山腳樹礦礦壓監(jiān)測與數據分析

張藥秋，　吳桂義,2，　祖自銀

(1.貴州大學 礦業(yè)學院， 貴州 貴陽　550025； 2.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點

實驗室， 貴州 貴陽　550025； 3.貴州盤江精煤股份有限公司 山腳樹礦， 貴州 盤縣　553533)

?

山腳樹礦礦壓監(jiān)測與數據分析

張藥秋1，吳桂義1,2，祖自銀3

(1.貴州大學 礦業(yè)學院， 貴州 貴陽550025； 2.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點

實驗室， 貴州 貴陽550025； 3.貴州盤江精煤股份有限公司 山腳樹礦， 貴州 盤縣553533)

摘要：介紹了山腳樹礦某工作面的概況及對其進行礦壓監(jiān)測的目的、內容及注意事項，給出了礦壓監(jiān)測方案并進行了礦壓數據收集和分析。通過監(jiān)測和分析,可采取有效的處理措施來保證安全開采，同時礦壓監(jiān)測分析結果對于了解和掌握同一采區(qū)的其他工作面礦壓顯現規(guī)律、合理選擇和改進支架有積極的指導意義。

關鍵詞：礦壓監(jiān)測； 測點布置； 數據分析

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20151231.1600.018.html

Mine pressure monitoring and data analysis of Shanjiaoshu Coal Mine

ZHANG Yaoqiu1，WU Guiyi1,2，ZU Ziyin3

(1.Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025,China; 2.Guizhou Key Laboratory of

Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Guizhou University,

Guiyang 550025, China; 3.Shanjiaoshu Coal Mine, Guizhou Panjiang Refined Coal

Co., Ltd., Panxian 553533, China)

Abstract：The paper introduced general situation of a coal face in Shanjiaoshu Coal Mine and its mine pressure monitoring purpose, content and problems that need attention, and gave a scheme of mine pressure monitoring, collected and analyzed mine pressure data. Effective treatment measure can be adopted by monitoring and analysis to ensure safe-mining, and results of mine pressure monitoring and analysis has a positive significance for understanding and knowledge of mine pressure behavior, as well as reasonable support selection and improvement of other mining faces in the same mining area.

[WTHZ]Key words[WTBZ]:mine pressure monitoring; measuring points arrangement; data analysis

0引言

貴州盤江精煤股份有限公司山腳樹礦采一區(qū)18號煤層埋深在800 m左右，為深井開采。在221811運輸巷掘進期間，距離風門50 m左右的巷道頂板下沉和片幫現象嚴重。在掘進到498 m時，由于巷道底鼓和瓦斯壓力大且鉆孔無法抽出瓦斯而不得不停止掘進。18號煤層為近距離煤層群開采首采層，因此，上覆巖層的壓力比較大，導致回采期間巷道維護困難，瓦斯壓力與瓦斯含量增大。同時，正在回采的21125工作面的回風巷頂板下沉量超過500 mm，工人無法站立行走。該礦巷修隊采取了很多加強支護的措施，但都無法緩解這一狀況。山腳樹礦之前因為缺乏相關的技術人員與設備，沒有進行礦壓監(jiān)測研究。為了確保即將回采的221811工作面的安全高效開采，該礦確定對221811工作面進行礦壓監(jiān)測。本文就該礦的礦壓監(jiān)測布置進行了簡要介紹，并在分析監(jiān)測數據后對出現的問題提出合理的解決方案。

1工作面概況

1.1地質條件

山腳樹礦采一區(qū)二水平221811工作面為同區(qū)段首采工作面，煤層開采層序為上行開采。該工作面地面標高+1 982～+2 062 m，井下標高+1 242～+1 206 m，距地表垂深776～820 m。井下位置及四鄰采掘情況：該工作面北部為225運輸石門、224回風下山、1200運輸石門及22軌道下山延伸段車場，南部為F108斷層，西部為22189采空區(qū)及22157工作面，東部為221811瓦斯治理巷，頂部為15號和12號煤層承壓區(qū)。工作面走向長度為781～826 m，平均長度為754 m，傾斜長度為166 m，面積為125 164 m2。掘進的18號煤層以碎塊狀為主，含夾矸1～2層，本區(qū)域內夾矸0.03～0.08 m，半暗型，煤層平均厚度為3.3 m。煤層傾角為4～11°，平均傾角為8°。工作面直接頂為較硬的細砂巖，厚3 m；基本頂為粉砂巖和菱鐵質粉砂巖，厚3～8 m；直接底為泥巖和粉砂質泥巖，厚0.3～0.5 m；基本底為泥質粉砂巖和粉砂巖，厚0.3～1.6 m。該區(qū)域內有F2，F5，F6，F7，F8，F9，F108等7條斷層，落差分別為15～17，4～5.5，6，3，10，5～10 m。

1.2工作面施工支護設計

221811回風巷全長834 m，運輸巷全長875 m，兩巷道設計凈寬為5 m，凈高為3 m，巷道斷面為半梯形，斷面積為14.7 m2。巷道支護方式為M20-2500全螺紋鋼等強錨桿+金屬網+U型鋼，雙排錨索梁加固。錨桿間排距為700 mm×700 mm，錨索規(guī)格為φ17.8 mm，6 m長的鋼絞線，間排距為2 100 mm×700 mm。網格：70 mm×70 mm;金屬網：1 000 mm×2 000 mm。

221811切眼全長166 m，兩巷道設計凈寬為5.5 m，凈高為3 m，巷道斷面為矩形，斷面積為16.2 m2。支護方式為綜采液壓支架，支架型號為ZY3800-15/33，支架臺數為110。

2礦壓監(jiān)測準備工作

2.1人員及儀器的配備

首先熟悉和了解工作面地質資料和生產技術情況，提前預計監(jiān)測工作中將會遇到的問題，制定具體的監(jiān)測計劃，確定礦壓監(jiān)測領導小組人選，做好監(jiān)測儀表的使用安裝與記錄的準備工作，主要包括監(jiān)測目的、內容和方法、監(jiān)測要求、測區(qū)布置、工具和操作、人員配備和組織領導等[3]。

由于山腳樹礦沒有進行過礦壓監(jiān)測工作，所以必須對相關技術人員和負責安裝的工作人員進行培訓。監(jiān)測小組由1名技術區(qū)長負責領導組織工作，1～2名采煤技術人員負責現場礦壓監(jiān)測設備的數據收集和整理，在技術區(qū)長的指導下，由3～5名工人負責監(jiān)測設備的安裝。

礦壓監(jiān)測儀器及數量見表1。

表1　礦壓監(jiān)測儀器及數量

2.2礦壓監(jiān)測目的、內容及注意事項

現場礦壓監(jiān)測目的：掌握采煤工作面上覆巖層運動規(guī)律及圍巖與支架的相互作用關系，并進行工作面來壓的預測預報；對采煤工作面直接頂進行分類，對基本頂進行分級，為工作面架型選擇和合理支護參數的確定提供可靠依據；對采煤工作面所使用的支護設備及采煤機械的可靠性和適應性進行評定；確定采動影響范圍及支撐壓力分布變化規(guī)律[4]。

現場礦壓監(jiān)測內容：工作面礦壓顯現參數；巷道超前支承壓力；巷道頂板離層監(jiān)測；巷道兩幫變形量與頂底板移近量。

礦壓監(jiān)測期間應注意的事項：監(jiān)測技術人員應能夠熟練操作礦壓監(jiān)測儀器[5]。在監(jiān)測期間，監(jiān)測技術人員必須工整、清晰、真實地填寫各測點牌板內容。監(jiān)測領導小組負責人要嚴格監(jiān)督各測點的設備按照規(guī)定正確安裝，安裝完成的測點由安裝人員、質量驗收員、跟班技術員三方簽字并記錄好初始數據，然后送主管技術區(qū)長審核，通過后方可繼續(xù)下一步的監(jiān)測工作。監(jiān)測期間要定期檢查儀器是否損壞，并合理地對儀器進行保養(yǎng)。遇到地質條件發(fā)生變化的情況，可適當縮短監(jiān)測距離，并增加監(jiān)測頻率。

3礦壓監(jiān)測方案

3.1工作面測區(qū)布置

根據現場情況，對工作面和上下巷進行了測區(qū)布置，如圖1所示。

在工作面共布置了5個測區(qū)，每個測區(qū)20臺支架安裝1臺YHY-601型礦用數字壓力計，可對支架工作阻力和移架后支架的初撐力進行連續(xù)監(jiān)測。同時5個測區(qū)均安裝頂板動態(tài)壓力測量儀，安裝步驟：在支架縫隙間靠煤壁處選定基點，用鉆在頂底板打200～300 mm深的孔，基點的連線必須與頂底板垂直。把孔用長150～200 mm的木樁楔入，在木樁外露端釘入釘子，釘子即為所測基點。安裝完成后，在每個測點安裝記錄牌，每班技術員需對數據進行統(tǒng)計。

圖1　綜采工作面礦壓監(jiān)測布置

3.2巷道表面變形測點布置

為了更好地分析221811工作面礦壓顯現，在軌道巷距工作面切眼煤壁前方50，90，120 m處布置巷道變形量監(jiān)測斷面，共布置3個監(jiān)測斷面，監(jiān)測范圍為120 m左右。布置步驟：按十字布點法在每個測點頂底板和兩幫選擇4個點，選好點后，打眼楔入木塞并釘入測釘，且掛牌管理。基點布置如圖2所示。

圖2　巷道變形監(jiān)測基點布置

運輸巷內自工作面切眼煤壁前方30 m起，按20 m間隔布置4個測點，監(jiān)測距離為90 m。在每個測孔中放置2個測點，1個深度為7 m的深基點，1個深度為3 m的淺基點，如圖3所示。分別量測錨索錨固范圍內和錨桿錨固范圍內的頂板離層量隨時間和位置的變化情況。開始回采期間1天監(jiān)測1次數據，待頂板穩(wěn)定后1個星期監(jiān)測1次。

4礦壓數據收集分析

4.1工作面來壓分析

圖3　頂板離層儀基點布置

根據山腳樹礦221811工作面監(jiān)測的液壓支架載荷與工作面推進距離的變化關系可知，工作面推進到18 m時，直接頂開始垮落，來壓平均支架載荷為30.1 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數為1.16；當工作面推進到30 m時，工作面初次來壓，來壓平均支架載荷為31 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數為1.19。周期來壓平均步距為19.5 m，周期來壓期間最大載荷平均為32.5 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數為1.25。從整體來看，支架基本處于正常工作狀態(tài)，因此,應在斷層等地質構造區(qū)加強支架初撐力。

4.2工作面頂底板移近量

工作面頂底板相對移近量在基本頂來壓前已達到最大值，機尾移近速度最大，達 13.13 mm/d，中部次之，機頭最小；初次來壓期間頂底板移近速度出現2次明顯變大情況，原因是工作面中部的頂底板移近速度在來壓前達到一個峰值，隨著工作面的推進， 斷裂裂縫向煤壁移近，當煤壁推過斷裂裂縫時工作面頂底板移近速度又達到另一個峰值，移近速度達到 8.83 mm/d。因此，應加強端頭支護，增加支架工作阻力。

4.3巷道礦壓顯現

對工作面運輸巷進行了表面位移監(jiān)測，巷道總體變形量大，頂底板變形量大于兩幫變形量；巷道在30 m處已經受到采動影響，但在20 m以外采動影響的程度很小，顯著影響范圍在10 m左右，巷道壓力峰值在4 m處，因此，工作面超前40 m就要加強支護。工作面回風巷頂板離層監(jiān)測顯示，初次來壓期間巷道頂板總離層量最高達到185 mm，周期來壓期間達到了60 mm，說明頂板錨桿有效控制了頂板離層，應在來壓期間加強支護。

5結語

對山腳樹礦礦壓監(jiān)測布置進行了簡要介紹，并在分析監(jiān)測數據后對出現的問題提出合理的解決方案，對確定初次來壓和周期來壓步距、在來壓期間及時調整支架工況、及時移架、控制端面距、降低事故率等都有重要的意義，同時也對同一采區(qū)其他工作面的礦壓顯現分析和支架選型以及日后的安全生產具有指導意義。由于以往山腳樹礦沒有進行過礦壓監(jiān)測，所以缺少相鄰煤層的數據作為參考，同時由于設備的限制，監(jiān)測點偏少，所以在以后的生產中還要視生產情況適當增加監(jiān)測范圍和監(jiān)測點，對監(jiān)測方法和監(jiān)測內容進行適當調整。

參考文獻：

[1]錢鳴高,石平五,許家林.礦山壓力與巖層控制[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2010.

[2]徐永圻.煤礦開采學[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1999.

[3]湯建泉,粟才全,李英德. 現場礦壓觀測方案設計[J]. 煤礦開采,2008,13(1):71-74.

[4]郝志強.礦壓觀測對于錨桿支護的重要性[J].采礦技術,2003,3(3):40-41.

[5]蔣坤,許家林,金洪偉,等. 采煤工作面礦壓觀測及觀測軟件[J].能源技術與管理,2006(2):6-8.

張藥秋，吳桂義，祖自銀.山腳樹礦礦壓監(jiān)測與數據分析[J].工礦自動化，2016,42(1)：60-63.

作者簡介：張藥秋(1990-)男，貴州盤縣人，碩士研究生，主要從事礦山壓力與巖層控制方面的研究工作，E-mail：185056725@qq.com。通信作者：吳桂義(1973—)，男，貴州鎮(zhèn)寧人,副教授,碩士研究生導師,主要從事礦山壓力及其控制方面的研究工作,E-mail:495881085@qq.com。 羅書克(1976-)，男，河南禹州人,講師,主要從事電力電子與電力傳動方面的教學研究工作，E-mail：xclsk01@163.com。

基金項目：貴州省科技廳攻關項目(黔科合SY字[2010]3036號)。 河南省科技廳科技攻關項目(122102210418)；河南省教育廳高等學校重點科研項目(15A470004)。

收稿日期：2015-10-09；修回日期：2015-11-16；責任編輯：胡嫻。 2015-09-29；修回日期：2015-11-23；責任編輯：胡嫻。

中圖分類號：TD326

文獻標志碼：B網絡出版時間：2015-12-31 16:00

文章編號：1671-251X(2016)01-0060-04DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.01.018