1前言

　　近幾年來，位于山東省濟(jì)寧市范圍內(nèi)的省直屬煤礦和在此開采的淄博、棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）公司所屬煤礦以及兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司各煤礦，針對以前在井下各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中儀表儀器使用方面存在的問題進(jìn)行了深入的分析，與有關(guān)單位共同開展了科技攻關(guān)，提出解決方案并且在井下現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，不僅有力地保障了礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行，而且有效地消除了安全事故的發(fā)生。

　　2瓦斯、通風(fēng)方面

　　2.1智能瓦斯巡檢系統(tǒng)的研制應(yīng)用

　　瓦斯巡檢一直存在著數(shù)據(jù)手工記錄、監(jiān)督困難、歷史數(shù)據(jù)查詢麻煩及不能根據(jù)歷史記錄直接進(jìn)行分析等問題。由山東省岱莊生建煤礦與濟(jì)南東之林電器公司研制的智能瓦斯巡檢系統(tǒng)能自動(dòng)記錄瓦斯檢查員姓名、到崗到位時(shí)間、巡檢地點(diǎn)及巡檢內(nèi)容，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理、生成現(xiàn)場需要的各種報(bào)表，從而便于準(zhǔn)確掌握瓦斯檢查員到崗到位情況，為杜絕空班、漏檢及假檢現(xiàn)象的發(fā)生提供了新的技術(shù)手段。

　�、畔到y(tǒng)工作原理。

　　智能瓦斯巡檢系統(tǒng)是由XJ-Ⅱ型巡檢儀、地點(diǎn)卡、班次卡、人員身份識別卡、計(jì)算機(jī)和主站軟件六部分組成的。管理人員利用主站軟件將巡檢路線、巡檢點(diǎn)、巡檢項(xiàng)目、巡檢人員等信息錄入計(jì)算機(jī)，制定巡檢計(jì)劃，然后將計(jì)劃下發(fā)到巡檢儀中，并且在井下每個(gè)瓦斯檢查牌板上安裝一個(gè)射頻地點(diǎn)卡。瓦檢員攜帶巡檢儀讀取自己的身份識別卡和班次卡，然后到各個(gè)檢查點(diǎn)巡查，并用巡檢儀掃描地點(diǎn)卡，檢查點(diǎn)的具體名稱和實(shí)際到達(dá)時(shí)間就被儲存在巡檢儀中。瓦檢員用光學(xué)瓦檢儀進(jìn)行瓦斯檢查，并按巡檢儀提示依次輸入該點(diǎn)瓦斯?jié)舛�、二氧化碳濃度、溫度以及監(jiān)控探頭顯示濃度等數(shù)據(jù)，這樣就完成了一個(gè)點(diǎn)的瓦斯檢查工作。按照同樣的方法，瓦斯檢查員對巡檢路線其它各個(gè)點(diǎn)依次進(jìn)行巡回檢查。瓦檢員升井后，將該班次巡檢儀交給管理人員，由管理人員將巡檢儀數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)并存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，然后以目前流行的Excel電子表格形式輸出瓦斯檢查班報(bào)和日報(bào)，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存作為歷史記錄以備隨時(shí)查詢和打印。

　�、浦饕浖Y(jié)構(gòu)。

　　①檢測作業(yè)計(jì)劃信息輸入模塊。巡檢計(jì)劃的編制包括響應(yīng)的部門、專業(yè)、巡檢儀、地點(diǎn)卡及其現(xiàn)場位置、計(jì)劃內(nèi)容、巡檢方法及內(nèi)容等信息。

　�、谘矙z管理信息查詢和統(tǒng)計(jì)輸出模塊。系統(tǒng)信息可以按照用戶設(shè)置的條件（何人、何時(shí)、何地、何事及何結(jié)果等相關(guān)字段）任意組合查詢。巡檢系統(tǒng)提供多種查詢方式（按地點(diǎn)、檢測員工號、日期或時(shí)間段等）。系統(tǒng)信息以目前流行的數(shù)據(jù)庫（Excel、Access等）進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。

　�、郛惓�(shù)據(jù)處理模塊。系統(tǒng)將檢測過程中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分類，生成的異常數(shù)據(jù)歸入“異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”模塊管理。通過對巡檢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，找出異常地點(diǎn)數(shù)據(jù)，可清楚看出各地點(diǎn)異常情況。系統(tǒng)提供統(tǒng)計(jì)、清單、明細(xì)和報(bào)表四個(gè)功能。

　�、苈z統(tǒng)計(jì)模塊。該模塊的主要功能是考核巡檢員能否按計(jì)劃要求完成巡檢，以此來衡量巡檢員工作質(zhì)量。漏檢情況可按班組和具體人員等統(tǒng)計(jì)。通過統(tǒng)計(jì)對比發(fā)現(xiàn)巡檢人員對巡檢工作的認(rèn)真程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作存在的問題和漏洞并加以改正。

　　2.2煤礦常用甲烷檢測儀器的校準(zhǔn)

　　兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司礦山救護(hù)大隊(duì)對煤礦常用甲烷檢測儀器的校準(zhǔn)進(jìn)行了總結(jié)。

　�、殴飧缮婕淄闇y定器。

　　其原理是：兩相干光經(jīng)過不同的氣體時(shí)，由于密度不同，折射率也不同，因而產(chǎn)生光程差。當(dāng)兩光束相遇的時(shí)候，光程差決定干涉條紋的移動(dòng)，條紋移動(dòng)量隨氣體密度變化而改變，氣體折射率的差值也隨之改變。當(dāng)混合氣體成分比例變化即成分氣體濃度變化時(shí)，其密度也會改變，從而可從干涉條紋的移動(dòng)判斷氣體的成分（濃度）。光干涉甲烷測定器的校準(zhǔn)是指在規(guī)定條件下，對儀器量值與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)量值進(jìn)行復(fù)現(xiàn)操作的過程。檢定是指依據(jù)檢定規(guī)程對儀器計(jì)量性能進(jìn)行判定的一系列工作；檢定比校準(zhǔn)要求高，一般由有資質(zhì)的計(jì)量部門進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用中對光干涉甲烷測定器的日常校準(zhǔn)采用壓力校準(zhǔn)法和標(biāo)準(zhǔn)氣樣校準(zhǔn)法。①壓力校準(zhǔn)法。其原理是：一定濃度的甲烷氣體折射率對應(yīng)一定溫度條件下對應(yīng)壓力的空氣折射率，利用外接加壓裝置對甲烷氣室進(jìn)行加壓至相對應(yīng)的壓力，讀出儀器示值，看是否在誤差范圍內(nèi)來判定儀器的準(zhǔn)確性。不同溫度下對應(yīng)的壓力按照溫度為20℃時(shí)的壓力進(jìn)行折算。②標(biāo)準(zhǔn)氣樣校準(zhǔn)法。這是用標(biāo)準(zhǔn)氣樣對光干涉甲烷測定器進(jìn)行比對的校準(zhǔn)方法。校準(zhǔn)時(shí)特別要注意檢測儀器吸氣取樣完畢后及時(shí)和有壓力的氣體源分離，以避免因壓力存在造成誤差，同時(shí)注意溫度修正，以確保校準(zhǔn)準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)氣樣濃度與對應(yīng)儀器應(yīng)得讀數(shù)關(guān)系可用公式計(jì)算。

　�、拼呋紵郊淄闄z測報(bào)警儀。

　　煤礦常用便攜式甲烷檢測報(bào)警儀目前絕大部分為催化燃燒原理的甲烷測定器。該儀器原理是：利用甲烷在載體催化元件上發(fā)生氧化燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量并引起電阻值的變化，然后利用轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)甲烷濃度值的測量。載體催化元件（俗稱黑白元件）是甲烷便攜儀的主要部件，其具有雙值性，即在一定濃度范圍內(nèi)，元件輸出的電信號與甲烷濃度成很好的正比例線性關(guān)系，然而到一定濃度時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，甲烷濃度和元件輸出的電信號不再呈規(guī)則的線性關(guān)系，之后呈現(xiàn)反比例關(guān)系。常用的甲烷檢測儀在0～4%范圍內(nèi)讀值精度非�？煽�。但是，該儀器壽命較短，一般現(xiàn)在廠家承諾的壽命即元件活性下降到50%所需的時(shí)間不少于一年，同時(shí)元件的受到環(huán)境的影響比較大，礦井的硫化物會使元件出現(xiàn)中毒，環(huán)境的濕度大也會降低元件的活性。另外，當(dāng)催化元件長期工作在低濃度（1%以下）的時(shí)候，突然遇到高濃度的甲烷（5%以上）而后又恢復(fù)到低濃度的情況下工作，這個(gè)時(shí)候的元件活性會提高，即所謂的元件“激活”，會使儀器測量結(jié)果偏高，需及時(shí)進(jìn)行調(diào)校。

　　2.3“數(shù)字光瓦”和便攜式瓦斯檢測儀在瓦斯測定應(yīng)用中的不同點(diǎn)

　　便攜式智能光干涉甲烷測定器(俗稱“數(shù)字光瓦”)和便攜式瓦斯檢測儀的共同點(diǎn)是都能測定甲烷濃度且具有一定精度；有一定的使用期限，需要定期進(jìn)行檢查、維修、校驗(yàn)，定期送有資質(zhì)的安全儀器儀表鑒定機(jī)構(gòu)強(qiáng)檢；具有攜帶方便、操作簡單、安全可靠的特點(diǎn)。淄博礦業(yè)集團(tuán)公司岱莊煤礦通過“數(shù)字光瓦”和便攜式瓦斯檢測儀的對比分析，找出它們的不同特點(diǎn)。便攜式瓦斯檢測儀和“數(shù)字光瓦”各有優(yōu)點(diǎn)和不足，但是均為礦井瓦斯管理中不可缺少的安全檢測儀器，要很好的使用。

　　⑴測定氣體種類不同。

　　由于結(jié)構(gòu)和原理不同，便攜式瓦斯檢測儀只能測定瓦斯的濃度，“數(shù)字光瓦”能測定瓦斯和二氧化碳的濃度，而且它們的測定方式、方法、步驟和顯示方式不同。

　�、茰y定范圍和精度不同。

　�、俦銛y式瓦斯檢測儀。0～2.00%時(shí)精度0.10%；2.00%～3.00%時(shí)精度0.20%；3.00%～5.00%時(shí)精度0.35%；在測定范圍內(nèi)能準(zhǔn)確測定瓦斯?jié)舛�，超出范圍則不能準(zhǔn)確測定瓦斯?jié)舛�，且會損壞儀器。

　�、�“數(shù)字光瓦”。0～10%時(shí)精度0.01%；0～100%時(shí)精度0.1%；在測定范圍內(nèi)能準(zhǔn)確測定瓦斯?jié)舛龋跍y定范圍外雖不能準(zhǔn)確測定瓦斯和二氧化碳濃度，但是不會損壞儀器。

　�、鞘褂闷谙薏煌�。

　　便攜式瓦斯檢測儀不低于1a，“數(shù)字光瓦”l0～15a。

　�、仁褂脮r(shí)的注意事項(xiàng)不同。

　　①便攜式瓦斯檢測儀。

　　在攜帶和使用過程中嚴(yán)禁猛烈摔打、碰撞和被水澆淋或浸泡；使用中發(fā)現(xiàn)電壓不足的是應(yīng)當(dāng)立即停止使用，否則將會影響儀器的正常工作并且縮短電池使用的壽命；熱催化（熱效）式便攜式瓦斯檢測儀不適宜在含有硫化氫的地區(qū)以及瓦斯?jié)舛瘸^儀器允許值的場所中使用，以免儀器產(chǎn)生誤差或者損壞；對儀器每10d使用標(biāo)準(zhǔn)氣樣進(jìn)行校驗(yàn)，確保儀器準(zhǔn)確、可靠。

　　②“數(shù)字光瓦”。

　　攜帶和使用的時(shí)候防止和其它硬物碰撞，以免損壞儀器內(nèi)部零件和光學(xué)鏡片；光干涉條紋不清晰是由于空氣濕度過大，光學(xué)玻璃上有霧粒或灰塵附在上面造成的，可調(diào)動(dòng)光源燈泡解決或由維修人員拆開進(jìn)行擦拭，或者調(diào)整光路系統(tǒng)；空氣中含有一氧化碳、硫化氫等其它氣體將使瓦斯測定結(jié)果偏高，應(yīng)再加1個(gè)輔助吸收管，內(nèi)裝顆�；钚蕴肯蚧瘹溆绊�，裝有40%氧化銅和60%二氧化錳的混合物消除一氧化碳的影響；在火區(qū)、密閉區(qū)等嚴(yán)重缺氧地點(diǎn)，由于氣體成分變化大，用“數(shù)字光瓦”測定瓦斯的結(jié)果會比實(shí)際濃度偏大很多(氧氣濃度每降低1%，瓦斯?jié)舛葴y定結(jié)果約偏大0.2%)，這時(shí)候不準(zhǔn)使用“數(shù)字光瓦”測定瓦斯?jié)舛�；高原地區(qū)的空氣密度小、氣壓低，使用的時(shí)候應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整；儀器不用的時(shí)候要放在干燥地方，并且取出電池，以防腐蝕儀器；定期對儀器進(jìn)行檢查、維修、校正，不得使用帶病或損壞的儀器。

　　⑸其它方面。

　　便攜式瓦斯檢測儀具有操作方便、讀數(shù)直觀、體積小、重量輕、維修方便等特點(diǎn)。“數(shù)字光瓦”操作簡單，安全可靠而且有足夠的精度；但是構(gòu)造復(fù)雜，維修不便。

　　2.4南屯礦使用瓦斯斷電儀有經(jīng)驗(yàn)

　　在沿空掘進(jìn)煤巷和半煤巖巷時(shí)，許多大型煤礦一般都由工作面迎頭便攜式瓦斯檢測報(bào)警儀、瓦斯斷電儀和回風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的瓦斯傳感器組成三位一體的自動(dòng)監(jiān)控單元。為了保證瓦斯超限后能夠立即斷電，瓦斯斷電儀基本都是安裝在掘進(jìn)機(jī)上的。由于瓦斯斷電儀沒有特殊的減振措施，經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作。為了尋求合理的改造方案，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦對此進(jìn)行了研究，并在不影響原電路設(shè)計(jì)本安性能的前提下對軟、硬件進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)。

　　他們發(fā)現(xiàn)因?yàn)檫B續(xù)振動(dòng)而產(chǎn)生誤斷電的主要原因有兩個(gè)：①小信號繼電器在振動(dòng)中易發(fā)生機(jī)械觸點(diǎn)碰合；②校正斷電儀必須調(diào)整電位器，長期使用導(dǎo)致電位器旋鈕松動(dòng)，在振動(dòng)的影響下發(fā)生平衡電橋零點(diǎn)漂移，當(dāng)負(fù)向漂移達(dá)－0.10時(shí)，斷電儀輸出斷電信號使被控設(shè)備斷電。為此，他們對斷電繼電器重新選型，選用固態(tài)繼電器代替原小型繼電器，利用分立器件、集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制回路（輸入端）與負(fù)載回路（輸出端）之間的電隔離及信號耦合，沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)，能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強(qiáng)。

　　為了實(shí)現(xiàn)遙控功能，在硬件方面設(shè)計(jì)了由集成脈沖發(fā)生器及分立元件組成的發(fā)射裝置和由紅外線接收器與單片機(jī)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)接收的裝置。發(fā)射裝置共有4個(gè)遙控鍵，輸出脈沖個(gè)數(shù)分別為7、8、9、10，被單片機(jī)接收后分別執(zhí)行開始／結(jié)束、濃度值上升、濃度值下降和復(fù)位功能。接收裝置為設(shè)計(jì)的核心部分，負(fù)責(zé)完成脈沖接收和處理。此外，他們還進(jìn)行了相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)，盡最大可能解決誤斷電故障，保證掘進(jìn)工作面安全、正常生產(chǎn)。

　　2.5風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測儀并入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司北宿煤礦將風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測儀數(shù)據(jù)通過模擬信號轉(zhuǎn)變并入礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了礦井主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)在調(diào)度室和通防部門等顯示終端在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平和通風(fēng)管理水平。

　�、艈栴}提出。

　　由于該煤礦總回風(fēng)條件惡劣、風(fēng)硐難以進(jìn)入、風(fēng)表檢測煩瑣、U型水柱計(jì)液面上下波動(dòng)等諸多原因的限制，人工測定礦井風(fēng)量和風(fēng)壓的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。他們和中國礦業(yè)大學(xué)采用風(fēng)量、風(fēng)壓智能監(jiān)測儀對風(fēng)硐風(fēng)量和負(fù)壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與運(yùn)算，準(zhǔn)確地在線監(jiān)測礦井總風(fēng)量、礦井負(fù)壓或通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的大小與變化情況，并經(jīng)數(shù)碼管顯示輸出。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓智能監(jiān)測儀必須安設(shè)在主要通風(fēng)機(jī)附近，讀取數(shù)據(jù)必須到南、西風(fēng)機(jī)房查看或電話詢問，不能夠及時(shí)地讀取主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，該礦利用微機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)，將風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測儀并入礦井KJ95安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將礦井風(fēng)量和負(fù)壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度室和通防部門等顯示終端。

　�、乒ぷ髟�。

　�、亠L(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測儀的工作原理。

　　儀器以單片機(jī)為核心，配以傳感器、V/I、A/D、E2PROM、按鍵、數(shù)碼管和電源等外圍元部件組成。傳感器輸出的原始信號經(jīng)過V/I變換，調(diào)理成4～20mA電流信號，流經(jīng)采樣電阻變成電壓信號后，通過V/F變換進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換分辨率超過13位，轉(zhuǎn)換精度高，具有良好的穩(wěn)定性和線性。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲有相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換函數(shù)以及現(xiàn)場工況參數(shù)，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算求出被測量值，經(jīng)數(shù)碼管顯示輸出。

　�、谛盘栟D(zhuǎn)換器的工作原理。

　　對輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，經(jīng)取樣變成電壓信號，再經(jīng)過放大，輸出給V/F轉(zhuǎn)換器，輸出200～1000Hz的頻率信號。實(shí)現(xiàn)了礦井主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

　�、鄄⒕W(wǎng)的工作原理。

　　風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測儀配有風(fēng)量傳感器和負(fù)壓傳感器。傳感器輸出的原始信號經(jīng)過V/I變換，調(diào)理成4～20mA電流信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器對輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流信號取樣變成電壓信號，再經(jīng)過放大，輸出給V/F轉(zhuǎn)換器，輸出200～1000Hz的頻率信號。監(jiān)控分站將采集的含有風(fēng)量和風(fēng)壓信息的頻率信號處理后，傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中心站，并通過中心站主機(jī)顯示器、大屏幕和模擬盤等外設(shè)終端實(shí)時(shí)顯示出來。

　�、菍�(shí)際應(yīng)用。

　　風(fēng)量、風(fēng)壓監(jiān)測儀并入安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)以后，通過幾年來的使用，技術(shù)上先進(jìn)可靠，而且實(shí)用性強(qiáng)。由于信號轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)距離傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，礦領(lǐng)導(dǎo)、調(diào)度室或通風(fēng)部門在局域網(wǎng)上隨時(shí)可看到礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。另外，通防科安全監(jiān)測隊(duì)值班人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異�；蛐盘栔袛嗟裙收�，可及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理，節(jié)約了大量人力和時(shí)間。

　　3地質(zhì)、礦壓

　　3.1便攜式礦井地質(zhì)探測儀在煤礦的應(yīng)用

　　棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）公司新安煤礦在輔助軌道巷和輔助膠帶巷的開拓過程中，揭露F7斷層落差4.5m，傾角50º。為了確定F7斷層走向和延展長度，以便靠近斷層布置3116工作面，提高資源回收率，在相臨的3112運(yùn)輸順槽利用KDZ1114-3型便攜式礦井地質(zhì)探測儀進(jìn)行震波探測，對F7斷層追蹤探測。

　�、盘綔y方法。

　　此次試驗(yàn)采用單點(diǎn)探測方法，即利用聲波在波阻抗不同的介質(zhì)界面反射原理來探測介質(zhì)的速度和厚度。在礦井地質(zhì)中，煤層密度一般情況下多為1.3～1.5t/m3，波速0.8～1.5m/s；巖層密度在2.4～3.0t/m3，波速2.5～3.5m/s。所以，煤、巖界面反射系數(shù)一般比較大，多在0.6以上，是1個(gè)強(qiáng)反射界面，有利于震波反射法進(jìn)行超前探測或煤厚探測。因其采用單個(gè)檢波器來接收單次錘擊所反射回來的聲波，并對此數(shù)據(jù)進(jìn)行解析得到相應(yīng)的結(jié)果，因此稱為單點(diǎn)探測。單點(diǎn)探測技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號來解析計(jì)算目的層距離或厚度的。單點(diǎn)探測接收的反射波是震源在界面的垂點(diǎn)反射回來的反射波，所以解析的距離總是等于或小于實(shí)際位置。探測目的層與探測方向的夾角大于等于60º。

　�、茢�(shù)據(jù)采集。

　�、賲�(shù)設(shè)置。

　　此次測試結(jié)合井下實(shí)際工作條件，實(shí)測過程中采用單點(diǎn)及單道共偏移連續(xù)追蹤方式采集數(shù)據(jù)，在單邊排列調(diào)查的基礎(chǔ)上選擇出信號最佳窗口。采樣間隔100μs，采樣點(diǎn)數(shù)1024個(gè)，前放增益24～48dB，采樣頻率0～1000Hz，通道數(shù)4個(gè)。

　�、谑┕ぴO(shè)備。

　　此次探測采用KDZ1114-3型便攜式礦井地質(zhì)探測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。傳感器聲波檢層法中采用高頻系列檢波器，其頻率響應(yīng)為14～2000Hz。震源視實(shí)際情況分別采用落重法，即用4kg重錘進(jìn)行錘擊啟動(dòng)，具體使用的軟硬件系統(tǒng)設(shè)備主要有：KDZ1114-3便攜式礦井地質(zhì)探測儀主機(jī)；KDZ震波探測解析系統(tǒng)軟件，支持WINDOWS界面；信號傳輸裝置包括4通道信號采集線10m和信號傳輸延長線30m；啟動(dòng)裝置包括多方式啟動(dòng)線4m、啟動(dòng)延長線30m雙接頭和啟動(dòng)觸發(fā)器若干；數(shù)據(jù)通訊裝置包括D89通訊電纜3m接頭和專用打印機(jī)電纜1mDB25轉(zhuǎn)DB36；震源激發(fā)接收裝置包括高阻尼檢波器100Hz×2、10Hz×2以及其它輔助工具。

　　⑶體會。

　　通過震波探測之后，按探測結(jié)果進(jìn)行3116工作面布置，沒有遇到F7斷層，后來通過鉆探驗(yàn)證，斷層位置與探測結(jié)果相差1.2m，效果很好。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用為礦井高產(chǎn)高效提供了技術(shù)保障。KDZ1114-3型便攜式礦井地質(zhì)探測儀作為斷層預(yù)測預(yù)報(bào)以及煤厚探測的理想輔助工具，可以提高采區(qū)的勘探精度，不僅對于指導(dǎo)生產(chǎn)施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重大的指導(dǎo)意義，而且提高了煤巷萬t掘進(jìn)率和綜采工作面回采率，減少了工程施工的盲目性。

　　3.2頂板離層儀在岱莊煤礦的應(yīng)用

　　淄博礦業(yè)集團(tuán)公司岱莊煤礦采用頂板離層儀對巷道進(jìn)行監(jiān)測，合理確定支護(hù)方式及參數(shù)，有效對巷道支護(hù)采取超前措施，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，使掘進(jìn)速度和支護(hù)強(qiáng)度結(jié)合起來，加快了施工的速度。

　　該礦的首采煤層為3上煤層，煤厚2.0～3.2m。煤層頂板裂隙發(fā)育，以粉砂巖為主，次為中砂巖，為復(fù)合頂板。底板以粉砂巖為主，次為泥巖，厚0.54～15.46m。頂板圍巖抗壓強(qiáng)度較低，屬于不穩(wěn)定巖層。順槽采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

　�、艊鷰r松動(dòng)圈的確定。

　�、賴鷰r松動(dòng)圈的測試。

　　采用BA-II型松動(dòng)圈測試儀在1301長壁面頂幫布置測點(diǎn)進(jìn)行觀測。從綜合測試結(jié)果看，原巖整體性較差，波速較低，均小于2.0×103m/s，松動(dòng)圈0.7～1.0m，且這一范圍的劃分標(biāo)志點(diǎn)不明顯，隨時(shí)間推移還有發(fā)展的趨勢，常規(guī)支護(hù)方式難以保證巷道穩(wěn)定。

　�、谑諗孔冃蔚臏y試。

　　由測試結(jié)果看出：巷道初期變形大，后期變形小，所以巷道掘出后初期支護(hù)非常重要，一方面能有效控制巷道初期變形，同時(shí)對后期穩(wěn)定也產(chǎn)生重要影響。

　�、垌敯咫x層的測試。

　　在軌道及皮帶順槽內(nèi)每隔50m安設(shè)1個(gè)頂板離層儀，每個(gè)測孔設(shè)2個(gè)基點(diǎn)，深部基點(diǎn)深度4～5m，布置在頂板砂巖中，淺部基點(diǎn)在錨桿端部深度2～2.5m。根據(jù)頂板離層量對頂板離層進(jìn)行分析。由分析結(jié)果看出：淺層頂板離層較深層嚴(yán)重，淺層頂板的承載力低，深部砂巖頂板變形和離層相對較小。這正是采用錨索支護(hù)的基礎(chǔ)。工程測試結(jié)論：3煤層頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)定性較差、易離層，單一的支護(hù)方式難以有效控制巷道穩(wěn)定，必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際揭露的巷道頂?shù)装鍘r性，合理確定支護(hù)方式及參數(shù)。

　�、苠^桿受力的測試。

　　測試結(jié)果表明頂板錨桿受力明顯大于兩幫錨桿（軌道順槽2#斷面測點(diǎn)），最大載荷為58kN。

　�、频V壓觀測資料的分析。

　�、僦芷趤韷翰骄�。

　　從巷道周期來壓步距數(shù)據(jù)看出：軌道巷外側(cè)是已采區(qū)，皮帶巷外側(cè)是實(shí)體煤，皮帶巷礦壓顯現(xiàn)沒有軌道巷明顯，頂板最大下沉速度僅為軌道巷1/2～1/3；老頂斷裂多位于煤壁前方4～8m，以4m為多；軌道巷老頂初次斷裂在8～12m，其余均在8m范圍內(nèi)。

　　②超前支撐力分布。

　　通過觀測分析可知，超前支承壓力高峰區(qū)約在煤壁前方8～12m，超前巷道圍巖破壞區(qū)約在自煤壁向前8m左右，故應(yīng)加強(qiáng)該段巷道的超前支護(hù)。

　�、巯锏拦潭c(diǎn)收斂變形分析。

　　主要用于觀測工作面推進(jìn)過程中超前支承壓力影響范圍及巷道變形規(guī)律。通過觀測，軌道巷兩幫移近量較大，累計(jì)移近量達(dá)306mm，頂?shù)滓平績H為35mm，說明煤層擠出現(xiàn)象嚴(yán)重應(yīng)加強(qiáng)兩幫煤層支護(hù)。工作面回采過程中的超前影響范圍大致在70～80m，頂板下沉速度顯著增加的范圍在工作面前方20～30m。

　　3.3煤層靜壓式底板比壓儀的應(yīng)用

　　煤礦井下采煤工作面的綜采液壓支架在松軟底板下使用的時(shí)候發(fā)生移架和運(yùn)煤溜子頂起，其重要原因之一就是底板容許比壓過小，使得底板遭到支護(hù)體的破壞和支架被壓入底板所致。濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)花園煤礦測定了煤層底板巖層的容許比壓等力學(xué)參數(shù)，對采場底板控制的設(shè)計(jì)和支架適用性分析具有重要意義。

　�、殴ぷ髅娓艣r。

　　首采工作面為-500m綜采工作面，開采3#煤層，設(shè)計(jì)為條帶開采，走向長259m、傾向長33.6m。工作面煤層賦存穩(wěn)定，煤層可采厚度2.13～3.55m，平均厚度2.70m。工作面煤層頂板依次為：厚度5.45m的粉砂巖，深灰色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，水平及微波狀層理，含大量黃鐵礦薄膜及植物化石碎片；厚度32.50m的中粒砂巖，灰白色，厚層狀，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，成分以石英為主，分選磨圓較好，具炭化面，夾泥巖條帶等。工作面煤層底板依次為：厚度2.85m的泥巖，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含大量黃鐵礦薄膜及植物根部化石；厚度6.72m的粉砂巖，深灰色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，波狀層理發(fā)育，中部夾細(xì)砂巖條帶，裂隙發(fā)育，巖石破碎。

　�、频装灞葔簻y試。①方案。采用DYB-3型靜壓式底板比壓儀對底板比壓進(jìn)行測試。由于比壓儀頂蓋比底座壓模的承壓面積大，儀器產(chǎn)生的推壓力對底板產(chǎn)生的比壓大于頂板，因此當(dāng)儀器施壓時(shí)主要是向下延伸，并使底座壓模壓入底板。壓模壓入底板的深度是隨著對底座壓模產(chǎn)生的比壓（可通過壓力表所示的油缸壓力換算而得）的變化而變化的，所以底板比壓儀器的安裝和使用要點(diǎn)是垂直于頂、底板，接觸真頂和真底。在工作面內(nèi)均勻選點(diǎn)。②結(jié)果。對工作面進(jìn)行了3個(gè)測站的底板比壓測試，根據(jù)底板巖性狀況均統(tǒng)一選擇Φ100mm的壓模。根據(jù)原始觀測記錄，整理出各次的壓入量hi值，再整理出各次泵壓的壓模底板比壓值，繪出曲線圖。由曲線圖可知第一階段和第二階段之間的交點(diǎn)為底板表分層臨破壞前的拐點(diǎn)。此拐點(diǎn)的比壓值即為該測點(diǎn)的底板抗壓強(qiáng)度值。工作面煤層底板的極限比壓（亦稱第一極限抗壓入強(qiáng)度）是各測站實(shí)測底板比壓的統(tǒng)計(jì)平均值。第一、第二、第三測站的底板抗壓強(qiáng)度值分別為10、14、11MPa，底板剛度值分別為1.429、3.500、1.222MPa/mm，可得工作面煤層底板的極限比壓為14.58MPa、工作面煤層底板的剛度值為2.05MPa/mm。⑶工作面底板比壓分類。考慮安全系數(shù)為0.75，計(jì)算得工作面的容許底板比壓為10.94MPa、工作面煤層底板容許剛度為1.54MPa/mm。根據(jù)《緩傾斜煤層采煤工作面底板分類》（MT553-1996）要求，對于新建礦井，其煤層底板可以參考有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分類，確定工作面底板為IIIb類較軟底板。⑷工作面支架選型的底板比壓適應(yīng)性。工作面綜采支架中間架的底板比壓為0.2～1.8MPa，小于煤層容許底板比壓，因而是適宜的。