矿压测试技术及仪器

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1、熊祖强，博士，副教授河南理工大学，能源学院矿压测试技术及仪器一、主要矿山压力检测仪器二、常用矿压测试方法及技术主要内容矿山压力观测目的工作面来压参数：直接顶初次垮落步距，老顶初次（周期）步距来压，来压强度（动载系数）,顶板分类。支架选型分析与适宜性分析巷道布置：煤柱留设，停采线位置确定灾害防治：煤与瓦斯突出、瓦斯超限、突水、冒顶等事故与矿山压力密切相关回顾矿山压力、矿山压力显现的基本概念1）矿山压力2）矿山压力显现——围岩变形、支架受载、围岩破裂回顾矿山压力、矿山压力显现的基本概念1）矿山压力2）矿山压力显现——围岩变形、支架受载、围岩破裂众所周知，不能够根据具体的地质条

2、件进行针对性的开采设计，特别是在采场推进过程中对上覆岩层赋存情况及其变化以及由此变化导致的覆岩运动规律及支承压力分布规律的差异认识不清，是当前煤矿事故频繁，特别是重大事故和环境灾害没有能从根本上得到控制、开采经济效益不好的重要原因之一。煤矿重大事故预测和控制决策体系建设的指导思想应当以控制事故发生的岩层运动条件和应力场应力大小分布条件为核心。解决以岩层运动和应力场应力大小分布为核心的相关信息采集（包括理论计算和现场实测）问题。煤矿重大事故的发生及其有效控制几乎都同时与岩层运动和应力场应力的大小和分布条件有机的联系在一起。与应力条件直接相关的事故，包括瓦斯事故、冲击地压、底

3、板突水等，其应力条件的实现都是一定采动条件下岩层运动和破坏的结果。矿山压力观测的内容工作面①综采支架工作阻力——综采记录仪、在线监测系统②顶板下沉量——顶板动态仪，测杆③活柱下缩量——钢尺④超前支承压力——钻孔应力计，单体支柱压力监测，巷道表面位移巷道①侧向支承压力——钻孔应力计，巷道表面位移②巷道变形规律——顶板动态仪，巷道表面收敛仪地面①地面岩移观测——全站仪，静态GPS②地面深基点观测矿山压力观测仪器的分类按照观测内容分类①采煤工作面和巷道支柱压力观测仪器②顶底板相对移近量和巷道围岩表面位移③岩体内原岩应力和附加应力观测仪器④围岩深部位移观测仪器⑤矿山动力现象观测仪

4、器按照工作原理分类①机械式②液压式③振弦式④电阻应变式⑤声波法⑥光学及其他物理方法矿压检测技术发展及主要监测仪器压测试技术的发展是基于矿压理论的发展为前提。矿压测试技术的系统化发展是始于70年代，大体经历了四个发展阶段：1）第一阶段：以机械式测量仪表为主的简易仪表阶段70年代—80年代初用于顶板运动规律的探索和研究，通过监测为理论分析提供依据，是矿压理论发展的需要。主要以机械简易仪表测量为主。包括：顶板下沉量检测、支柱的工作阻力检测等。该阶段的仪表研究往往是为了解决或验证矿压理论某个问题而提出的。该阶段仪表的特点：以机械结构为主；工艺比较粗糙；测量准确度较低。代表产品：机

5、械动态仪、圆图记录仪、双记仪、液压枕等机械式支柱测力计机械式矿压观测仪器结构简单、工作可靠、使用方便等优点。ADJ型测力计是用来观测记录单体液压支柱承受的载荷的仪器。机械式矿压观测仪器测杆测量顶底板相对移近量，围岩表面及支架两点间位移的常规仪器。测枪测量巷道围岩表面位移，亦可用于地面工程测量。测量范围大，读数精确，使用方便。顶板动态仪主要用于测量采煤工作面和巷道顶底板移近量和移近速度，测量时安设在顶底板测量基点间，依靠压力弹簧固定。压力表液压式矿压观测仪器液压压力计油压式钻孔应力计圆图压力记录仪(圆图仪）2）第二阶段：以电子测量方法为标志80年代-90年代随着矿压理论的不

6、断发展和完善，许多专家学者提出更系统完整矿压监测思路。同时电子技术的发展也为这些想法的实现奠定了基础，在这个阶段产生了典型的以数字测量为主要特征的矿压监测仪器。主要特征：a.开始应用传感器测量技术；b.以CMOS数字电路的低功耗设计；c.蓄电池仪表供电方式；d.报警及数字显示。代表产品：a.钢弦式压力盒传感器及频率计b.应变式压力检测仪c.数字显示式动态仪d.顶板动态遥测仪（系统）f.数字式顶板下沉报警仪等。振弦式矿压观测仪器钢弦压力盒应变式压力检测仪数显式顶板动态仪矿用单体支柱数显检测仪3）第三阶段：以微处理器应用为代表的智能化检测仪器/系统90年代—90年代后，微型计

7、算机技术发展迅速，计算机芯片的小型化和低功耗技术应用，为煤矿安全仪表的研究和应用奠定了基础。高速数据运算和总线接口技术使矿压仪表的智能化和系统化成为可能。主要特征：a.具备数据存储和通讯功能；b.具备了一定的分析和处理功能；c.低功耗和仪器小型化；d.标准的数字通讯接口（RS232、RS485、CAN等）代表产品：电脑动态仪、电脑多功能检测仪、岩体声发射检测仪。数显式微型综采测压表、综采工作面压力计算机检测系统、煤矿顶板来压预报计算机监测系统、顶板离层监测、报警系统、综采压力记录仪、巷道断面检测仪、超声波围岩松动圈测量仪等。综