实验设备和试验设备

3.3.2.1 仪器设备

监测仪器由岩水多参数仪和传感器组成。岩水多参数仪：西安分院研制的KTL－1A型岩水多参数仪；传感器：应力器、应变传感器、水压器各三个（表3.3）。

表3.3 仪器设备简介

3.3.2.2 实验方案

煤矿突水不单纯是水文地质问题，而是有多种作用影响和多种条件制约的煤层围岩体变形破坏失稳的特殊问题。在突水隐患还不能彻底根除的情况下，应在分析煤层具体赋存条件的基础上，认识突水发生的物理力学过程，找出它的可监测性和可控制性，从而实施有效的监测。因此，加强突水监测技术和方法的研究是十分重要的。

（1）万年矿工作面水文地质工程地质条件

位置：13268工作面位于三水平北三盘区。南以三水平北三下山和－440m水仓保护煤柱线为界，西为设计的13266工作面，北与54000工作面为界除南部有三条下山和水仓外，其他均未采掘，走向长度960m，倾斜长平均120m，煤层倾角平均13°～15°。本地区煤层基本稳定，煤厚3.0～4.8m，平均3.6m，煤层内含粉砂岩两层夹矸，断层附近煤层局部变薄。煤层顶底板岩层岩性见表3.4。

表3.4 万年矿13268工作面煤层顶底板岩层岩性

水文地质条件：对峰峰矿区万年矿2＃煤层底板开展试验。本地区水文地质条件比较复杂，水源主要为大煤顶板砂岩含水层、大煤底板砂岩含水层，顶、底板砂岩含水层在本区尚未疏干，且各向异性，含水不均匀，工作面在回采过程中，在低洼处，顶底板裂隙发育处及断层附近会出现淋流水现象。工作面外高里低，随工作面的推进，顶板砂岩水受老顶周期来压的影响而发生变化，从孔帮流出。预计工作面正常用水量0.3m3/min，最大涌水量0.7m3/min。

煤岩产状：工作面为单斜构造，煤层走向155°～175°，倾向65°～85°；中间巷以外煤层倾角为13°～22°，中间巷以里煤层倾角为22°～35°，断层附近煤层局部倾角变大，煤层倾角角度平均为21°。本地区构造发育，影响回采的断层主要有11条，其中溜子道揭露的f44和f4断层的延伸情况需通过人为控制防止突水，断层情况见表3.5

表3.5 断层情况表

（2）监测项目

应力是反映煤层底板发生破坏的重要指标，煤层底板应力场中任意一点的应力值随工作面的推进不断发生变化。根据底板破坏试验表明，底板应力小于原始应力时底板钻孔出现耗水，应力越小，钻孔耗水量越大，钻孔耗水量峰值正好处于底板应力值谷底位置。从上述关系可看出，在工作面回采过程中底板破坏深度与导水性能，随底板应力的增大而减小，反之随底板应力的减小而增大。因此，通过对不同深度的底板应力状态的实际监测，以达到反映采动条件下煤层底板发生破坏的深度及强度。

应变是用来度量变形程度的量，其值大小反映底板岩体破坏程度和变形强弱，随着工作面的推进一顶板悬空一顶板跨落，则底板变形出现压缩一膨胀一压缩，当底板岩体裂隙或原生节理在应力场的作用下沿其结构面产生移动时，通过埋设在不同深度应变传感器的监测值将反映煤层底板移动或变形的程度。

在采动的影响下，原生裂隙会不会进一步开裂、扩张，特别是能否造成承压水沿裂隙带进一步上升与煤层底板破坏带相沟通是能否发生突水的必要条件，因此，通过对煤层底板不同深度煤系裂隙水的水压监测可以掌握奥灰承压水是否向上导升以及导升部位，结合对底板破坏深度的分析，可对监测部位突水的可能性进行预测。

综上所述，煤层底板监测中的应力、应变状态反映了底板隔水层在采动影响下所受破坏以及导水性能的变化状况，监测水压直接反映承压水导升部位与相应的水压值。因此，可以通过对这三项监测项目的综合分析，进行突水预测预报。

（3）监测系统的组成

本次应力、应变监测系统由地面中心站、井下分站、信号传输电缆和传感器等硬件以及相应应用软件组成。地面中心站由计算机及相应软件处理系统组成，井下分站、信号传输电缆和传感器等硬件放置在井下。传感器有四种，包括应力、应变、水压、温度等传感器，分别埋设于井下的监测钻孔中（图3.12）。

图3.12 底板突水监测系统连接示意图

该系统经过多年试验研究，在监测系统、通信系统和资料处理解释方面达到了实时监测，在监测数据计算以及图件生成上实现自动化，并在许多大水矿区进行实际应用取得较好效果。

（4）地点选定

从工作面周边的突水淹井事故分析，均属断层引发的突水。因此，为防止在掘进过程中重大突水事故发生，首先在地面利用三维三分量地震技术，对2＃煤底板隔水层及大青灰含水层、奥灰含水层的构造进行探查；其次，在工作面上下巷掘进前，利用高密度直流电法作超前探测，然后钻探加以验证；再者在上下巷与切眼形成后，利用坑透、直流电法与音频透视等综合物探方法对工作面下伏大青含水层、奥灰含水层富水地段及底板隔水层阻水构造进行探查。通过上述综合物探资料分析，初步判断13268工作面下伏大青含水层、奥灰含水层富水地段与底板隔水层薄弱带，主要分布在2个地段。

（5）仪器放置方案

首先，根据该区的地质和水文地质条件以及综合物探成果资料分析，距切眼45m区段可能为突水危险区段，在该段机巷外侧煤体内布置钻窝，施工钻孔埋设传感器，距切眼158m放置井下监测分站（图3.13）。

图3.13 工作面示意图

其次，在钻窝内布置三个钻孔，钻孔布置见示意图，煤层倾角按12°计。

不同深度的监测孔埋设应力、应变、水压传感器各一个。安装顺序从上到下为水压传感器、应变传感器、应力传感器（图3.14）。

图3.14 钻孔布置图

表3.6为不同深度的应力应变传感器，其监测数据不同。在埋设时必须保持固定的方位。13268工作面突水监测传感器实际安装距离，见示意图3.14。

表3.6 传感器布置表

最后，对大青灰岩、奥陶系灰岩水压、应力、应变按每小时监测一次，按监测记录表进行记录。并对停止开采后对其进行超前监测。根据各监测孔得到的监测数据形成各应力、应变监测曲线以及水压历时曲线来计算突变点位置。
1、实验台：板式中央台 钢木单边实验台、全钢中央台、水斗台、天平台;

2、实验台面板：环氧树脂台面、陶瓷板台面、耐蚀理化板台面、千思板;

3、通风柜系列 ：板式通过风柜、钢木通风柜、新型全钢通风柜、落地式全钢通风柜;

4、柜体系列;试剂柜、器皿柜、气瓶柜、安全柜、更衣柜、鞋柜;

5、试剂架：板式试剂架、钢玻中央试剂架、德式试剂架、防水插座、实验凳;

6、实验室专业水斗系列：洗眼器、紧急冲淋器、实验室专用水龙头、实验室专用考克系列;

7、实验室通风系统：原子吸气罩、万向抽气罩;

8、办公隔断系列：办公桌、办公椅。

扩展资料

实验室的归属分类：

1、第一类是树立在大学里面，从属于大学或者是由大学代管的实验室。

2、第二类实验室属于国家机构，有的甚至是国际机构。它们大多从事于基本计量，高精尖项目，超大型的研究课题，和国防军事等任务。

3、第三类实验室直接归属于工业企业部门，为工业技术的开发与研究服务。