综采工作面矿压监测方法与应用

摘 要： 直接顶是综采工作面维护的直接对象，而老顶的平衡特征又会对直接顶的完整性产生一定的影响，所以从某种意义上来讲，对于老顶活动规律的控制就是工作面控制的实际内容。目前，理论研究界对于矿山压力有着种类繁多的研究方法，本次研究则以万年矿13268 综采工作面为对象，就现场矿压观测法进行分析和讨论。

关键词：综采工作面；矿压监测；方法与应用

冀中能源峰峰集团万年矿为年产量300万t的大型矿井，矿井所在区域的地质条件较为复杂，日常采煤作业主要通过走向长壁后退式综合机械化的方式进行。从1977年投产至今，矿压监测工作者们以理论知识为依据，以现场观测结果为指导，在不断的学习和实践中逐渐掌握了不同煤层回采工作面老顶的来压显现规律、步距与强度等第一手资料，为万年矿长期保持安全生产与高效生产兼顾的良好局面做出了巨大的贡献。

一、 地质概况

万年矿13268 综采工作面的北部尚未进行工作面的布置，南部与13264工作面相邻（回采于2003年结束），西部与13265工作面相邻（回采于1999年结束），东部与夹片断层80m防水保护煤柱线相接，工作面上部覆盖的13-1煤层目前尚未利用。万年矿13268 综采工作面的倾斜长度为195m，走向长度为757m，11-2煤层主要出产黑色半亮型煤，煤质相对较硬，呈块状或碎块状。煤层多为一层夹矸结构，上、下层煤厚分别为1.2～1.9m以及0.5～1m，夹矸厚度为0.2～0.4m，以泥岩为主，从机巷东部与切眼的距离为120m左右的位置开始出现二层夹矸结构。

二、综采工作面支护

（1）综采工作面的上巷支护通过联合使用锚索、锚网的方式进行，这部分巷道的净宽、净高分别为5.2m和2.8m，少部分的巷道支护采用工字钢架棚的方式进行，其断面规格为（6.1+4.8）×2.8m/2。

（2）综采工作面的下巷支护同样通过联合使用锚索、锚网的方式进行，这部分巷道中心线位置的净高以及巷道的净宽分别为2.8m和5.6m，少部分的巷道支护采用工字钢架棚的方式进行，其断面规格为（6.7+5.2）×2.8m/2。

（3）综采工作面所使用的液压支架为ZY5800—20/42D型，顶板的控制采用全部垮落法进行，随着支架的前移，采空区顶板会自行垮落并充填。所使用液压支架的最大与最小控顶距分别为5170mm和4370mm，移架步距为0.8m。回采作业时，支架的移动采用分段追机的方式进行，以保证对顶板的及时支护。若工作面片帮达到了800mm的水平，则必须通过拉超前架的方式进行超前支护，即于割煤前进行移架。若煤帮出现超前冒漏的现象，则应及时打顺山托棚，使暴露的顶板能够得到及时支护。

三、 综采工作面的现场矿压观测

（1）万年矿13268 综采工作面的现场矿压观测主要是对工作面顶板的维护情况、超前巷道的破坏情况、两帮位移量、顶底移近量、活柱下缩量、煤壁片帮等矿压现象进行观察和记录，同时也负责记录和描述工作面的地质变化情况以及推进度。

（2）所使用的观测仪器的作用是对超前巷道的位移变形、液压支架工作面阻力与工作状态、顶板稳定度等内容进行定量描述，仪器的名称、型号、数量、量程等具体指标如表3.1所示。

（3）万年矿13268 综采工作面每台综采数字压力计对应十架液压支架，压力计的两个接口分别与液压支架的前、后柱进液阀相接。顶板离层监测仪设置在风、机巷锚网支护巷道内，间距一般为50m，若该段支护方式发生变化，或遭遇如淋水、褶曲、断层等复杂地质结构，则增设一台，以便使观测更为全面和详细。顶板动态仪主要于回采之初设置在风巷，目的是对矿山压力进行超前观测，不同监测点的距离为5m，随着工作面的循环推进，顶板动态仪也会进行交替推移。液压支柱工作面阻力检测仪则采用监测人员人手一台的配置模式，目的是实现对两巷超前支护单体的动态检测，其中，机巷的检测重点为上帮单体支柱的工作阻力或初撑力，风巷的检测重点为下帮单体支柱的工作阻力或初撑力。

四、 数据处理

（1）将各监测点所获取的顶板离层量、围岩变形量绘制成变形量（速度）、离层量（速度）与回采工作面距离的关系曲线绘制成图，以此对采动的影响范围进行判断，如图1所示。

图1 万年矿13268工作面机巷12#顶板离层量、两帮位移量、

顶底板移近量与工作面距离的关系曲线

（2）将所获取的液压单体支柱工作阻力与回采速度之间的关系曲线绘制成图，以此对采动压力的超前峰值位置进行判断，为来压预报提供数据依据。

（3）通过对各液压支架循环末工作面与回采速度的关系曲线、工作面地质构造以及煤壁片帮进行综合分析，就可以使来压预报以及来压步距的和判断变得更加精确，如图2、图3所示。

（4）通过对不同支护循环内液压支架工作阻力变化曲线的分析，就可以获知回采过程中，顶板的运动状态，从而得出顶板究竟处于稳定、挠曲变形、运动显著还是下沉、断裂时期的结论，使对工作面老顶岩梁变化情况的分析更加准确，使工作人员能够对老顶由稳定至失稳、由失稳至稳定的过程进行有效掌握。

（5）通过对液压支架的初撑力、末阻力频度分布图的分析，工作人员就可以有效掌握支架整体运行状态的相关情况。

图2 综采数字压力计周期来压期间综合曲线数据分析

图3 综采数字压力计周期来压期间综合曲线数据分析

五、 结果分析

（1）监测结果表明，万年矿13268 综采工作面前方支撑压力的影响范围在40～46m之间，其中，10～20m范围内所受影响最为剧烈，所以该段巷道应提前加强支护，以保障作业的安全性。

（2）监测结果表明，万年矿13268 综采工作面老顶的初次跨落步距为33m，最大、最小周期的来压步距分别为28m和15m，平均值为21m，周期来压的现象较为显著，可持续3～5个循环。

（3）监测结果表明，初撑力的最大、最小值分别为2635kN/架与1641kN/架，平均值为2300 kN/架，占额定初撑力、工作阻力的52.7%以及47.9%。

（4）监测结果表明，工作阻力最大值为3922kN/架，平均值为2879kN/架，为工作阻力额定值的60%，说明支架在工作阻力方面还存在着很大的富余。

六、结 语

在综采工作面矿压监测工作的开展过程中，确保所搜集数据的精确度与实时性、确保对搜集到数据处理的综合性与时效性是保障和提升工作水平的关键所在，而此项工作的难点则是对各类监测仪器的挪移、保护与管理。万年矿13268 综采工作面在回采作业中，始终保持至少有一名专业监测人员进行现场数据的搜集与处理，施工单位技术部的工作人员也会定期进行工作面地质情况的汇报，使责任人能够实时掌握工作面矿压的显现规律，使各项预测、预报以及管理措施的制定能够更加及时和准确。在精确、及时的数据支持下，技术人员可以更为合理的对支护材料与方式进行选择，使工作面回采作业能够在一个更加高效和安全的环境下进行，最大程度避免各类安全事故的发生，从而更好的实现了安全生产的目标。

参考文献：

[1]叶凌燕，舒军. 采场矿压显现规律数值模拟研究〔J〕. 中州煤炭，2012.（11）：7-9.

[2]刘家根. 综采工作面矿压显现规律实测研究〔J〕. 中国资源综合利用，2012.30（10）：61-62.

[3]杜存宝. 冯家塔煤矿矿压规律研究〔J〕. 陕西煤炭，2012.31（5）：51-52.

[4]刘杰，杨宇杰. 某矿开采初期矿压异常显现分析〔J〕.山东煤炭科技，2012.（5）：158-159.

作者简介：姚者宇（1965-06-），男，河北邯郸人，大学本科，工程师，现在冀中能源峰峰集团武安市南洺河铁矿任总工程师。