急傾斜中厚煤層綜采工作面礦壓在線監測技術

周忠國 程長勇 張孟軍

摘? 要：針對原礦壓觀測存在的問題，通過在急傾斜中厚煤層綜采工作面實施礦壓在線觀測和分析，提高工作效率，增強礦壓監測真實性和連續性，通過對礦壓在線觀測各項數據與工作面瓦斯涌出量進行綜合對比分析，初步掌握了工作面頂板動態壓力變化與瓦斯涌出量變化關系，為提升礦井頂板災害防治能力和實現頂板災害超前預警具有重要意義。

關鍵詞：急傾斜;礦壓;在線

中圖分類號：TD326? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0146-03

Abstract： In view of the problems existing in the original ore pressure observation， we implemented online observation and analysis of rock pressure in fully mechanized mining face of steeply inclined medium-thick coal seam， therefore the work efficiency was improved， and the authenticity and continuity of rock pressure monitoring were enhanced. The comprehensive comparison and analysis of the data and the gas emission of the working face has initially grasped the relationship between the dynamic pressure change of the roof of the working face and the change of gas emission， which is of great significance for improving the ability of mine roof disaster prevention and achieving the disaster early warning of mine roof.

Keywords： steeply inclined; mine pressure; online

綠水洞煤礦綜采工作面礦壓觀測傳統方法為：一是在工作面每間隔10架綜采液壓支架安裝一個綜采支架壓力連續記錄儀，對頂板壓力進行監測，每5天由礦壓工采集一次數據并繪制《雙測點綜采支護壓力變化曲線直方圖》進行分析，出現壓力不足現象及時安排調整泵壓，確保支護強度;二是在機、風巷距工作面100m各安裝一臺頂板離層儀，對機、風巷頂板位移量進行觀測，每隔5天對數據進行觀測和統計，并進行分析處理;三是采用“十”字布點法在機、風巷設置巷道變形收斂觀測站，每隔10天進行數據觀測和統計，并將觀測數據進行分析處理，若巷道出現明顯變形或數據變化較大時，立即匯報及時采取措施處理。礦井采煤工作面頂板礦壓觀測較為傳統，壓力連續記錄儀常因出現故障未及時得到維護而造成無法采集數據，機、風巷安設的頂板離層儀因安設質量差或在運輸過程中受碰撞損壞時，造成頂板離層數據監測不連續，對后期數據分析不利，而采用設立礦壓觀測站的方式布置測點，實施人工監測，產生的誤差較大，且對礦壓觀測站的保護要求比較嚴格，一旦測站被破壞則導致數據監測中斷，就失去監測意義，達不到預期的效果。為進一步提升礦井頂板管理水平，及時掌握礦壓顯現，提高頂板災害防治能力和實現超前預警，再加之礦壓監測是礦井安全生產標準化建設和生產技術管理的一項十分重要的基礎工作，是促進煤礦安全生產的重要手段，對優化采煤工作面支護設計、搞好頂板控制、減少頂板事故具有重要意義，因此，在綜采工作面實施礦壓在線觀測尤為必要。

1 監測方案

1.1 工作面頂板壓力監測

采煤工作面每隔5架布置一個監測點，每架液壓支架監測左右柱兩個壓力測點。壓力監測分站均勻布置，分機固定安裝在液壓支架頂梁下面，工作面通訊電纜采用吊掛式安裝，壓力分機的1、2壓力通道采用KJ10高壓油管與綜采支架的左右立柱連接，第3通道與支架平衡千斤頂或前探梁油缸連接。通訊分站通過一條防護式電纜與工作面壓力監測分機連接，工作面推進時通訊分站及電源、電纜一起移動。

1.2 工作面巷道頂板離層監測

在采煤工作面機巷、風巷各選三個監測站進行監測，對礦壓顯現不明顯地段采用普通方式人工監測，離層傳感器安裝在巷道頂板中央，每個圍巖移動傳感器有兩個位移基點（深淺基點監測范圍0～20m，具體安裝深度需根據現場地質及支護條件確定），實時監測巷道頂板離層情況。數據通訊分站連接巷道各頂板傳感器和錨桿、錨索應力傳感器，構成二級總線上下位監測關系，離層傳感器與錨桿應力傳感器共用一條總線連接，每個傳感器有唯一的地址編碼，通訊分站控制巡測每個傳感器的數據，分站顯示和存儲數據并將數據發送到上位監測主站。

1.3 錨桿（索）應力監測

錨桿錨索傳感器安裝在巷道頂板中央，實時監測頂板錨桿（索）載荷，錨桿（索）應力傳感器與變送器一體化設計，設備可隨時回收使用，繼續往推進方向安裝，保證錨桿錨索傳感器與離層傳感器交錯布置。機巷布置3個監測點，風巷布置3個監測點，共需12個錨桿（索）傳感器。錨桿（索）傳感器配套總線變送器工作，固定設置變送器編碼。傳感器輸出標準的電壓信號，變送器由CPU控制監測傳感器輸出信號。傳感器內置總線接口連接到RS-485總線，傳感器收到總線請求發送數據指令時，自動將數據發送到總線。錨桿監測傳感器、變送器上位連接到綜合數據通訊分站，每臺綜合數據通訊分站最大可連接128臺傳感器，每臺變送器有唯一的地址編碼，通訊分站按地址編碼順序巡測各錨桿傳感器變送器的數據，循環顯示各測點的數據。通訊分站可診斷并顯示下位錨桿應力監測傳感器、變送器的工作狀態（正常/故障）。

1.4 圍巖應力監測

在采煤工作面機、風巷各選三個監測站進行監測，在機巷中間位置，設置一個圍巖應力測站，按照每隔5m布置安裝孔深為6m、8m、10m的4個圍巖應力傳感器;在風巷中間位置，設置一個圍巖應力測站，按照每隔5m布置安裝孔深為6m、8m、10m的4個圍巖應力傳感器，實時監測采動影響范圍及超前、側向支承壓力演化特征。

1.5 工作面瓦斯濃度監測

在工作面回風巷距采煤工作面煤壁≤10m處設置CH4傳感器T1;在工作面回風巷距回風匯風點10～15m處設置CH4傳感器T2;在工作面上隅角設置CH4傳感器T0、在三站進風側3～5m處設置CH4傳感器;在工作面避難硐室內安設CH4傳感器;在工作面進風側距工作面煤壁≤10m處設置CH4傳感器T3;采煤機設置車載式CH4斷電儀或便攜式CH4檢測報警儀;監控分站安裝在大巷、變電所內，并對向該采煤工作面供電的電源開關進行閉鎖，分站電源取自被控開關的電源側，嚴禁接在被控開關的負荷側;被控開關的負荷側安設饋電傳感器，對被控開關供電狀態進行監測。

2 試驗地點概況

在綠水洞煤礦3251南采煤工作面開展工業性試驗。3251南工作面位于田灣向斜西翼+350m水平325采區，為一單斜構造區域，工作面上部為5633工作面（2003年已回采結束），下部為尚未開拓，北邊為3251北工作面（已回采結束），南面為350東大巷，工作面機巷走向長度913m、風巷走向長度約900m，傾斜長度148.0m～208.4m，斜面積109602.14m2，地質儲量55.43萬噸，可采儲量52.65萬噸，工作面機巷標高+370.2～+380.7m，風巷標高+485.5～+525.6m。該工作面煤層為半暗半亮型焦煤、焦肥煤，呈玻璃光澤，硬度系數4～5，煤層平均厚度約2.6m。3251南采煤工作面共有106架液壓支架，每隔5架布置一個監測點，每架液壓支架監測左右柱兩個壓力測點，共監測21架液壓支架的42個壓力測點。

3 實施效果

（1）采用頂板動態監測系統，利用礦區已建立的計算機網絡平臺，將工作面頂板動態監測系統中的液壓支架工作阻力監測系統、頂板離層監測系統、錨桿（索）應力監測系統等各項子系統集成在一個界面上，方便查看及統計分析。

（2）頂板動態監測系統建成后，可24小時不間斷將監測數據實時傳輸到地面監控信息平臺上，通過信息平臺綜采液壓支架的壓力曲線數據、頂板離層曲線、錨桿（索）應力曲線等顯示，能及時掌握和分析工作面頂板在開采過程中受力變化運動的規律，以及及時解決現場存在的問題。

（3）通過礦壓在線監測系統中綜采液壓支架的壓力監測數據分上、中、下三段進行對比分析，并結合現場實際情況，通過觀測某一個周期來壓后，進行數據分析，預測了下次和再下次的周期來壓，周期來壓步距與實際誤差僅為2～3m，基本能得出工作面周期來壓步距在25～35m，周期來壓時，工作面持續距離為5～8m。通過對數據及曲線分布圖分析，工作面周期來壓步距的大小和礦壓顯現程度與工作面的采高、推進速度、上覆基巖厚度有很大的關系。周期來壓具有分布的不均衡性和來壓的不同步性。工作面中上部周期來壓顯現較為明顯，工作面30#液壓支架以下周期來壓顯現不明顯，工作面周期來壓不同步，有的區域先來壓，有的區域后來壓，但來壓的持續距離大致相等。通過對機風巷頂板離層儀和錨桿（索）支護應力監測數據分析，工作面頂板下沉速度及頂底板移近量變化較小，頂板離層量小，最大為20mm/周，隨著工作面的推進，壓力逐漸前移，工作面上出口向前20m范圍內壓力最大，底鼓較大，平均底鼓量為300mm/周，以至于造成工作面風巷超前和上出口范圍巷道變形量大。

（4）工作面出現周期來壓期間，在工作面上隅角設置CH4傳感器T0的數據存在增大的現象，平均增大在0.1～0.2%，在工作面回風巷距采煤工作面煤壁≤10m處設置CH4傳感器T1的數據在周期來壓前后也不同程度的增大，平均增大在0.2%左右，而距工作面煤壁較遠，在工作面回風巷距回風匯風點10～15m處設置CH4傳感器T2傳感器數據變化不大。

（5）通過將3251南采煤工作面頂板動態監測數據曲

線圖與工作面瓦斯動態監測數據曲線圖進行實時性節點性的觀察和對比分析，工作面出現周期來壓期間，工作面瓦斯濃度稍有提高，瓦斯濃度的增幅不大，瓦斯濃度增大趨勢時間略滯后于工作面綜采支架壓力增大趨勢時間，因此，在工作面周期來壓前后一兩天，適當調增工作面配風量、增大工作面綜采液壓支架初撐力以及降低工作面割煤速度等，實現瓦斯不超限報警。

4 結束語

（1）綜采工作面液壓支架在推移過程中難免要降架，線纜與壓力監測分站連接處易松動造成接觸不好，架間容易掉矸砸傷監測線纜，特別是上下出口段，需要對通信線纜和設備設施進行保護，該穿管的必須穿管予以保護，日常必須加強壓力監測分站連接位置牢固性檢查。

（2）采用兩立柱液壓支架的綜采工作面可采用壓力監測分站無線傳輸方式，減少工作面線纜多易被砸傷及影響現場標準化的問題，由于兩立柱液壓支架后腔空間較大，壓力監測分站不易受到干擾，信號傳輸較易實現，可間隔5～7架液壓支架安設壓力監測分站。

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