KJ616矿山压力监测系统设计A.docx

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1、KJ616矿山压力监测系统的设计AMinepressuremonitoringsystemdesign摘要Il1绪论11.1 探讨背景11.2 煤矿井下矿压监测系统探讨概况及发展趋势31.3 煤矿井下矿压监测系统探讨内容概述42煤矿巷道和采煤工作面矿压显现特征探讨61. 1矿山压力显现概述62. 2压力传感器原理73. 3采煤工作面上覆岩层移动规律分析82.3.1煤层顶底板岩层分析82.4.2老顶的初次来压112.4.3老顶的周期来压122.4.4采煤工作面四周的支承压力及其分布12巷将处于一种不稳定状态，反之亦然。但影响井巷稳定性的因素许多，例如，巷道围岩的性质、围岩结构和破坏状况、井巷位置

2、、深度、卷道轴线方向、地下水的作用、巷道的断而尺寸、掘进破岩方法、暴露时间、采动影响、构造应力影响、以及支护类型等等。近年来，随着我国矿井开采深度逐年增加，采深已由浅部向深部发展，巷道的围岩应力亦随矿井开采深度增加而增大，出现了地压显现（巷道围岩应力）特别猛烈、巷道变形急剧增大、巷道底鼓及巷道两帮片帮严峻、并且在一些岩巷时有岩石突出（岩暴）发生、地温普遍增大等现象.这些都严修地危害J巷道围岩的稳定性和巷道维护,并成为制约开采矿井平安生产的主要因素开展巷道围岩稳定性制的探讨，主要是巷道围岩稳定性分析及卷道困岩变形规律的探讨和卷道支护及加固技术的探讨。目前我国支护材料消耗的较大，每产万吨煤支护方面

3、须要消耗坑木约50立方，钢材约13吨，水泥约80吨。尽管耗费了大量的材料，煤矿顶板事故还是发生不断，长期以来，围岩的变形规律和巷道支护是一个难题，理论探讨也很缓慢。而耕确无误地探测煤矿井下矿压，是解决这些问题的关键所在.我国煤矿目前开采深度平均达到f450tn左右，大多数巷道在地表下数百米，地应力是浅层地下工程地应力的几十倍。巷道支护级别低，支护投入少。巷道工程大多是临时性工程，受经济条件的限制，不行能像民用地卜工程那样高强度投入巷道支护，这样，道国岩不行避开的要出现肯定程度的破坏，巷道维护级别低。巷道支护载荷不确定。浅层地下工程通常是把上凝岩土层全都看成是我荷，支护也有条件担负起上覆岩上的全

4、部重量.井下矿压工程则不一样，如45Om埋深，上覆岩土重*为UMPa以上.在志向压力分布条件下常用的U型钢金属支架一般都小了0.2MPa,巷道支架能够供应的支护强度常常不到原岩应力的2舟,犷井工作面和卷道允许的变形量大。浅层地下工程通常用岩变形量只有数塞米到数十亳米，但是矿井工作面和巷道工程，由于地应力大，支护投入小，又多是临时性工程，允许的困岩变形量大，特殊是软岩巷道变形量大的围岩移近量达到数百亳米，甚至上千亮米，巷道支护常常不行避开地要经骐和限制围岩的破坏过程。近年来，在对矿山压力监控的过程中，由丁种种客观和主观的的缘由，而造成采场下沉,局部顶板目落等事故不断发生，严竣影晌了矿山的生产、运

5、输，以及矿工的人身平安。仃关资料表明,顶板事故是煤矿运输最严峻的事故。传统的MjK检测装置不完备，抗干扰实力差，传感器技术落后，数据处理实力差等等往往造成矿井平安监控不到位。针对这些状况，需设计一套矿压检测系统，快速精确反馈顶板信息，以实行措施加强顶板管理，保证煤矿的平安生产。1987年原煤炭工业部颁发的煤炭工业技术政策3第39条规定：“各矿区时采煤工作面和井卷进行矿质观测，依据岩层性侦、顶扳压力、顶板下沉员和下沉速度、放顶步距、周期来压等数据，逐步摸清本犷区的矿压规律，制定本犷区的顶板分类标准。作地质结构，应力分析也困难多样，只有精确地探测出各种矿压信息，精确无误地传输，细致地分析，才能有效

6、的避开和减轻各种事务的发生，如顶板下沉，支柱变形和折损，顶板破裂，局部冒顶和大面积冒顶等事故。现有的煤矿井卜矿压监测装置虽在保证煤矿平安生产方面发挥了肯定作用，但由于这些装置监测参数单一，系统性能价格比低，难以满意煤矿平安生产的须要，主要表现在如下几个方面：（1）现有装置针对某一监控对象开发，从而造成硬件不通用，软件不兼容，信息不共享，难以对检测的数据进行综合分析.（2）现有装置在同一水平上重灾开发，若要进行新对纵新领域的监测，需重新上设备，通信装置，抗干扰装置.（3）现有装置没有将数据,文字，声音,图像等多种媒体有机地结合在起，难以提高信息及系统的利用率。国际上煤矿井卜.矿压监测系统已由早期

7、的单一参数的监测装置，发展为多参数多任务的监控系统，可针对矿井平安生产多方面的需求。针对以上种种状况，迫切须要设计煤矿井下矿压监测系统来对各种装置进行统一管理，对信号进行集中采集和分析，做到数据采集自动化、数据处理程序化、计算结果图表化.煤矿井下矿压监测系统的发展趋势，主要是向多媒体化方向发展.具体表现在以下几方面：（1）料能化自检功能，系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、推断功能，变更系统自检功能单一、荷洁的状况，做到系统梏见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行推断，从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井运输平安生.产。（2）兼容性，现有厂家的监测监控系统几乎都采纳各自专用装置

8、，互不兼容.有些8“并为f平安生产的须耍，在系统存在严岐问题和得不到技术服务的条件下，不得不放弃该系统。因此，制定统一的专业技术标准，对促进矿井监测监控技术发展和系统的推广应用具有特别重要的意义。（3）实现运输监测信息网络化，依据监控系统网络化管理的须要，监控系统的实时监控信息将被网络共享，系统应用软件按统的格式向外供应监测数据，每一台在网络远程终端都可以共享监控信息，为决策和管理层供应决策依据，（4）提高传感器技术水准。传感器的精度、牢靠性等质量不断提高。13煤矿井下矿压监测系统探讨内容概述该课题主要探讨采煤工作面矿山压力观测和巷道矿山压力观测。采煤工作面观测主要包括对采煤工作面及四四周岩的

9、应力、顶底板变形与破坏、支柱压缩与我荷、煤壁片帮、支架变形与折损等宏观矿压显现量进行测珏、记录、整理分析。从而驾驭采煤工作而矿压显现规律，并以此指导生产。观测通常采纳各种传感器进行，确保刚好、精确、全面地采集信息。巷道矿山压力观测主要是针对巷道围岩移动、支架变形及载荷等状况。信息的收集、处理以及显示采纳两级计经机实现。采纳综合监测系统对煤矿井卜矿压实施综合监测，保障煤矿生产和运输的平安。本系统是一种低成本的煤矿监测系统具有低成本，低功耗，易操作，功能强，牢靠性高等特点.主要适用于中小型煤矿的检测。系统以单片机为限制核心，加上相应的接口电路、传感器、通讯装置和智能化软件设计，自动检测采煤工作面犷

10、山JK力和巷道矿山压力。通过通过上位机人机界面用中文并协助声光方式实时显示工作面矿山压力和巷道矿山压力的各种信息参数，并自动存储，实现矿压的实时数据的采集，实时曲线和历史曲线的绘制，完成煤矿井卜的矿压监测。通过两级计算机系统将顶板等生产事故降到最低，通过人机界面显示屏实时显示各种参数。该系统将更好地保障煤矿生产、运输系统的平安运行，实现煤砂生产、运输的信息化和智能化，削减因事故造成的经济损失和人员伤亡，具有重大的经济效益和社会效益。煤矿井卜矿压监测系统是综合性很强的技术系统。随着科技的不断进步及矿井生产自动化程度的提高，它在煤矿平安生产和运输中发挥着重要的作用。2煤矿巷道和采煤工作面矿压显现特

11、征探讨2.1矿山压力显现概述煤及岩层被采动后，应力将重新分布。其中，采动边界部位承受较高压力作用，岩层的受力状况发生了明显变更。当该部位承受的压力值没有超出其允许的极限时，用岩处于超定状态。当采动边界部位的媒体或岩体所承受的压力值超出其允许极限后，困岩运动将明显表现出来，即产生煤体或岩体的破坏、片帮、顶板下沉与底板胶起等一系列矿压现象，支架受力与变形也将明显表现出来。煤及岩层果动后，在矿山压力作用下表现出来的国岩运动与支架受力等现象，称为矿山压力显现。矿山压力显现是矿山压力作用卜围岩运动的具体表现。由于国岩的明显运动只有在满意肯定力学条件下才会发生，所以矿山压力显现是有条件限制的。而且，不同层

12、位、不同围岩条件以及不同断面尺寸的巷道，囤岩运动发展状况也大不相同。深化细致的分析围岩的稳定条件，找到促使其运动与破坏的主动力及由此可能引起的破坏形式,并在此基础上创建条件，把丁山压力显现限制在合理的范困,这是丁山压力检测的根本目的，采动过程中，丁山压力显现的基本形式包括困岩的运动与支架受力等两个方面。图岩运动的形式有三种：两梢运动，顶板运动和底板运动。两楮运动主要是指巷道两格的用性变形、裂隙扩展、两帮岩体扩容后产生的塑性破坏与塑性流淌：两帮岩体向若采动空间内的移动，包括两帮做出与片帮等缓慢移动、煤或岩体突出与动压冲击下的高速移动。顶板运动是指巷道及工作面顶板岩U的弯曲下沉、裂断破坏以及破裂岩

13、石的冒落ta.底板运动是指管道及工作面底板岩层的膨起、隆起、层理滑移及裂断破坏等。支架受力主要包括支架承受载荷的增减、支架变形以及支架压折等现象。矿山压力的存在是客观的、肯定的，它存在于采动空间的四周岩体中。但矿山压力的显现则是相对的、有条件的，它是矿山压力作用的结果。阳岩中有矿山压力存在却不肯定有明显的矿山压力显现，因为用岩的明显运动本身是有条件的，只有当应力达到其变形强度后才公发生。支架受力也是如此，它不仅取决十围岩的明显运动，而且还取决于支架对困岩运动的反抗程度。影响矿山压力显现的因素有许多，主要包括：(I)开采深度的影响。开采深度越大,巷道越难维护，但维护费用的增加并不与深度成正比，浅

14、部巷道的矿压主要表现在顶部,深部巷道的IT压则来自四周，并有冲击地压现象。(2)岩层性质的影响。岩体内摩擦角小，结构面发散，则矿压显现显著，在缓倾斜岩层中旷山压力主要来自顶板：急倾斜岩展中矿山压力来自顶底板，在巷道中表现为两帮压力较大。在强度较大的岩体中,顶压较明显：在强度低的岩体中，四周压力较明显，底鼓影响严峻遇水膨胀的岩体最难维护。(3)地质构造的影响。在向斜轴、背斜轴、压应力断层或剪应力断层旁边等应力集中区，矿山压力较大。因为构造应力的最大主应力垂直于巷道轴向，平行于这些构造走向的巷道更难维护“（4）巷道尺寸和形态的影响,巷道的矿山压力与巷道尺寸成正比.巷道的形态对弹性状态的周边应力影响

15、较大,对塑性区的大小影响较小，故对矿山压力影响不大。但卷道形态对支架的受力状况有较大的影响。（5）时间的影响。由于岩石不断移动，塑性区将不断扩大，岩体强度又渐渐减弱，矿山压力也将随时间而增加。假如维护措施得当，强度较大的岩体将在短时间内趋于稳定，懦弱岩体则将持续很长时间。（6）其它采掘工程的影响。采掘工程符引起四周岩体中应力亚新分布及岩体移动。凡处于这一影响范围的巷道，矿压显现将加剧。2.2压力传感SS原理传感器是一种检测装置，能感受到被测员的信息，并能将检测感受到的信息，按肯定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满意信息的传输、处理、存储、显示、记录和限制等要求。它是实现自动检测和

16、自动限制的首要环节。压力传感涔是工业实践中最为常用的一种传感涔，而我们通常运用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。电阻应变片是一种将被测件上的应变变更转换成为一种电信号的敏感器件.它是压电式应变传感器的主要组成部分之一。图2-1金属电阻应变丝的结构电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金周箔状应变片两种.通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变更时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阳值发生变更，从而使加在电阻上的电质发生变更。这种应变片在受力时产生的阻值变更通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是D转换和CPU）显示或执行机构。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材