KJ矿山地压监测系统A.doc

KJ616矿山地压监测A
1.1、系统介绍

矿山安全技术研究所研制的采空区稳定性全自动化网络监测系统，通过监测采空区围岩和支护结构的应度地降力、应变、位移信号，对多种参数进行综合监测与集成分析，最大限度的实现各种监测指标的互补，从而大幅低了监测系统的成本，提高了灾害监测的准性，实现采空区灾害的实时监测与预警。

系统特点
1、关键指标能自动监测和报警
2、系统操作方便
3、后期投资费用少

1.2、监测的内容和系统功能
1、巷道变形收敛监测
2、支护结构受力监测
3、围岩结构应力破坏监测
4、地表沉陷与建筑物破坏监测

5、数据实时显示与查询
6、自动化采集、通讯、存储
7、远程数据访问
监测的目的主要是：根据采场地压活动的一般规律，在矿体回采过程中，对空区上部顶板和两侧的矿岩及矿体内应力大小及变化情况，形成一套完整的监测系统，及时准确掌握空区周边围岩变化情况及井下地压变化情况，完善矿山地压安全监测控制技术，避免灾害事故，确保安全生产。
一般矿山监测的主要内容：一、监测空区周边围岩的应力变化情况；二、监测回采分段的应力变化情况。

1.3、监测网布置
监测网布置原则：
为了观测受开采影响的岩体是否破坏，采集到可靠和全面的岩体变化情况，根据技术和经济的可能条件，力求体现以下原则：
（1）地压监测是一个长期的过程，布设的监测网应与矿山开采现状相结合，考虑矿山长、短期的监测布置；
（2）地压监测网的布设与矿山的生产紧密结合，对开采区域实行重点监测，以保障开采区域的安全，立足矿山的现有开采条件；
（3）地压监测网内的观测手段多样化。同时采用压力监测、位移监测、岩体声发射监测等多种地压监测手段。
（4）根据现场实际和适用性，恰当地选择地压观测仪器的种类、规格型号及其埋设方式。

1.4、监测方法和监测设备选择的准则
一个完善可靠的矿山地压监视系统应包括：及时的符合实际需要的网点布置、正确的监测方法、可靠的监测技术、设备和科学的分析手段，因此，准确选择好监测方法和监测设备是监测工作成功的关键。根据矿山的实际情况及监测要求，本次地压监测工作在选择监测方法和监测设备时我们确定以下原则：
①监测方法技术成熟、安全可靠，方法适用；
②监测数据准确、监测设备稳定、可靠，尽可能降低设备成本。
1、监测方法的选择
根据各种地下工程体应力（压力）产生的机理及表现形式，目前国内外各种地下工程岩体的监测大致分为：原岩应力及应力（压力）变化测量、变形位移测量、外观形态和内部微破坏的监测三种形式。常用的监测方法有：水准测量、沉降测量、围岩体内部位移测量、开挖空间的收敛测量、围岩体内应力测量、围岩体内破坏状况测量、围岩体内破坏过程的声频测量等。各种监测方法有其一定的监测适用范围，在选择监测方法时应依据具体的监测目的和要求、测量的精度要求、地下工程体的环境状况、围岩体的力学特性等进行针对性的选择。根据本次监测的目的和内容以及金源金矿岩体的力学特性，本次地压监测拟选择进行：
①沉降测量
②围岩体内应力测量
③围岩体内部位移测量
④围岩体内破坏过程的声发射测量

根据目前矿区实际情况，选择围岩体内应力测量、围岩体内破坏过程的声发射测量。
2、监测设备的选择
在地下工程体的监测中，根据监测方法的不同使用的监测设备不同，在同一种监测方法中，依据监测设备使用的位置、监测的对象、监测目的的不同使用的仪器设备也不相同，总体来说，根据上述监测分类，各类中常用的监测设备有：
①应力（压力）变化测量设备有：空芯包体应力计(压力计)、压磁应力计、钻孔应力计、压力盒、测力计、应变计、液压计、光弹应力计等；
②内部微破坏的监测设备有：声波仪、声发射仪等。

如下是所用的几种传感器的性能指标和技术参数：
顶板位移传感器

仪器名称
型号
分辨率
量程
外形尺寸
特点
直径
长度
顶板位移传感器
SZZX-Q050B
≤0.03
50mm
Φ26
100
全不锈钢结构
顶板位移传感器
SZZX-Q100B
≤0.05
100mm
Φ26
150
全不锈钢结构
顶板位移传感器
SZZX-Q200B
≤0.15
200mm
Φ26
260
全不锈钢结构
顶板位移传感器
SZZX-Q300B
≤0.2
300mm
Φ26
350
全不锈钢结构

应变传感器
仪器名称
型号
标距
分辨率
量程（με）
外形尺寸
特点
直径
长度
应变传感器
SZZX-A130B
130
1με
±1500
Φ24
134
不锈钢结构
应变传感器
SZZX-A150B
150
1με
±1500
Φ24
154
不锈钢结构
应变传感器
SZZX-AXXX
定做
1με
±1500
定做
定做
定做

压力传感器

仪器名称
型号
分辨率
量程
外形尺寸
特点
直径
长度
压力传感器
SZZX-Ea02B
≤0.05% F.S
0.2MPa
Φ88
22/31
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea04B
≤0.05% F.S
0.4 MPa
Φ88
23/31
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea06B
≤0.05% F.S
0.6 MPa
Φ88
24/32
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea10B
≤0.05% F.S
1.0 MPa
Φ88
24/32
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea20B
≤0.05% F.S
2.0 MPa
Φ98
25/33
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea30B
≤0.05% F.S
3.0 MPa
Φ98
26/34
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea40B
≤0.05% F.S
4.0 MPa
Φ98
26/34
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea50B
≤0.05% F.S
5.0 MPa
Φ98
27/35
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-Ea60B
≤0.05% F.S
6.0 MPa
Φ98
28/36
稳定、可靠
压力传感器
SZZX-EaXX
≤0.05% F.S
定做
定做
定做
稳定、可靠

一、岩体应力测量
回采时的岩体压力监测，根据位置和精度要求的不同可选用钻孔应力计进行测量。
二、岩体声发射测量
为了解矿柱回采时的岩体破坏情况,采用声发射仪对岩体微破裂产生的声发射进行监测与定位。
声发射仪按通道的数量可分为单通道声发射检测仪和多通道声发射源定位和分析系统。单通道声发射检测仪可进行声发射信号的多种分析，但无法进行声源定位；多通道声发射源定位和分析系统则可进行多种分析和定位。目前单通道声发射检测仪多为便携式，用于井下监测方便，且价格远低于多通道声发射源定位和分析系统，现场使用较多。多通道声发射源定位和分析系统目前多采用电缆线连接探头和主机进行实时监测，信息准确性和可靠性较高。

1.5、监测仪器的安装和使用

地压监测通常都是多方面、多手段的综合监测。根据此次监测范围大、兼顾短期及长期监测等因素。本着简单、实用、经济的原则选用以下几种监测手段：
(1)采用钻孔应力计测量压力变化值；
(2)采用声发射仪器监测空区围岩的变化；
钻孔应力计
钻孔应力计有振弦式和液压式两种形式，均属于电测元件。本方案采用的是振弦式，可以实现远距离监测和自动记录，有利于地压监测自动化。
工作原理：通过岩体应力变化引起钻孔变形，此变形传递至测量元件，引起元件中钢弦张力的变化，钢弦的共振频率和振动产生的电流随之发生变化。因此，测量仪表通过测量电流，并由电流—振弦振动频率—振弦张力—钻孔变形— 岩体应力变化之间的关系即可获得围岩压力的变化。
钻孔应力计以钢弦作传感元件，数字讯号输出，具有灵敏度高、抗干扰能力强、长期稳定性好、可以遥测、使用方便、过程操作重复性好等优点。
圆形承压板和油压枕间是面接触滑动配合。当油压枕固定，承压板可沿面滑动，直径随之扩大，以保证承压板与钻孔壁接触之后较快接受来自岩体的压力。
油压枕是受力敏感部分，枕内充满不可压缩的真空油体，并通过导管通往传感头，构成一密封的液压系统。其工作过程是：当岩体压力经过承压板作用油压枕上，使其受压变形后，油体压力均匀地作用在传感头的弹性膜板上，使

之挠曲变形。一端固定在膜板上的钢弦应力受其控制而变化，钢弦的自振频率也发生相应变化，弦的张力越大，其自振频率越高。每台压力传感器出厂前都进行了标定，标定压力按满量程的10%逐级增加，共十一点（包括零点），由标定数据整理出输入压力——输出频率曲线，通过SY-2型便携式传感器数据检测仪接收压力传感器的输出信号f值，对照压力——频率曲线可查出对应的压力值。
用数学计算的方法，也可得到较高的精度：

式中 ——第i次测量的压力。i=1、2、3……
——初始频率
——实测频率
——截距（常数）
——系数