矿压在线监测在“三软”煤层综放开采中的应用

王红旗（郑煤集团新郑煤电公司，河南 新郑 451184）

矿压在线监测在“三软”煤层综放开采中的应用

王红旗
（郑煤集团新郑煤电公司，河南 新郑 451184）

应用在线监测技术对公司12208工作面回采过程进行连续的实时矿压观测，从而得到反映矿山压力的活动规律和液压支架适应性分析的相关技术参数，为工作面顶板维护、支护强度的确定提供科学依据，为相似顶板条件的工作面的开采支护设计提供参考依据。

矿压；在线监测；支架；三软煤层

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.052

赵家寨煤矿二1煤层属典型豫西“三软”煤层，12208工作面位于12采区西翼中上部，正上部为回采二3煤层的31116工作面，北东邻12210工作面采空区，南西邻待掘的12206工作面，南东邻11采区回风上山，北西邻12采区边界。12208工作面采用走向长壁综采放顶煤开采法，顶板管理为自由垮落。

1　矿压在线监测技术要求

12208工作面切巷内安装有100架ZFZ3600/19/28LT型液压支架，该种支架初撑力3140KN，工作阻力3600KN，支撑高度2.6m时对应的支护强度为0.73MPa，底板比压为1.02MPa。

1.1矿压监测设备选择

12208工作面支架载荷监测设备采用KJ653煤矿顶板动态监测系统。该系统把计算机监测、数据通讯和传感器技术融为一体，实现了复杂环境条件下采场矿压运动规律在线监测，对可能的顶板灾害进行预测预警。通过对支架工作阻力24小时的实时在线监测，掌握顶板来压的宏观规律，同时为支架适应性评价、合理工作阻力确定等提供理论分析的实测基础资料。

1.2监测设备的安装

12208工作面倾向长度150m，工作面支架数量100架，在12208工作面的上部、中部、下部均布安装13台矿压监测设备，对综采支架初撑力、工作阻力进行连续监测。每个监测分机上的三个压力监测通道为2个，分别安装在支架左、右立柱，以监测它们的压力变化情况。

2　工作面矿压显现特征及顶板运动规律分析

综采工作面采场的需控岩层范围主要包括直接顶和老顶及其上部岩层运动的作用影响范围。12208工作面老顶为大占砂岩平均厚度10.61m，直接顶为砂质泥岩，平均厚度为0.5m，工作面支架载荷是采煤造成的顶板运动的综合反映，它包涵着丰富的顶板运动规律信息。通过对支架载荷的分析可以推断需控制岩层的范围，支架工作阻力的周期性变化反映了顶板的周期性断裂和运动规律。

2.1工作面需控岩层范围及来压步距分析

老顶活动的矿压显现是通过直接顶传导于工作面煤壁及支架，按照控制顶板的范围为6～8倍的采高的经验，老顶范围内岩层岩性主要为粗粒砂岩，顶板在工作面推进方向的运动规律根据经验公式计算。

2.1.1直接顶初次垮落步距

式中：L0——直接顶初次跨落步距；b工作面斜长，取150m；σt取6.2MPa，根据抗压强度折减确定；Kc龟裂度，取0.7；mc运动直接顶岩层的有效抗弯断面的厚度，取5m；γ岩层的容重，取2.67t/ m3；Σm运动岩层的总厚度，取5m；α煤层倾角，取3°；

经计算得：L0≈11m。

2.1.2老顶第一岩层初次来压步距LE0

LE0—老顶初次来压步距；mc—运动老顶岩层的有效抗弯断面的厚度，取20m；γ—岩层的容重，2.67t/m3；Σm—运动岩层的总厚度，取25m；σt—6.2MPa；

经计算得：LE0≈38m。老顶周期来压步距一般为老顶初次来压步距的1/4～1/2，即L=9～19m。

2.2工作面顶板活动规律及矿压显现特征

老顶呈“X”破坏将工作面分为上、中、下三个分区，因此分别分析各个监测分站的工作面初次推进过程中的监测数据，1-4号监测分站代表工作面上部，5-9号监测分站代表工作面中部，10-13号代表工作面下部。本次监测为工作面回采期间的矿压监测总计101天，累计推进352.5m。为准确判断工作面老顶的周期来压步距，分析了回采期间27个周期来压支架工作阻力监测数据。

（1）周期来压步距。根据老顶周期来压步距监测和分析计算统计可知，工作面上部周期来压步距14.8～12.9m，平均步距13.9m，中部周期来压步距12.2～14.1m，平均步距13.2m，下部周期来压步距14.5～14.3m，平均步距14.4m。该工作面顶周期来压步距平均为13.8m。

（2）周期来压强度。老顶周期来压期间，支架压力增大，但基本均在支架额定工作阻力范围内，并呈现出较为明显的周期性波动。老顶来压期间工作面上部来压强度峰值为28.8MPa，中部来压强度峰值27.4MPa，下部来压强度峰值27.5MPa。

3　工作面顶板压力监测数据分析

通过对综采监测报表数据统计，中部支架载荷与工作面上下两端相比较要偏小，整面支架工作阻力平均值为14.5MPa，平均来压强度27.2MPa，最大值发生在20号支架，最大工作阻力28.8MPa。

4　结论

通过对12208综放工作面回采矿压进行分析，可以得到以下结论：

（1）通过分析KJ653监测系统采集的数据可知，工作面上部、中部、下部周期来压步距分别为14.8～12.9m，12.2～14.1m和14.5～14.3m。该工作面老顶周期来压步距平均为13.8m。

（2）根据在线监测系统采集的顶板动态参数，经过分析整理12208工作面顶板周期来压平均值为27.2MPa，在支架额定工作阻力范围之内。

（3）工作面液压支架工作阻力大多分布10～20MPa，说明支架的工作阻力合适，能够基本适应12208工作面顶板变化的要求，但初撑力合格率较低，应加强日常监控管理。

（4）12208工作面使用的ZFZ3600/19/28LT型液压支架为中位放顶煤支架，受支架结构限制，支架掩护梁和尾梁不能摆动，下一接替工作面准备采用低位放顶煤支架所取代该中位支架，此次的实时监测也为支架的选型设计提供了宝贵的技术参数依据。