礦山壓力

⑴關(guān)鍵層理論

⑵以巖層運(yùn)動(dòng)為中心的礦山壓力理論

在礦體沒有開采之前，巖體處于平衡狀態(tài)。 當(dāng)?shù)V體開采后，形成了地下空間，破壞了巖體的原始應(yīng)力，引起巖體應(yīng)力重新分布，并一直延續(xù)到巖體內(nèi)形成新的平衡為止。 在應(yīng)力重新分布過程中，使圍巖產(chǎn)生變形、移動(dòng)、破壞，從而對(duì)工作面、巷道及圍巖產(chǎn)生壓力。 通常把由開采過程而引起的巖移運(yùn)動(dòng)對(duì)支架圍巖所產(chǎn)生的作用力稱為礦山壓力。

在礦山壓力作用下所引起的一系列力學(xué)現(xiàn)象，如頂板下沉和垮落、底板鼓起、片幫、支架變形和損壞、充填物下沉壓縮、巖層和地表移動(dòng)、露天礦邊坡滑移、沖擊地壓、水與瓦斯突出等，均稱之為礦山壓力顯現(xiàn)。

在礦山生產(chǎn)過程中，由于對(duì)礦山壓力顯現(xiàn)觀測(cè)預(yù)報(bào)不及時(shí)和處理不當(dāng)所引起的生產(chǎn)事故，對(duì)礦山企業(yè)安全生產(chǎn)和礦工的人身安全構(gòu)成了極大的威脅。 事故處理需要花費(fèi)巨大的財(cái)力、物力和精力。 因此，礦山壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警對(duì)礦山生產(chǎn)安全和預(yù)防采礦事故的發(fā)生起到至關(guān)重要的作用。為進(jìn)一步改善當(dāng)前礦山生產(chǎn)中礦山壓力檢測(cè)手段的落后現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套礦山壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以便對(duì)礦山壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行預(yù)警處理。

⑴掩護(hù)“拱”假說

1)“自然平衡拱”假說

2)“壓力拱”假說

⑵掩護(hù)“梁”假說

1)“懸臂梁”假說

2)“預(yù)生裂隙梁”假說

⑶鉸接巖塊假說

用冒落法管理頂板的采場(chǎng)，支架上的壓力顯現(xiàn)是由兩部分巖層的運(yùn)動(dòng)所決定的。

⑷砌體梁假說

在老頂巖梁達(dá)到斷裂步距之后，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，巖梁將會(huì)折斷，但斷裂后的巖塊由于排列整齊．在相互回轉(zhuǎn)時(shí)能形成擠壓，由于巖塊間的水平力以及相互間形成的摩擦力的作用，在一定條件下能夠形成外表似梁實(shí)則為半拱的結(jié)。這種平衡結(jié)構(gòu)形如砌體，故稱之為砌體梁。

礦山壓力監(jiān)測(cè)是對(duì)各種礦山壓力檢測(cè)區(qū)的環(huán)境狀態(tài)和各點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、報(bào)警和記錄分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

系統(tǒng)的主要功能模塊包括

①用戶權(quán)限管理子系統(tǒng)

②實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)

③歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

④工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng)

⑤定位子系統(tǒng)

⑥WEB瀏覽服務(wù)子系統(tǒng)等

井下監(jiān)控分站上電后，啟動(dòng)自檢程序，依次巡檢8個(gè)RS485通道，查找當(dāng)前分站掛接的各種變送器并確認(rèn)當(dāng)前變送器工作是否正常，自檢完成后，即進(jìn)入正常工作方式。

井上系統(tǒng)采用主輔雙計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，分別工作于主機(jī)、輔機(jī)2種狀態(tài)。 主機(jī)和輔機(jī)同時(shí)接收井下分站上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表顯示、歷史曲線回放等數(shù)據(jù)處理。 由主機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。 主機(jī)通過RS232端口定時(shí)發(fā)出輪詢（polling）信號(hào)，輔機(jī)定時(shí)監(jiān)聽主機(jī)發(fā)出的輪詢信號(hào)，如果缺省時(shí)間（缺省15s）內(nèi)沒有監(jiān)聽到主機(jī)發(fā)出的輪詢信號(hào)，輔機(jī)自動(dòng)切換為主機(jī)工作方式。

主輔機(jī)的切換操作通過控制與RS232端口連接的信號(hào)轉(zhuǎn)換器切換完成。 主輔機(jī)軟件啟動(dòng)初始化時(shí)，首先監(jiān)聽是否有主機(jī)發(fā)出的輪詢信號(hào)。 缺省時(shí)間（缺省10s）內(nèi)如果監(jiān)聽到輪詢信號(hào)，則將該機(jī)設(shè)定為輔機(jī)工作方式，如果未能聽到輪詢信號(hào)，則將該機(jī)設(shè)定為主機(jī)工作方式。為提高系統(tǒng)的安全可靠性，井上計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，以保證計(jì)算機(jī)在惡劣工況下的正常工作。 同時(shí)啟動(dòng)工控機(jī)的看門狗（watch dog）功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)軟件正常工作時(shí)，定期給看門狗發(fā)送信號(hào)，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，如果看門狗未能收到信號(hào)，則重啟計(jì)算機(jī)，自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件重新開始工作，從而避免了由于軟硬件死機(jī)造成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)丟失。

監(jiān)測(cè)主輔機(jī)采用windows server 2003作為操作系統(tǒng)平臺(tái)能夠提供較高的易用性、安全性和可靠性。 采用windows SQL server 2005企業(yè)版作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器平臺(tái)可有效管理系統(tǒng)長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

極頂冒頂

沖擊地壓

透水事故

礦山壓力系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)礦山安全監(jiān)控相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求和礦山生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需要，系統(tǒng)采用集中式和分布式相結(jié)合的運(yùn)行模式，即井上設(shè)置監(jiān)測(cè)主機(jī)井下主通信干線采用CAN總線的通信方式。 井上監(jiān)測(cè)主機(jī)采用以太網(wǎng)完成和本地監(jiān)測(cè)輔機(jī)與本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器為遠(yuǎn)程客戶終端提供WEB瀏覽器服務(wù)，以方便實(shí)現(xiàn)管理人員隨時(shí)隨地及時(shí)了解當(dāng)前壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 井下主通信干線采用CAN總線通信方式將各監(jiān)測(cè)分站連接起來，每個(gè)監(jiān)測(cè)分站采用RS485實(shí)現(xiàn)與信號(hào)變送器之間的通信。

井上監(jiān)控分站與井下監(jiān)控分站的通信采用光纖或電纜的連接方式實(shí)現(xiàn)。 采用光纖方式時(shí)，光纖傳輸RS232信號(hào)到井下后，再轉(zhuǎn)成CAN信號(hào)實(shí)現(xiàn)與井下主通信干線的連接，采用電纜方式時(shí)，直接傳輸CAN信號(hào)到井下與主通信干線連接。 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況的不同，可方便選擇任一連接方式。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中井下系統(tǒng)最多可設(shè)置32個(gè)監(jiān)控分站，每個(gè)監(jiān)控分站可提供8個(gè)RS485通道用來連接不同類型的變送器，包括位移變送器、錨索測(cè)力變送器、支架壓力變送器、鉆孔應(yīng)力變送器等。 各變送器將傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)分站，監(jiān)測(cè)分站再將數(shù)據(jù)匯總后送至井上監(jiān)測(cè)主機(jī)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參見圖1

礦山壓力系統(tǒng)組成硬件部分設(shè)計(jì)

硬件組成部分主要包括井下監(jiān)控分站、各類型變送器（傳感器） 及井上計(jì)算機(jī)。 下面主要介紹自行研發(fā)的監(jiān)控分站和變送器。

礦山壓力井下監(jiān)控分站

監(jiān)控分站采用高性能嵌入式MCU通過自身的8路RS485通道接收變送器采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至井上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 監(jiān)控分站使用液晶顯示器，提供了直觀的顯示界面以方便井下工作人員及時(shí)了解當(dāng)前數(shù)據(jù)信息。

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

在礦上壓力作用下,出現(xiàn)了冒頂、底鼓、煤巖片幫、支架破壞、煤和瓦斯突出等破壞現(xiàn)象,通常把這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)。

中文名稱

礦山壓力顯現(xiàn)

英文名稱

strata behaviors

定　　義

在礦山壓力作用下,圍巖或支護(hù)物呈現(xiàn)的各種力學(xué)現(xiàn)象。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級(jí)學(xué)科），煤礦開采（二級(jí)學(xué)科），礦山壓力與巖層控制（三級(jí)學(xué)科）

礦山壓力與控制

內(nèi)容簡(jiǎn)介：本教材系統(tǒng)介紹了巖石和巖體的基本性質(zhì)、巖體中的原巖應(yīng)力及其重新分布、采場(chǎng)上覆巖層活動(dòng)規(guī)律、采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及影響因素、采場(chǎng)頂板控制方法、巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、巷道圍巖控制方法、厚煤層開采巖層控制、地表沉陷與底板突水災(zāi)害防治、煤礦動(dòng)壓及其災(zāi)害防治、礦井圍巖控制研究方法。本書在內(nèi)容選取上注重基本知識(shí)與工程實(shí)踐結(jié)合，整體結(jié)構(gòu)合理，系統(tǒng)和完整性好，具有實(shí)用性、先進(jìn)性，便于學(xué)習(xí)。 2100433B

本書系統(tǒng)、全面地介紹了礦山壓力的基本理論、觀測(cè)技術(shù)、控制方法等內(nèi)容。共分12章,內(nèi)容包括:巖石及巖體的基本性質(zhì)、礦山壓力及礦山壓力顯現(xiàn)、采煤工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律、采煤工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律、礦山壓力觀測(cè)儀器、采煤工作面礦山壓力觀測(cè)、巷道礦山壓力觀測(cè)、礦山壓力觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與處理、采區(qū)巷道礦山壓力控制、采煤工作面礦山壓力控制、采煤工作面頂板事故的防治、煤礦沖擊地壓等。

本書是高等院校及高等職業(yè)技術(shù)教育采礦工程、礦井建設(shè)、通風(fēng)與安全等專業(yè)的教學(xué)用書,可供從事采礦工程技術(shù)人員參考。