采礦工程專業(yè)礦山壓力與巖層控制實指導書

山東科技大學精品課程

《礦山壓力與巖層控制》實習指導書

《礦山壓力與巖層控制》是一門實踐性和工藝性較強的課程，因此生產(chǎn)現(xiàn)場實習是一個非常重要的教學環(huán)節(jié)�！兜V山壓力與巖層控制》實習安排在采礦工程專業(yè)認識實習和應用實習之內，實習的目的要求及具體安排如下：

第一階段：認識實習

一、實習時間：安排在大學二年級認識實習之內。二、實習目的

對采場和巷道礦山壓力有一個概況的了解，獲得采場推進、巷道布置、采場和巷道礦山壓力顯現(xiàn)以及頂?shù)装灏踩�管理等方面的知識，為今后學習《礦山壓力與巖層控制》課程打下一定的基礎。三、實習內容

1．聽取礦井總體技術報告，其中包括：煤礦地質報告；礦井采場和巷道礦山壓力監(jiān)測和支護設備技術特征報告，安全管理技術報告。

2．收集和閱讀現(xiàn)場有關資料

為更清楚地了解礦井地質情況、采場和巷道支護方式及技術操作規(guī)程等，還必須閱讀有關資料并做好筆記。主要閱讀的資料有：采場及巷道頂?shù)装鍘r性柱狀圖；采場及巷道頂?shù)装逯ёo設計方案圖；采場及巷道頂?shù)装逯ёo設計規(guī)程，先進技術和先進經(jīng)驗總結等。

3．井下參觀

①井下礦山壓力的來源：如覆蓋巖層的重力；構造運動的作用力；巖體膨脹的作用力，包括巖體因溫度升高或遇水膨脹而產(chǎn)生的力等。

②井下礦山壓力顯現(xiàn)形式：如巷道兩幫、頂?shù)装宓倪\動，支架變形和支架承受荷載的增減。

③采場上覆巖層的運動形式和現(xiàn)場判斷方法，如井下頂板動態(tài)儀觀測測區(qū)布置，采區(qū)頂?shù)装逡苿铀俣惹�線等；采場上覆巖層縱向運動發(fā)展規(guī)律的測定方法，如鉆孔觀測，工作面支柱承載值測定法；上覆巖層運動沿采場推進方向上發(fā)展規(guī)律的測定方法。四、實習進程安排

《礦山壓力與巖層控制》實習安排在采礦工程認識實習計劃之內，具體安排如下表所示：

《礦山壓力與巖層控制》認識安排計劃表

順序123456實習工作內容準備赴礦聽取技術報告收集資料、閱讀資料井下參觀編寫實習報告結尾工作，返校1．實習期間穿插現(xiàn)場教學備注2．實習內容安排可根據(jù)實習礦井的情況由指導教師確定，但總時間應保證五、編寫實習報告

①根據(jù)實習指導書的要求，收集有關資料，編寫實習報告，報告格式參考認識實習報告格式。

共計7天工作天數(shù)111121第二階段：應用實習

一、實習時間：安排在大學三年級應用實習之內。二、實習目的

1．鞏固已學過的《礦山壓力與巖層控制》有關專業(yè)知識，對該課程中實踐性較強

的知識作進一步的深入理解。

2．深入現(xiàn)場進行采場及巷道頂?shù)装逡苿雍椭Ъ苤ёo阻力監(jiān)測的實際操作，熟悉操作過程，掌握一定的操作技能。

3．學習高產(chǎn)高效礦井先進的頂?shù)装骞芾斫?jīng)驗，以豐富和擴大學生的知識面，對目前生產(chǎn)中所存在的礦壓問題進行研究，并提出自己的解決問題的看法。三、主要實習內容

井下實習

熟悉井下生產(chǎn)系統(tǒng)，巷道名稱及空間位置關系，了解井下的支護設備及其安裝的地點。主要實習內容如下：

①不同采場類型的特點，如一般采場，緩沉采場，整體塌垮采場。

②直接頂厚度的實測研究方法，如注水法，直接觀測法，電磁法和微地震法；老頂厚度的實測研究方法，如頂?shù)装逡平�速度測定法。

③采場來壓時支架與圍巖關系，“給定變形”工作狀態(tài)，“限定變形”工作狀態(tài)。④采場與巷道支架類型，如木支柱，金屬摩擦支柱（急增阻、微增阻），單體液壓支柱（內注式、外注式），液壓支架（支撐式、支撐掩護式、掩護支撐式、純掩護式）；支護方式：帶帽點柱支護方式，棚子支護方式，密集切頂支護方式等；合理支護密度的計算。

⑤巷道沿走向的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；采區(qū)斜巷沿傾斜方向的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；巷道變形與破壞的基本形式；五種類型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類）巷道的特點；實體煤中的順槽設計，如沿空留巷、沿空掘巷和小煤柱送巷三種情況；煤體邊緣處于彈性變形和塑性變形狀態(tài)條件下正確選擇巷道開掘的位置和時間的依據(jù)。

⑥結合采區(qū)和巷道周圍圍巖性質，說明圍巖性質對煤層巷道圍巖變形的影響。⑦沖擊地壓的解危措施，如煤層爆破卸壓，鉆孔卸壓，誘發(fā)爆破等；放頂煤采場頂

板結構形式及支架-圍巖關系；礦柱支護采礦法中礦房礦柱布置設計方法；礦柱支護采礦法中礦壓控制方法。四、實習進程安排

《礦山壓力與巖層控制》實習安排在采礦工程生產(chǎn)實習計劃之內，具體安排如下表所示：

《礦山壓力與巖層控制》實習安排計劃表

順序1234567實習工作內容準備赴礦聽取技術報告收集資料、閱讀資料井下參觀小組專題討論編寫實習報告結尾工作，返校3．實習期間穿插現(xiàn)場教學備注4．實習內容安排可根據(jù)實習礦井的情況由指導教師確定，但總時間應保證五、編寫實習報告

①根據(jù)實習指導書的要求，收集有關資料，編寫實習報告，報告格式參考應用實習報告格式。

②為深入了解礦井礦山壓力控制方式及擴大知識眼界，可根據(jù)實習礦井所遇到的與礦山壓力控制有關的技術問題，按小組進行討論，通過查閱文獻，寫出解決方案。

共計10天工作天數(shù)1122121

擴展閱讀：《礦山壓力與巖層控制》實驗指導書

《礦山壓力及其控制》

實驗指導書

資源與材料工程系采礦工程實驗室

學生實驗守則

一、每次實驗前必須做好復習和預習。復習的內容為教科書上有關本次實驗的教學內容；預習內容包括仔細閱讀實驗指導書和去實驗室熟悉有關儀器設備。

二、經(jīng)過預習應掌握該項實驗的意義、目的、操作步驟。對實驗指導教師提出的檢查性問題，應能回答，否則不得進行實驗。

三、實驗時態(tài)度應嚴肅認真，嚴格按教師及實驗指導書上所講的操做步驟進行實驗，每臺設備應按操作則進行，以免損壞設備或造成事故。

四、實驗結束后，應在規(guī)定時間內提交實驗報告。實驗報告必須獨立完成。書寫、計算、制圖要求公式、計算過程、單位齊全、清晰整齊。實驗成績是期終考核成績的一部分。五、如實驗結果未能達到要求或因故未做實驗者，應申請補做實驗，實驗室同意后，在指定日期內進行補做。

實驗一單體支柱工作性能實驗

1.實驗目的

1.掌握單體液壓支柱工作特性試驗方法；

2.繪制支柱特性曲線，了解單體液壓支柱工作特性；3.學會YE-201*液壓式壓力試驗機正確操作方法。2.實驗設備、材料及工具

1.YE-200TA液壓試驗機1臺；2.WZ14-30/100單體液壓支柱1根；3.DY-63型液壓油泵1臺；4.D-Ⅲ型頂板動態(tài)儀1臺；5.老虎鉗1把；

6.鐵絲4-5米。3.實驗步驟

1.將單體液壓支柱放在試驗機上放在試驗機下承壓板上中心，用鐵絲繞支柱成“8”字型捆牢，調整試驗機的上承壓板位置與支柱接觸；2.選擇試驗機500KN度盤，掛上相應的擺砣；

3.啟動試驗機，使試驗機托輪離開軌道約10mm左右，再調整試驗機上承壓板位置；4.將注液搶與液壓泵聯(lián)接，并與支柱接通，啟動液壓泵，緩緩打開注液槍的注液閥向支柱下腔注液，使活柱上升初力達到70KN左右時，停止注液；

5.安裝頂板動態(tài)儀，調整頂板動態(tài)儀與支柱平行，記錄下初讀數(shù)；

6.緩緩打開送油閥，以20KN/min的速度均勻加載，每隔20KN讀一次讀數(shù)，直到支柱的額定載荷，加載過程中載荷和壓縮量填入表1；

7.當支柱加載達到額定載荷時應立即停止加載，關閉送油閥,打開回油閥，使下承壓板降至原來位置，可操縱操作手把打開支柱卸載閥，活柱在自重的作用下復位；

8.實驗重復進行3次，實驗人員輪流操作進行。四、繪制支柱工作特性曲線

根據(jù)上面實驗獲得的資料，以縱坐標為載荷（KN），橫坐標為活柱下縮量（mm）繪制支柱工作特性曲線，單體液壓支柱工作特性曲線如圖1。

表1-1單體液壓支柱特性實驗記錄表1-1載荷/KN0204060801001201*0160180201*40260280300320壓縮量/mm壓力表讀數(shù)/MPa備注

△S/mm

△S1增阻階段的可縮量；△P-恒阻時波動液壓值

P0P/KNPP△P△S1圖1-2單體液壓支柱特曲線實驗2相似材料的配比試驗

一、實驗目的

1.掌握相似材料配比試驗過程；2.了解影響相似材料強度的主要因素；3.學會測定標準試塊的單軸抗壓強度；

3.了解礦山壓力相似材料模型的制作及試驗研究方法。二、實驗設備、材料及工具

1.模塊規(guī)格100mm×100mm×100mm1套；

2.臺秤1臺；3.巖石力學伺服試驗機1臺；4.細紗、碳酸鈣、石膏、硼砂、水；

5.披灰刀、鐵锨。三、實驗步驟

1.根據(jù)標準模具體積，計算出每組3塊標準試塊的總重，可按下式計算：

G=kV1*Υ

式中：G-制作試塊材料總重量，kg/m3；k-損失系數(shù)，一般為1.2～1.3；

V1-單個試塊體積，m3；Υ-標準試塊的容重，kg/m3。

根據(jù)配比號，以配比號（737）為例，砂膠比為7：1，即A:B:(1-B），再計算出各組分的重量，既砂子、碳酸鈣(輕質Caco3)、石膏、硼砂、水的含量填入表2，各組分材料所需要重量計算按下式計算：

砂子：W1AGA1B碳酸鈣：W2G

A11B石膏：W3G

A1水：W4(W1W2W3)0.1硼砂：W5W40.001式中：

式中：A-砂子的份額；B-膠結物的份額；2.根據(jù)每組配比號所需的各種材料重量計算表，嚴格在臺秤上秤取砂子、碳酸鈣、石膏的重量，并放在一起攪拌均勻。同時將秤好重量的硼砂，放入稱好重量的水中，待融化后加入攪拌料中，進一步攪拌，將干料攪拌成均勻的濕料；

3.將濕料分3～4次均勻地加入試模中，并逐次逐個搗實試模，待濕料凝固后將試塊緩慢地進行脫模，然后在試塊上標注材料的配比號，在室內養(yǎng)護3-7天；

4.將養(yǎng)護好的試樣在臺秤上秤出每組試件的總重量，計算出每組相似材料的平均容重。5.將試樣在試驗機上進行單軸壓縮試驗，求出每組相似材料的平均抗壓強度。

表2砂子、碳酸鈣、石膏相似材料配比表砂膠比配比號容重砂子/Kg.m-3/Kg碳酸鈣/Kg石膏/Kg硼砂/Kg水/Kg抗壓強度/MPa彈性摸量/GPa3373:13553734374:14554735375:15555736376:16556737377:175577315001500150015001500150016001600160017001700170017001700170011~；水中硼砂的濃度1‰；配比號的含義：砂:碳酸97備鈣:石膏＝A：B：(1-B)時,砂膠比為A:1。注砂子為干燥后的細河紗。水的含量為試件重量的四.實驗要求

1.每班分2-3組，每組制作一種砂膠比。

2.抗壓強度實驗采用的試塊，為上一組同學制作。3.實驗后兩周內提交實驗報告。實驗三礦壓觀測儀器儀表的演示實驗

一、實驗目的及要求：

1.熟悉常用礦壓觀測儀器儀表的原理及構造；2.掌握工作面和巷道的“三量”的觀測方法。。

二、礦壓觀測儀器儀表原理、構造和使用方法1.位移觀測儀器：

A.測桿；B.測槍；

C.測尺；

D.數(shù)顯式頂板動態(tài)儀；E.表顯式頂板動態(tài)儀；F.數(shù)顯式頂板報警儀；G.收斂計；

H.多點位移計；I.頂板離層儀；

位移觀測儀器主要用于工作面、巷道的位移觀測，研究工作面頂?shù)装寤蛳锏绹鷰r運動規(guī)律，預測預報頂板活動狀況，為支護設備的選型以及安全生產(chǎn)提供指導依據(jù)。其中A～G觀測儀器主要用于工作面、巷道圍巖表面位移的觀測，而H和I觀測儀器主要用于工作面、巷道巖體內部的位移觀測；巷道位移觀測點的布置如圖1-1，工作面頂?shù)装逦灰朴^測點布置如圖1-4。

111253542267331-頂板；2-頂板測點；3-頂梁；4-支柱；5-推進方向；底板測點；7底板

1-頂板測點2-兩幫測點；3-底板測點；4-圍巖

圖1-2工作面頂?shù)装逡平�量測點布置圖1-1巷道移近量測點布置

2.載荷觀測儀器：

A.鋼鉉式測力計；B.機械式測力計；C.電感式測力計；D.液壓式測力計；E.液壓枕；F.鉆孔液壓枕；G.漲楔式液壓枕H.錨索測力計；I.錨桿側力計；J.錨桿扭矩扳手；K.錨所漲拉千斤頂；L.園圖式壓力自記儀。

載荷觀測儀器主要用于工作面、巷道的載荷觀測，研究工作面頂?shù)装寤蛳锏绹鷰r與支架相互作用關系，為支護設備的選型、支護密度，支護強度的設計提供依據(jù)以及安全生產(chǎn)提供指導依據(jù)。其中A～E觀測儀器主要用于工作面、巷道圍巖與支架載荷觀測；F和G觀測儀器主要用于工作面前方煤巖體內部超前支承壓力觀測；H～K主要用于錨桿受力狀態(tài)的檢測（包括初錨力和錨固力），L用于綜采支架載荷的觀測；巷道支架載荷觀測點布置如圖1-3，工作面頂支架觀測點布置如圖1-4。

112

324

573564

6

1-頂背板2-頂測力計；3-頂梁；1-頂板；2-頂梁；3支柱-；4-測力計；

4-幫背板；5-幫測力計；6-支腿5-推進方向；6-底板；7-煤

圖1-3巷道壓力觀測點布置圖1-4工作面支柱載荷觀測點布置

3.其他觀測儀器：

A.電阻應變片；B.空心包體應變計；C.孔徑變形應變計；D.環(huán)氧樹脂應變計；E.混凝土應變計；F.銀泊式應變計；G.液壓電阻式傳感器；H.電阻式位移計；I.測力銷；J.聲波傳感器

K.圍巖裂隙測定儀。七、回答問題

1.工作面、巷道礦壓觀測主要有哪些內容？2.影響礦壓觀測結果的主要因素有哪些？3.你對本實驗的建議和意見。

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