矿山压力监测与预报资源与环境工程学院主讲：宁建国第二章 矿压监测的常用仪器 pp2.1 2.1 矿山压力监测仪器的分类矿山压力监测仪器的分类 pp2.2 2.2 矿山压力监测仪器的用途与性能指标矿山压力监测仪器的用途与性能指标 pp2.3 2.3 位移监测仪器的用途与性能指标位移监测仪器的用途与性能指标 2.1 2.1 矿山压力监测仪器的分类矿山压力监测仪器的分类矿山压力监测仪器按其工作原理，大致可分为以下几大类： （1）机械式 （2）液压仪 （3）电磁式 （4）声学式 机械式测试仪器的原理是基于机械传动学原理。利用金属构机械式测试仪器的原理是基于机械传动学原理。利用金属构件受力后产生弹性变形，并通过传动系统放大，由计数装置将数件受力后产生弹性变形，并通过传动系统放大，由计数装置将数值显示出来。值显示出来。 这种仪器是以杠杆、弹簧这种仪器是以杠杆、弹簧、齿轮、量具（游标卡尺、齿轮、量具（游标卡尺、百分尺、千分表）等为、百分尺、千分表）等为基本元件制造的。基本元件制造的。 液压仪是利用液体不可压缩和各向均匀传递压力的原理制造的。液压仪是利用液体不可压缩和各向均匀传递压力的原理制造的。 电磁式测试仪器是根据电磁学的原理设计的。这些仪器将被测参电磁式测试仪器是根据电磁学的原理设计的。这些仪器将被测参数如应力、应变、位移、流量等转换成电量，以便用电测的方法数如应力、应变、位移、流量等转换成电量，以便用电测的方法来测量电量。来测量电量。 声学式仪器测试技术的实质是在被测物体中（岩体、混凝土等声学式仪器测试技术的实质是在被测物体中（岩体、混凝土等），利用声波或超声波的传播速度、相位、振幅、频率等的变化规），利用声波或超声波的传播速度、相位、振幅、频率等的变化规律取得数据或图像，再通过计算或按事先标定的曲线求得所需的物律取得数据或图像，再通过计算或按事先标定的曲线求得所需的物理参数，通称声波探测法。它属于非破损监测技术的一种理参数，通称声波探测法。它属于非破损监测技术的一种 2.2.1 金属支柱载荷监测仪器 主要有机械式（AD5-45型）测力计、液压式（HC型）测力计 等。现场应用较广泛的是钢弦（GH型）测力计。下面对钢弦式测力计作适当介绍。钢弦测力计用途钢弦测力计主要是GH系列双线圈自激型钢弦压力盒与GSJ-1 型频率计（或DK-1、2型遥测仪）配套使用的安全火花型传感器。2.2 2.2 矿山压力监测仪器的用途与性能指标矿山压力监测仪器的用途与性能指标名 称型 号规 格主要用途配套接收仪表名称压力盒GH-500490103单体支柱GSJ-1型频率计 DK-1、DK-2遥测 仪压力盒GH-250245103巷道支架GSJ-1型频率计 DK-1、DK-2遥测 仪压力盒GH-10098103巷道支架、井 壁GSJ-1型频率计 DK-1、DK-2遥测 仪压力盒DGH-60005880外注式单体 液压支柱GSJ-1型频率计 DK-1、DK-2遥测 仪 压力盒ZGH-60005880综采液压支架GSJ-1型频率计 DK-1、DK-2遥测 仪GH系列钢弦压力盒 原理及结构 当支柱压力P通过导向球面覆盖1作用于工作膜3时，工作膜受力挠曲，两钢弦柱4张紧钢弦5，使弦的振动频率f升高，P越大则f越高。由频率计显示振弦的频率f，再从P-f标定曲线中查得P值。 1-球面盖； 2-橡胶垫； 3-工作膜； 4-钢弦柱； 5-钢弦； 6-激发磁头； 7-感应磁头； 8-后盖； 9-电缆插头； 10-护罩； 11-磁头板 GSJ-1型频率计GSJ-1GSJ-1型数字频率计是钢弦式压力盒的数字转换器，借此可型数字频率计是钢弦式压力盒的数字转换器，借此可以算出压力盒的压力。以算出压力盒的压力。随着压力监测要求的提高，可用随着压力监测要求的提高，可用DK-1DK-1、DK-2DK-2型矿压遥测仪型矿压遥测仪进行多点有效巡测，并通过矿井电话电缆送至地面接收机，由地面进行多点有效巡测，并通过矿井电话电缆送至地面接收机，由地面微机处理测得的支柱压力数据。微机处理测得的支柱压力数据。现在已经研制成功并应用红外传输等便携式仪表。现在已经研制成功并应用红外传输等便携式仪表。2.2.2 液压支架（柱）载荷监测仪器 （1）SY-40B微表式单体液压支柱工作阻力检测仪用途该仪器用于检测单体液压支柱初撑力及工作阻力，是单体液压支护工作面支护质量监测的主要仪器。具有体积小、便于操作（压杆式）、精度高等特点。 原理与结构该测力仪由阀体、锁紧装置、压力表及增压装置（SY-40B型）等组成。压力表显示读数。测压时，压下压杆打开三用阀的单向阀，高压液体流入测压仪，压力表即显示压力值，测压后，将压杆复位，支柱单向阀重新关闭，取下测力计，完成测试过程。 （2）圆图自记仪及其数据处理系统用途圆图自记仪主要用于测量和记录液压支架及各种设备的液体压圆图自记仪主要用于测量和记录液压支架及各种设备的液体压力。圆图自记仪数据计算机处理系统主要将记录仪记录的数据信息力。圆图自记仪数据计算机处理系统主要将记录仪记录的数据信息通过计算机，绘出直观的受力分析图。这是综采液压支架支护质量通过计算机，绘出直观的受力分析图。这是综采液压支架支护质量监测的主要仪器。监测的主要仪器。 原理与结构当记录笔在记录所指示压力值的同时记录纸在圆图方向指示时当记录笔在记录所指示压力值的同时记录纸在圆图方向指示时间值。同时，任一时刻的压力值亦可在标尺上直接读出。圆图压力间值。同时，任一时刻的压力值亦可在标尺上直接读出。圆图压力记录仪工作原理如图所示。记录仪工作原理如图所示。 1、2、3-杠杆；4 弹簧管；5记录笔； A、B-拉杆 数据处理 圆图自记仪数据计算处理系统主要由数字化仪、圆图自记仪数据计算处理系统主要由数字化仪、IBM-PCIBM-PC系列系列机及兼容机等组成。机及兼容机等组成。 利用计算机图形处理设备，先将综采圆图自记仪记录的压力利用计算机图形处理设备，先将综采圆图自记仪记录的压力- -时时间曲线圆图纸平放在数字化仪上；间曲线圆图纸平放在数字化仪上；通过扫描笔将圆图纸上的压力通过扫描笔将圆图纸上的压力- -时间曲线上的特征点，扫描进入时间曲线上的特征点，扫描进入计算机处理系统；计算机处理系统；处理系统对扫描信息进行数学、力学统计分析，最终输出直角处理系统对扫描信息进行数学、力学统计分析，最终输出直角坐标系下的支柱受力状态图。坐标系下的支柱受力状态图。 （3）KJ216综采支架压力计算机监测系统 用途 它是一种适用于煤矿高产高效工作面综采支架压力参数进行它是一种适用于煤矿高产高效工作面综采支架压力参数进行远距离监测的分布式在线监测系统。远距离监测的分布式在线监测系统。系统结构井下部分包括：井下部分包括：工作面压力分机、通讯分机、本安电源、通讯工作面压力分机、通讯分机、本安电源、通讯电缆等，工作面内可连接电缆等，工作面内可连接146146个压力分机，分机之间有专用电缆个压力分机，分机之间有专用电缆串联至通讯分机，通讯分机的输出数据信号通过电话通讯线路发送串联至通讯分机，通讯分机的输出数据信号通过电话通讯线路发送至井上。至井上。井上部分包括井上部分包括：接收机、计算机、打印机等。接收机内置数据接收机、计算机、打印机等。接收机内置数据收发单元完成数据存储和与收发单元完成数据存储和与PCPC计算机的数据通讯，接收机输出信号计算机的数据通讯，接收机输出信号与与PCPC计算机的计算机的RS-232RS-232接口连接。接口连接。KJ216综采支架压力计算机监测系统 2.2.3 底板比压监测仪器 底板比压测试是利用底板比压仪，对煤层的底板进行压强破坏性测试，通过数据搜集、分析，计算出底板压强的工作过程。底板在承受支架载荷时会产生弹性变形，支架工作阻力增大时，底板弹性变形也随之增大，达到极限后就会发生脆性变形，即底板脆断。 锚杆（锚索）测力计2.2.4 锚杆（锚索）工作阻力监测仪器 钻孔应力计2.2.5 煤壁应力监测仪器2.3.1 围岩相对移近量监测仪器 围岩相对移近量监测仪器有： 测杆 DDS-2.5 测枪 BHS-10 顶板下沉速度报警仪 DSB-1 顶板动态仪等。 下面重点介绍在煤矿现场广泛应用的顶板动态仪， 并以KY-82型顶板动态仪为代表进行介绍。 2.3 2.3 位移监测仪器的用途与性能指标位移监测仪器的用途与性能指标11顶盖；顶盖； 22万向接头；万向接头； 33压杆压杆 ； 44密封盖；密封盖； 55压力弹簧；压力弹簧； 66万向接头；万向接头； 77齿条；齿条； 88微读数刻线盘；微读数刻线盘； 99指针；指针； 1010刻度套管；刻度套管； 1111有机玻璃罩管；有机玻璃罩管； 1212底链；底链； 1313读数游标；读数游标； 1414连接螺母；连接螺母； 1515内管；内管； 1616卡夹套；卡夹套； 1717卡夹；卡夹； 1818外管；外管； 1919带孔铁钎带孔铁钎 (1)(1)作用及用途作用及用途KY-82 KY-82型顶板动态仪是一种普及型机械式高灵敏度、型顶板动态仪是一种普及型机械式高灵敏度、大量程位移计，大量程位移计，主要用来监测采场顶底板相对移近量、移主要用来监测采场顶底板相对移近量、移近速度，近速度，是监测巷道和硐室稳定性、研究顶板活动规律、是监测巷道和硐室稳定性、研究顶板活动规律、支承压力分布规律以及进行采场来压预测预报的常用仪器支承压力分布规律以及进行采场来压预测预报的常用仪器。（2 2）仪器使用）仪器使用使用时动态仪安装在顶底板之间使用时动态仪安装在顶底板之间 ，依靠压力弹簧，依靠压力弹簧5 5固定。粗读数或大固定。粗读数或大 数由游标数由游标1313指示，从刻度套管指示，从刻度套管1010上上读出，每小格读出，每小格2mm2mm，微读数或小数由，微读数或小数由 指针指针9 9指示，从刻线盘指示，从刻线盘8 8上读出，刻上读出，刻 度盘上每小格为度盘上每小格为0.01mm0.01mm，共，共200200小格小格 ，对应，对应2mm2mm。（3 3）发展现状）发展现状由于由于KY-82KY-82型顶板动态仪需要观测人员在现场测读，工作型顶板动态仪需要观测人员在现场测读，工作量较大，研究单位又相继开发了量较大，研究单位又相继开发了RD1501RD1501数显式动态仪，数显式动态仪，DD-1ADD-1A型型电脑动态仪及电脑动态仪及DCC-2DCC-2型顶板动态遥测仪。这些仪器读数误差得到型顶板动态遥测仪。这些仪器读数误差得到有效清除，并可自动储存和分析测读数据。有效清除，并可自动储存和分析测读数据。 2.3.2 岩体内钻孔位移监测仪器（1 1）用途）用途 为了深入研究支架与围岩的相互作用，合理选择维护措施，为了深入研究支架与围岩的相互作用，合理选择维护措施，不仅要了解巷道表面位移和变形规律，而且还必须在较大范围内了不仅要了解巷道表面位移和变形规律，而且还必须在较大范围内了解围岩内部的活动情况，测定围岩深部各个位置上的径向位移和应解围岩内部的活动情况，测定围岩深部各个位置上的径向位移和应变及其随时间的变化过程，即开展岩体内部位移和应变监测。变及其随时间的变化过程，即开展岩体内部位移和应变监测。 岩体内部位移亦称钻孔位移，而测量钻孔位移的仪表称为多点岩体内部位移亦称钻孔位移，而测量钻孔位移的仪表称为多点位移计，常用于监测巷道深部围岩移动状况、采场上覆岩层和底板位移计，常用于监测巷道深部围岩移动状况、采场上覆岩层和底板活动规律等。活动规律等。 1-钻孔；2-连接件；3-测点锚固器 ；4-测量头；5-保护盖；6-测量计 （2）仪器种类