綜采工作面礦壓監測

李啟龍

(鄂爾多斯色連二礦)

根據色連二礦綜采工作面回采作業規程的要求，需掌握工作面頂板來壓規律，如老頂初次來壓和周期來壓步距，為工作面生產安全管理提供依據;測定液壓支架有關工作參數，分析支架與圍巖的相互關系，評價支架對工作面頂板條件的適應性，為以后工作面液壓支架的選型提供依據。為此，在初放和正常開采期間，必須進行工作面礦壓測試，即對工作面液壓支架工作阻力及頂板來壓規律等礦壓顯現進行綜合測試［1］。

1 12205工作面概況

(1)工作面位置。12205綜采工作面為色連2#礦井首采工作面，其東部有2-2中煤層回風大巷、2-2中煤層輔助運輸大巷、3-1煤層回風大巷、3-1煤層輔助運輸大巷等盤區大巷，主斜井及本工作面車場和回風聯巷，北側正在施工12206工作面膠帶順槽等回采巷道，上下煤層均未有采動。

(2)地質概況。12205綜采工作面走向長240 m，傾斜長1738 m，面積417120 m2，平均煤厚2.2 m。該工作面為一單斜構造，根據12205綜采工作面兩巷及切眼掘進時收集的地質資料顯示，工作面共揭露1條正斷層，落差1.0 m，預計對回采有一定影響;中部揭露一個變薄帶，影響回采長度90 m左右。工作面頂板為細砂巖，底板為砂質泥巖。

(3)采煤工藝。工作面采用單一傾斜長壁、區內后退式綜合機械化采煤方法，正?；夭善陂g工作面沿2-2煤層頂板回采，一次采全高。

(4)工作面支護設備。工作面頂板采用ZY12000/14/28D型電液控制掩護式支架支護，兩端頭頂板使用ZZT15000/15/29D型端頭支架和ZYG12000/14/28D型過渡支架支護。

2 礦壓觀測

2.1 觀測儀器

濟南科泰KJ345礦用液壓支架監控系統由井下和井上兩大部分組成。井上監測信息與報警網絡包括:數據接收單元、監測服務器、礦井辦公局域網和客戶端、GPRS數據收發單元和圖文短信手機用戶群;井下監測網絡通過井下的監測主站接入礦井工業以太環網交換機或電話通訊電纜，將數據傳送到井上。當使用工業以太環網傳輸數據時，選用主站的RJ45接口，并將主站設置成NPORT(以太網聯網服務器)模式;當選用電話通訊線路時，將主站配置成RDS(基帶差分傳輸)通訊模式，在斷電情況下仍能保持2 h的正常監測［2］。

2.2 觀測點布置和觀測方法

在整個工作面布置15條測線，共裝30個壓力分機，依次分別為 1#、4#、8#、12#、24#、28#、32#、36#、40#、44#、48#、52#、56#、60#、64#、68#、72#、76#、80#、84#、88#、92#、104#、108#、112#、116#、120#、124#、128#、132#、136#、140#支架。工作面推進過程中，支架工作阻力值連續自動記錄在監控主機中，其中前后柱壓力每5 min記錄一次數據。

在工作面輔運順槽內，距離工作面煤壁12 m(工作面推進34.5 m+切眼8 m)布置巷道圍巖變形觀測測點。在每一觀測區內每隔約4.5 m布置一對十字測點，共36個測點7個測區，觀測距離240 m。分兩期觀測，前96 m為第一觀測期，3個測區一共16個測點;后144 m為第二觀測期，4個測區一共20 個測點［3］。

從2015年3月4—31日，對工作面回風順槽兩幫及頂底板礦壓觀測工作面回風順槽退尺為275 m。

3 觀測結果

3.1 初次來壓

根據礦用KJ345液壓支架監測系統實時自動連續監測壓力數據，初次來壓觀測結果如下:

(1)56#、60#測線。由工作面 56#和 60#測線壓力自動監控主機數據反映，3月1日6時—3月2日3時支架出現較高工作阻力，且支架移架后呈現快速一次或多次增阻現象，最大支架阻力一度超過45 MPa，來壓持續時間21 h，此時，主運側工作面退尺分別是13.6，18.4 m，即來壓影響距離4.8 m。

(2)48#～52#測線。由工作面48#～52#測線壓力自動監控主機數據反映，3月1日4時—3月2日2時出現支架較高工作阻力，支架呈現一次或多次增阻現象，最大支架阻力超過45 MPa，來壓持續時間22 h，來壓影響距離4.8 m。

(3)40#～44#、32#～36#測線。由工作面 40#～44#、32#～36#測線壓力自動監控主機數據反映，3月1日7時—3月2日2時出現支架較高工作阻力，支架呈現一次或多次增阻現象，最大支架阻力超過45 MPa，來壓持續時間19 h，來壓影響距離4.8 m。

3.2 支架工作阻力分析

(1)工作面中部及中上部初次來壓步距為21.6～26.4 m(加切眼8 m)，初次來壓平均步距為24 m，來壓持續距離4.8 m，隨支架工作阻力增加，煤壁出現異響并發生局部小范圍片幫。采空區頂板冒落，能發現白色砂巖大塊矸石。

(2)從現場看，工作面中上部個別位置煤壁有輕微片幫、冒頂，通過支架壓力曲線可看出，支架初撐力普遍較低，建議提高支架初撐力，及時打開護幫板，對來壓期間的頂板管理及防止煤壁片幫有一定的控制作用。

(3)工作面在初次來壓時，未出現頂板異常出水現象，頂板也無淋水現象發生。

3.3 工作面周期來壓

工作面中部共經歷25次明顯來壓，平均步距為10.2 m;工作面中上部共經歷24次明顯來壓，平均步距為10.5 m;工作面中下部共經歷24次明顯來壓，平均來壓步距10.7 m;工作面整面平均周期來壓步距為10.5 m?？傮w而言，采場中部范圍來壓步距較小，上下端頭側來壓步距較大。初次來壓較周期來壓步距大，正常開采階段，直接頂基本隨采而冒，無懸頂［4］。

3.4 支架循環末阻力

按照作業規程規定，在線監測系統設定的支架阻力報警值為45 MPa，經過換算液壓支架末阻力報警值約11320 kN。12205工作面末阻力統計結果見表 1［5］。

表1 支架循環末工作阻力及利用率

由表1可知:工作面支架循環末阻力為7480.8～8162.4 kN，平均7805.6 kN，占額定工作阻力的65.05%，能夠滿足初次來壓和周期來壓及正常開采時期采場的頂板控制要求。

4 結論

(1)通過實測分析支架阻力與推進步距的關系，結合支架工作阻力-時間的變化曲線，推斷頂板(老頂)來壓步距:工作面中部及中上部初次來壓步距為21.6～26.4 m(加切眼8 m)，初次來壓平均步距為24 m，來壓持續距離4.8 m，隨支架工作阻力增加，煤壁出現異響并發生局部小范圍片幫。

(2)工作面中部共經歷25次明顯來壓，平均步距為10.2 m;工作面中上部共經歷24次明顯來壓，平均步距為10.5 m;工作面中下部共經歷24次明顯來壓，平均來壓步距10.7 m，整面平均周期來壓步距為10.5 m。

(3)工作面不同部位支架工作阻力，能夠滿足初次來壓和周期來壓及正常開采時期采場的頂板控制要求。

［1］ 徐小荷，余 靜.巖石破碎學［M］.北京:煤炭工業出版社，1984.

［2］ 劉泉聲，許錫昌.溫度作用下脆性巖石的損傷分析［J］.巖石力學與工程學報，2000(4):408-411.

［3］ 孫澤宏，孔德慧.監測系統在綜采工作面礦壓觀測中的應用［J］.煤礦開采，2008(6):87-88.

［4］ 張亞楠.礦山壓力監測系統在綜采工作面中的研究應用［J］.西部探礦工程，2014(3):101-103.

［5］ 陳慶新，彭樹兵，魏化明.綜采工作面礦壓監測方法與應用［J］.煤炭技術，2008(8):98-99.