大采高智能化综采工作面矿压监测探讨

曹哲哲，肖 曲

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

在矿山压力作用下，采煤工作面经常会出现顶板下沉、切顶掉矸、片帮、煤体变形等压力显现，不仅影响着综采工作面工程质量，更关乎工人的作业安全。顶板事故对工作面安全生产影响较大，因此准确预报综采工作面来压情况，对工作面的安全生产具有十分重要的意义，特别是在大采高智能化综采工作面中，通过监测支架支撑压力，一方面可反映支架支护质量，对支架支护质量进行调整；另一方面，分析观测数据可预测顶板周期来压，在周期来压前采取适当的措施，可以避免工作面因周期来压发生顶板事故，保证工作面安全生产。

1 工作面概况

黄陵二号煤矿416大采高智能化工作面位于四盘区右翼，工作面走向长度为2 632 m，倾向长度为300.5 m，预留保护煤柱300 m，可采长度2 332 m，煤层平均厚度5.6 m，属单一近水平厚煤层。工作面直接顶为细粒砂岩，厚度1.37～3.5 m，水平层理，较致密，坚硬。老顶为粉砂岩，厚度7.4～15.01 m，较坚硬，层位、厚度稳定抗压、抗剪强度较高。底板为炭质泥岩，厚度1.3～4.7 m，易碎、易风化，遇水变软膨胀。

通过对工作面初采初放及正常回采期间顶板压力显现情况观测，直接顶初次垮落步距约为12 m，初次来压步距约为35～40 m，初次来压时，矿压显现较为剧烈，工作面80%支架达到最大工作阻力，安全阀开启。周期来压步距约为18～25 m，周期来压前兆不明显，常表现为突发性来压，出现顶板下沉掉矸，煤壁片帮、底板底鼓等现象，对工作面工程质量影响极大。因此，对工作顶板支护质量和周期来压情况进行实时监测预报，对二号煤矿综采工作面正常回采具有指导意义。

2 工作面矿压监测

工作面的矿压监测意义重大，其内容主要有：支架工作阻力监测、两巷超前支护范围内超前支架的工作阻力监测、两顺槽顶板离层监测以及顶板压力监测。根据观测结果对工作面顶板活动规律、来压特征，工作面支架受力特点，超前压力影响范围和分布特点，顶板、煤层稳定性，工作面支护质量等进行定期分析，进一步了解煤、岩体力学参数等基础数据。

2.1 测点布置

工作面支架阻力监测使用每台支架安装的机械压力表和自带压力传感器及配套监控设施进行支架压力监测。在胶带巷、回风巷、辅运巷每100 m安设一个GUW300W型顶板位移传感器，每100 m安设一个GMY400W型锚杆应力传感器，顶板位移传感器与锚杆应力传感器交错布置。

2.2 观测方法

工作面矿压动态监测：生产期间工作面矿压监测采用支架自带压力监测系统，监控平台采用配套的监控软件，可以从监控中心显示屏上直接观察每架支架的工作压力。同时，在工作面可以直接观察支架人机界面上的压力读数来判断每架支架工作阻力情况。另外当班验收员每班至少检查一次机械压力表数据，每次间隔5架，对顶板压力进行现场监督，确保支架压力不小于25.2 MPa，初撑力合格率不小于80%，但测点较少，数据量不大，不能完全反映所有支架受力状况，且其数据采用无线传输，信号易受障碍物影响，出现断线，另外该传感器使用内置电源，电量耗尽后需更换电池，维修量大，也额外增加了工人的工作量。

工作面矿压静态监测：工作面停机后，通过观测人机界面支架压力显示值和机械压力表显示数据，对数据进行分析，及时对故障支架进行检修处理，每台支架安装一组机械式压力表，人工统计支架压力数据进行分析，人工统计较为麻烦，观测量大，且数据受采集时间、支架工作状态等因素影响较大，不能线性反映时时数据。

巷道矿压观测：离层传感器有2个测量基点(A基点，B基点)，A基点为深部基点，B基点为浅部基点，通过A、B 2个基点位移的变化确定离层的范围和离层的大小，每台离层传感器A基点深10 m，B基点深3 m，报警值为≥100 mm。观察示数，不超过报警值为准。若发现报警，必须及时汇报，并采取加强支护措施。单体支护压力观察液枪上的压力表，对单体液压支柱注液时确保压力表读数不小于90 kN。超前支架压力观测直接读取超前支架上压力表，初撑力不得低于25.2 MPa。

2.3 观测时段

工作面生产期间每班对支架压力观测一次，对支架初撑力、工作阻力、末阻力进行统计分析；同时，通过矿压分析软件每天对支架工作状况进行数据分析，为支架工作状态提供调整依据，确保支护质量达标。

顺槽顶板离层监测及锚杆压力监测，每天使用矿压分析软件进行数据分析，对离层及压力变化增大区域进行加强支护。

2.4 支护质量监测

每班由班长或验收员对工作面和两巷支护质量进行动态检查，对检查出的问题立即整改。监测内容要包括支架初撑力、煤壁片帮情况、端面距、采高及端头顶板冒落情况、两巷超前支架初撑力、超前支护质量，发现问题立即汇报并采取措施处理，保证顶板支护安全。

3 矿压监测系统在大采高综采面的应用

通过实时监测和数据分析，掌握新开采工作面顶板的活动规律，预测顶板的周期来压和来压强度，监测分析采场超前应力的分布范围和作用强度，监测分析采动巷道顶板及围岩离层和松动的范围和大小，监测锚杆拉力判断支护强度和支护效果，监测煤体压力判断采动影响周期来压规律、冲击地压强度，对顶板危险事件临近报警，对可能发生顶板危险预测，系统接入矿井网络系统，实现顶板动态监测信息共享。此数据同时作为与工作面自动化系统仿真数据来源，与工作面控制联动。

在大采高智能化综采工作面监测液压支架初撑力及工作阻力，安全阀开启情况，液压支架护帮压力等数据通过压力传感器将数据传输至顺槽监控中心电液控主机，电液控主机通过采集工作面支架压力、护帮压力等数据对工作面顶板来压情况进行分析，对达不到初撑力的液压支架自动补压，以满足安全生产的要求。通过监测工作面支架工作阻力随工作面推进的变化，得出工作面初次来压步距与周期来压步距，并分析顶板来压强度。并且通过观测支架受力情况，分析支架设计的合理性，包括支架工作阻力、初撑力是否满足顶板支护要求。通过将矿压监测系统与大采高智能化综采系统有机融合，使工作面的矿压监测实时显现在监控主机上，当矿压变化时，能从监控主机上看到，并对矿压进行分析，以便了解矿井周期来压的时间。

4 结语

通过将大采高智能化工作面的监测数据与矿压监测系统集成，达到实时显示监测数据和分析矿井周期来压，与传统的矿压监测相比，更有利于及时掌握矿压变化，及时调整或提高支护效果，为矿井安全高效生产提供保障。