礦山壓力

礦山壓力指地下岩體在采動以前，由於自重的作用在其內部引起的應力，通常稱為原岩應力，因為開採前的岩體處於靜止狀態，所以原岩體是處於應力平衡狀態，當開掘巷道或進行回採工作時，破壞了原來的應力平衡狀態，引起岩體內部應力的重新分布，重新分布的應力超過煤岩的極限強度時，使巷道和回採工作面周圍的煤，岩發生破壞，這種情況將持續到煤，岩內部重新達到新的應力平衡為止。

基本介紹

• 中文名：礦山壓力
• 時間：地下岩體在采動以前
• 狀態：應力平衡狀態
• 副作用：破壞了原來的應力平衡狀態

基本簡介

在礦體沒有開採之前，岩體處於平衡狀態。 當礦體開採後，形成了地下空間，破壞了岩體的原始應力，引起岩體應力重新分布，並一直延續到岩體內形成新的平衡為止。 在應力重新分布過程中，使圍岩產生變形、移動、破壞，從而對工作面、巷道及圍岩產生壓力。 通常把由開採過程而引起的岩移運動對支架圍岩所產生的作用力稱為礦山壓力。

在礦山壓力作用下所引起的一系列力學現象，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、岩層和地表移動、露天礦邊坡滑移、衝擊地壓、水與瓦斯突出等，均稱之為礦山壓力顯現。

在礦山生產過程中，由於對礦山壓力顯現觀測預報不及時和處理不當所引起的生產事故，對礦山企業安全生產和礦工的人身安全構成了極大的威脅。 事故處理需要花費巨大的財力、物力和精力。 因此，礦山壓力的實時監測和預警對礦山生產安全和預防採礦事故的發生起到至關重要的作用。為進一步改善當前礦山生產中礦山壓力檢測手段的落後現狀，設計了一套礦山壓力自動檢測系統，以便對礦山壓力進行實時監測並進行預警處理。

與礦山壓力有關的安全事故

極頂冒頂

衝擊地壓

透水事故

衝擊地壓

礦山壓力假說

⑴掩護“拱”假說

1自然平衡拱假說

2壓力拱假說

⑵掩護“梁”假說

1“懸臂樑”假說

2“預生裂隙梁”假說

⑶鉸接岩塊假說

用冒落法管理頂板的采場，支架上的壓力顯現是由兩部分岩層的運動所決定的。

⑷砌體梁假說

在老頂岩梁達到斷裂步距之後，隨著工作面的繼續推進，岩梁將會折斷，但斷裂後的岩塊由於排列整齊．在相互迴轉時能形成擠壓，由於岩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則為半拱的結。這種平衡結構形如砌體，故稱之為砌體梁。

相關理論

⑴關鍵層理論

⑵以岩層運動為中心的礦山壓力理論

礦山壓力檢測系統結構設計

系統體系結構設計

根據礦山安全監控相關標準的要求和礦山生產企業的實際需要，系統採用集中式和分散式相結合的運行模式，即井上設定監測主機井下主通信幹線採用CAN匯流排的通信方式。 井上監測主機採用乙太網完成和本地監測輔機與本地資料庫伺服器的數據通訊，本地資料庫伺服器為遠程客戶終端提供WEB瀏覽器服務，以方便實現管理人員隨時隨地及時了解當前壓力監測數據。 井下主通信幹線採用CAN匯流排通信方式將各監測分站連線起來，每個監測分站採用RS485實現與信號變送器之間的通信。

井上監控分站與井下監控分站的通信採用光纖或電纜的連線方式實現。 採用光纖方式時，光纖傳輸RS232信號到井下後，再轉成CAN信號實現與井下主通信幹線的連線，採用電纜方式時，直接傳輸CAN信號到井下與主通信幹線連線。 根據實際套用情況的不同，可方便選擇任一連線方式。

系統設計中井下系統最多可設定32個監控分站，每個監控分站可提供8個RS485通道用來連線不同類型的變送器，包括位移變送器、錨索測力變送器、支架壓力變送器、鑽孔應力變送器等。 各變送器將感測器模擬信號轉換為數位訊號後，通過RS485匯流排將數據傳輸至監測分站，監測分站再將數據匯總後送至井上監測主機。

系統結構圖參見圖1

系統組成硬體部分設計

硬體組成部分主要包括井下監控分站、各類型變送器（感測器）及井上計算機。 下面主要介紹自行研發的監控分站和變送器。

井下監控分站

監控分站採用高性能嵌入式MCU通過自身的8路RS485通道接收變送器採集到的實時數據，並將數據傳輸至井上計算機系統。 監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了解當前數據信息。

礦山壓力檢測系統的功能實現

井下監控分站上電後，啟動自檢程式，依次巡檢8個RS485通道，查找當前分站掛接的各種變送器並確認當前變送器工作是否正常，自檢完成後，即進入正常工作方式。

井上系統採用主輔雙計算機同時工作，分別工作於主機、輔機2種狀態。 主機和輔機同時接收井下分站上傳的實時數據，並同時進行實時數據的本地資料庫存儲、實時數據列表顯示、歷史曲線回放等數據處理。 由主機將實時數據寫入資料庫伺服器中的實時資料庫中。 主機通過RS232連線埠定時發出輪詢（polling）信號，輔機定時監聽主機發出的輪詢信號，如果預設時間（預設15s）內沒有監聽到主機發出的輪詢信號，輔機自動切換為主機工作方式。

主輔機的切換操作通過控制與RS232連線埠連線的信號轉換器切換完成。 主輔機軟體啟動初始化時，首先監聽是否有主機發出的輪詢信號。 預設時間（預設10s）內如果監聽到輪詢信號，則將該機設定為輔機工作方式，如果未能聽到輪詢信號，則將該機設定為主機工作方式。為提高系統的安全可靠性，井上計算機採用工業控制計算機，以保證計算機在惡劣工況下的正常工作。 同時啟動工控機的看門狗（watch dog）功能，當監測軟體正常工作時，定期給看門狗傳送信號，在設定的時間內，如果看門狗未能收到信號，則重啟計算機，自動啟動監測軟體重新開始工作，從而避免了由於軟硬體當機造成的實時數據丟失。

監測主輔機採用windows server 2003作為作業系統平台能夠提供較高的易用性、安全性和可靠性。 採用windows SQL server 2005企業版作為資料庫伺服器平台可有效管理系統長期不間斷運行產生的大量實時數據。

礦山壓力監測系統軟體設計

礦山壓力監測是對各種礦山壓力檢測區的環境狀態和各點的壓力數據的實時採集、報警和記錄分析的計算機系統。

系統的主要功能模組包括

①用戶許可權管理子系統

②實時數據監控子系統

③歷史數據管理子系統

④工作參數設定子系統

⑤定位子系統

⑥WEB瀏覽服務子系統等