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第24讲 矿井围岩控制方法 【本讲内容提纲】 1. 采煤工作面和巷道矿压观测 2. 矿山压力方法 “统计观测”——煤壁处切顶台阶数目与高度、煤壁片帮深度、端面顶板破碎度等。 1、采煤工作面“三量”观测 1）“三量”及其测试方法 （1）顶底板移近量 该量是指煤炭采出后，同一测点随开采在控顶区范围顶底板移近值，对单体支柱工作面，是在开挖后即设置测站，量测顶底板距离s0，随工作面推进直到测站至最后—排支架处，量测顶底板的距离sm，顶底板移近量s=s0-sm。对综采面是指到液压支架尾端的顶底板移近值。 测试方法：我国曾经应用最广泛的顶底板移近量量测方法，近年已有多种量测仪表可供选用。 （2）支架载荷 支架载荷是指实测的支架所承受的载荷，包括实测的初撑力和当时支架载荷。 测试方法：液压支架一般采用圆图压力自记仪观测；单体液压支柱除可采用圆图压力自记仪观测外，也可采用各类测压压力表；单体金属摩擦支柱或木支柱采用各类压力计（盒）观测。 （3）活柱下缩量 该量是指支架架设后在控顶区范围内活柱下缩的值。在井下实际支护过程中，支架还会压入顶板、插入底板，与活柱下缩量一起都是顶底板移近量的组成部分。 测试方法：一般先在支柱的活柱上刻上标记，每次用钢尺量测其与底柱上端的间距，间距的变化量即是活柱下缩量。也可安置自记仪自动记录。 2）工作面测站布置 工作面测站布置普遍采用沿工作面长度方向设上、中、下三个测站。一般中部测站应选在工作面线的正中，上、下测站分别距回风、运输平巷10～15m。每个测站内设三条测线，布置于相邻的三架支架上。如观测有特殊要求，可增加辅助测站。 3）观测方法 一般按照规定的作业循环，在每一班固定的时间系统观测一次。 对于有些专项要求的，则应按照实测研究的具体任务，安排观测工作。如需要研究不同工序对工作面矿压显现的影响，就需要列出专项观测计划，在生产班跟班观测和记录每一项工序进行时各测站矿压显现的各项测值，从而进行具体分析。 2、采煤工作面控顶区围岩破坏状态观测 1）控顶区围岩破坏状态的主要指标及测试方法 （1）端面顶板破碎 是指在工作面前方无支护空间悬露顶板中，发生冒落的部分占整个悬露顶板的比例。 测试方法：按照埃森研究所原来的方法，是在工作面每隔10m，选取1m宽度，量取端面距，并在此范围内量测冒落高度在10cm以上的空穴面积，计算其占1m宽端面面积的百分比；我国在实践中将其简化为：每隔10m确定一条测线，在测线上量取端面距，并量测这条测线上冒落高度在5cm以上的空穴所占的长度，即得出该测线上的顶板破碎度。 （2）台阶数目和高度 台阶是指在工作面前方无支护空间由于顶板切落形成的顶板错落，顶板错落的垂直距离称为台阶高度。 （3）片帮深度 片帮深度是从原煤壁线到片帮最深处的水平距离。 2）工作面测站布置 围岩破坏状态观测是一种统计观测方法。样本越多，统计结果的可信度也越高，一般情况下，沿工作面线每5～10 m布置一条测线。 3）观测方法 在我国，工作面控顶区围岩破坏状态观测是工作面矿压观测的一个方面内容，因而，它的观测方法与组织和工作面矿压观测一样。 有些矿井把工作面控顶区围岩破坏状态观测作为一项单项观测研究内容，为了对比研究来压期间与非来压期间对工作面控顶区围岩破坏状态观测的不同影响，需要专门列出观测计划，在相应的时间进行专项统计观测。 3、实例 4、回采巷道矿压观测简述 1）位移观测 应用最广泛最基本的移近量观测方法是“十”字形观测法，由于巷道变形发展过程有明显的不对称性，因此，除采用常规的“十”字形观测法外，为了研究变形及其控制特点，往往采用“井”字形观测法；当巷道断面较大，需要分析研究变形的复杂受力过程时，也有采用周边多测点变形观测方法。 当巷道比较稳定时，测点采用打长木楔，木楔底部中心打一铁钉作为测量基点；当巷道变形严重或有较厚充填物时，为了确定绝对移动的范围和数值，往往需要在超出巷道影响范围的长钻孔安设测量锚杆。 2）围岩应力观测（包括相对应力测量和绝对应力测量） 通常使用置于钻孔内的专门测量装置进行相对应力测量，此时，可在仪器允许测量范围内，确定自仪器安装后的应力变化值。 绝对应力测量方法主要有套芯解除法、补偿法、水力压裂法三类。 3）围岩破坏范围观测（超声波探测和声发射探测技术） 二、矿山压力方法 1）连续介质力学研究 2）弹、塑、粘性力学的研究 3）非连续介质力学研究 2、数值分析方法 第三阶段，模型本身的制作及测试元件安装。 第四阶段，实验模拟研究的阶段。 第五阶段，实验后续工作。 【 教学后记】 授课教案 课程名称：《矿井围岩控制与灾害防治》 适用专业：安全工程（矿山安全）