综放工作面矿压监测系统应用探讨

李明鑫

（阳泉煤业集团有限责任公司新景公司，山西 阳泉 045000）

1 概述

山西新景煤业有限责任公司距阳泉市中心以西8 km，毗邻307国道，太旧高速路口以东。矿井位于沁水煤田阳泉矿区西部，井田面积64.7477 km2，地质构造复杂程度中等，可采储量5.52亿吨。主采3#、8#、15#煤，其中3#煤层为突出煤层，属于煤与瓦斯突出矿井。矿井绝对瓦斯涌出量为221.17 m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为31.74 m3/t。1998年10月1日正式投产，设计生产能力7.50 Mt/a，公示生产能力4.50 Mt/a。矿井采用主斜井、副立井、分煤组、分区通风的开拓方式，现有+525 m和+420 m（在建）两个开采水平。全部采用综合机械化采煤，15#煤为低位放顶开采，实现了远距离操作和自动化采煤方式。井下通风方式为混合式通风，瓦斯抽放采用邻近层、本煤层、采空区抽放三种形式。

当前，新景公司采用了“三高一低”支护，结合顶板岩性探测、矿压观测、动态检查等措施加强顶板管理，但采掘工作面和年久失修的老巷等依然是顶板管理的重点难点，支架工作阻力映射出顶板来压，综放工作面矿山压力在线监测为判断和分析顶板来压提供了平台[1]。

2 80202综放工作面概况

2.1 工作面主要参数

80202综放工作面为15#煤层，厚度6.16 m，倾角9°，以净煤、亮煤为主，属于中-高灰、中硫、高发热量的优质无烟煤。工作面走向长1023 m，倾斜长220 m。

80202综放工作面井下位于525水平丈八一区南翼东部，北为采区大巷，南为80203工作面 （未掘），东为矿界，西为北石门大巷。工作面西部总体为一轴向NE较宽缓的向斜构造，两翼倾角在2°～6°之间；中部总体为一走向NS，倾向W的单斜构造，倾角在4°～6°之间；东部总体为一轴向NE的背斜构造，两翼倾角在3°～20°之间。工作面瓦斯绝对涌出量：52.0 m3/min，相对涌出量：16.1 m3/t（计抽放），3.4 m3/t（不计抽放），煤层自燃倾向性等级为自燃。

80202工作面采用倾斜长壁后退式综采放顶煤采煤方法，全部垮落法处理采空区，综合机械化低位放顶煤采煤工艺。工作面安装了两部SGZ-1000/1400型刮板输送机，支架顶梁以下的煤炭，采用MGTY-400/930-3.3D型采煤机落煤和装煤，前滚筒割上刀，后滚筒割下刀，双向割煤，煤炭由前刮板输送机运出，支架顶梁以上的煤炭随支架放顶煤自行跨落进入后部溜运出，实行机组割一刀煤，放一茬顶煤，即“一采一放追机放顶煤”作业方式[2]。

根据15#煤层地质条件，工作面顶板厚度是影响其综放工作面初次来压的主要原因，在其它顶板条件相同时，老顶厚度的增加将使综放工作面老顶初次来压步距随之增大，新景公司15#煤层综放工作面初次垮落步距一般为12～14 m，老顶初次来压步距一般为24～30 m。80202综放工作面顶煤较坚硬。煤层顶底板情况见表1。

2.2 支架主要参数

工作面支架共147架，普通架141架,过渡架6架，见表2。

表1 80202综放工作面煤层顶底板情况

表2 支架参数

3 综放工作面液压支架工作阻力实时监测

3.1 KJ385型矿山压力监测系统

KJ385型矿山压力监测系统（以下简称系统）可根据不同开采条件提供常规矿压观测和科研矿压观测的方案设计；全新的CAN总线结构设计，使井下的实时监测和数据传输得到可靠保障，系统技术指标见表3。

表3 监测系统技术指标

3.2 系统监测方案

80202工作面液压支架共安装12台压力传感器，安装在3#、22#、38#、48#、60#、74#、86#、100#、110#、123#、135#、145#架，每台压力传感器上的三个通道分别接液压支架的前柱、后柱、前梁千斤顶，用来观测支架的工作阻力和顶板压力状况。

80202工作面监测系统结构和工作面测站布置见图1、图2。

图1 KJ385型矿山压力监测系统结构

图2 80202综放工作面矿压观测站布置

4 矿压监测分析

80202工作面2月份初采，5月28日，靠进风巷侧工作面揭露F6正断层构造，构造区采用放炮措施过构造，沿15#煤层底板向前推进。进入6月，每个圆班割4～5刀煤，日平均推进3.2～4 m，到7月9日已经推进720 m。

5月27日安装KJ385型矿压在线监测系统，6月12日系统完成数据上传，6月25日系统调试基本完成。

图3 支架工作阻力曲线

系统安装完成后，受各种因素干扰，在一段时期内处于非正常工作状态。6月28日到7月6日系统正常工作，工作面向前推进30 m，对100#架、110#架、123#架、135#架、145#架5个测点进行了分析。在此期间工作面经历一次周期来压，周期来压时间7月3日，来压强度44 MPa；另外，割煤和放煤生产班综采液压支架工作阻力实时监控曲线处于不规则的曲线状态，检修班综采支架工作阻力实时监控曲线基本处于平直状态，见图3。

图4 支架工作阻力分布柱状图

从各测点的压力分布柱状图上可知 （见图4），前柱、后柱、前梁千斤顶三者比较，在25～40 MPa的压力值区间，前梁千斤顶的压力值所占的百分比最大。在0～15 MPa的压力值区间和40 MPa以上压力值区间，前柱的压力值所占的百分比最大（见表4）。

表4 支架各部件受压值区间分布

5 结语

1）根据矿压监测结果分析，可得出以下结论：ZF6200/17/32H型低位放顶煤支架适应新景公司综放工作面的地质条件，满足综放工艺要求。

2）要有针对性地强化顶板管理：80202工作面靠进风巷侧构造区段顶煤较厚，需要加强支架维护，增强工作面支架的初撑力，保证支架接顶严实，顶板不好的地方提前拉架；必须提高支架的检修质量,保证支架各种操作阀的完好,杜绝支架管路的窜漏液,在升降架、移架过程中,坚持正规操作,调整好支架的工作状态，避免前后柱受力不均，同时严格将采高控制在2.8 m，密切注意煤帮的变化，防止片帮伤人。