8 d、12 8、原岩应力场中平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增加而。 a、增加 b、不变 c、减小 9、矿山压力假说对采场岩层控制具有指导意义，假塑性梁是的主要组成部分，可以解释了破断岩块的相互作用关系。 a、压力拱假说 b、悬臂梁假说 c、铰接岩块假说 d、预成裂隙假说 10、回采工作面支架的工作状态是处于“给定变形”状态还是处于“给定载荷”状态是由直接顶刚度和支架刚度的相对变化决定的。当支架处于“给定变形”状态时，支架应具有足够的和可缩量。 a、支护强度 b、支护刚度 c、初撑力 d、工作阻力 11、回采工作面支架的工作状态是处于“给定变形”状态还是处于“给定载荷”状态是由直接顶刚度和支架刚度的相对变化决定的。当支架处于“给定载荷”状态时，支架应具有足够的。 a、稳定性 b、可缩量 c、支护强度 d、初撑力 12、初撑力在支架参数中具有重要地位，提高支架初撑力，下列叙述是错误的。 a、可以减少顶板离层 b、增加顶板的稳定性 c、减少工作面顶板断面破碎度和煤壁片帮 d、增加支柱的开启率 13、提高支护强度在采场围岩控制中至关重要，不能提高支护强度。 a、提高支柱初撑力 b、提高支护密度 c、提高支护系统刚度 d、提高支柱的可缩量 14、支架的性能将直接影响支架受力的大小，支架特性是用和可缩量的关系曲线来表示的。 a、初撑力 b、工作阻力 c、支架载荷 d、额定工作阻力 15、支架受力的大小及其在回采工作面的分布规律与支架性能有关，支架的受力比较 均匀。
1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律 图6 区段平巷围岩变形 I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区 V—二次采动影响区 答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。 （1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。 （2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。 （3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。 （4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。 （5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
×××综采工作面矿压观测总结报告 单位：__________________ 区队：__________________ 编写人：________________
目录 1 工作面地质及开采条件 .................................................................................... - 1 - 1.1工作面地质及开采条件............................................................................... - 1 - 1.1.1工作面概况及地质说明书 ..................................................................... - 1 - 1.1.2顶底板岩层岩性组合结构分析 ............................................................. - 3 - 1.1.2地质 ........................................................................................................ - 3 - 1.2支护 .............................................................................................................. - 3 - 1.2.1正常支护 ................................................................................................ - 3 - 1.2.2特殊支护 ................................................................................................ - 4 - 1.2.3确定支护强度 ........................................................................................ - 4 - 1.2.4巷道布置 ................................................................................................ - 4 - 2 矿压观测计划.................................................................................................... - 5 - 2.1 矿压观测领导小组...................................................................................... - 5 - 2.2×××综采工作面矿压观测的目的和任务....................................................... - 5 - 2.3观测方案 ...................................................................................................... - 6 - 2.3.1观测工具 ................................................................................................ - 6 - 2.3.2测线布置 ................................................................................................ - 6 - 2.3.3研究方法 ................................................................................................ - 6 - 2.4矿压观测内容 .............................................................................................. - 7 - 2.4.1顶板动态： ............................................................................................ - 7 - 2.4.2支护质量 ................................................................................................ - 7 - 2.4.3 ×××工作面矿压观测方法 ................................................................ - 7 - 2.4.4 ×××工作面观测效果预计 ................................................................ - 7 - 2.4.5 ×××工作面观测制度及守则 ............................................................ - 7 - 2.4.6 ×××工作面观测记录表格及资料整理表格设计 ............................. - 7 - 3 矿压规律分析.................................................................................................... - 8 - 3.1 初采期间的矿压规律.................................................................................. - 8 -
题号一二三四五六七八九十十 一 十 二 总 分 分数评分人河南理工大学义马函授站 专业＿＿＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿＿＿ 学号＿＿＿＿＿＿……………………………………密……………………………封………………………………线………………………….. 第二期紧缺人才班采矿专业 《矿山压力及其控制》考试试题 注意事项： １．请首先按要求在试卷的标封处填写您的姓名、单位、专业、序 号。 ２．在试题后答题，可不写题目，但要注明题号。 1. 填空题（每题 2分，共40分） 1.岩石的物理性质主要包括 , , , 和 , 和 . 2.岩石的变形特性包括 , , 和 . 3.岩石强度性质包括 , , , . 4.矿山岩石的破坏形式有两种: 和 . 5.岩体内形成原岩应力有两种: , . 6.根据岩层的破坏程度,可将回采空间上覆岩层分为三个带: , , . 7.有关岩体结构的矿山压力学说有 , , ， . 8.根据回采工作面前后的应力分布情况,可将工作面前后划分为 , , . 9.根据直接顶的破碎程度和直接顶的垮落步距可将直接顶分为， ，四种类型. 10. 根据直接顶的厚度与煤层采高的比值和老顶的初次来压步距可将老 顶分为，，，类型四种.
11.采空区处理方法有 , , , . 12.现有的支柱工作特性有四种: , , , ., 13.支架对每平方米顶板的合理工作阻力相当于的重量. 14. 是发生冲击矿压的必要条件, 是发生冲击矿压的充分条件. 15.回采工作面矿压观测内容包括 , , , , . 16.巷道矿压观测内容包括 , , , . 17．顶板大面积来压的防治，目前我国主要采用和等措施。 18．单体液压支架主要由和组成。 19．岩体的性质与岩石性质有很大区别，一般表现为，和 。 20．回采工作面从开切眼推进到老顶初次来压时的距离叫做。 二.名词解释（每题4分，共24分） 1. 老顶初次来压 2．支承压力 3．矿山压力控制 4．构造应力
《矿山压力及其控制》教学大纲 一、课程基本情况 总学时：48 讲课学时：40；实验学时：8 总学分：3 课程类别：专业必修课 考核方式：考查 适用对象：采矿工程专业采矿单招生 先修课程：岩体力学、采矿学、矿山地质学、井巷工程 教材：《矿山压力及其控制》，钱鸣高、石武平、许佳林主编，中国矿业大学出版社。 参考书：《采场矿山压力及其控制》，钱鸣高编著，中国矿业大学出版社。 二、课程的性质、任务与目的 本课程是矿物资源工程专业的一门重要的必修课。《矿山压力及其控制》主要介绍了回采工作面和采区巷道矿山压力及其控制的基本理论和基本知识。通过本课程的学习使学生对矿山压力的产生及应采取的控制措施有一个较为全面的了解，为学生以后在生产实践或科学研究奠定较为全面而扎实的理论基础。 三、课程内容、基本要求与学时分配 （一）第一章绪论（2学时） 1．了解矿山压力及其控制的基本概念和学习本课程的意义。 2．理解矿山压力及其控制的研究范围和基本方法。 （二）第二章回采工作面上覆岩层活动规律及其分析（12 学时） 1．掌握顶底板的概念、采空区处理方法， 了解回采工作面上覆岩层形成“大结构”的概念。 2．掌握老顶岩层的梁式平衡的产生原因和机理。 3．重点掌握老顶岩梁断裂是的极限跨距和安全跨距。 4．重点掌握裂隙体梁的平衡。 5．重点掌握回采工作面上覆岩层形成的竖三带特征，移动规律。 6．重点掌握岩体结构的有关假说及形成条件。 （三）第三章回采工作面矿山压力显现基本规律（6学时） 1．了解衡量回采工作面矿山压力呈现程度的指标。 2．重点掌握老顶初次来压过程及初次来压前工作面四周支承压力分布特点。 3．重点掌握老顶周期来压的形成过程及对回采工作面的影响。 4．重点掌握全部垮落法管理顶板时的工作面前后支承压力分布图及分布特点。 5．重点掌握影响回采工作面矿山压力显现的主要因素。 6．了解分层开采时矿山压力显现特点。 （四）第四章回采工作面顶板控制及支护方法（8学时） 1．重点掌握回采工作面岩层组成分类。