73904工作面远程监控及矿压显现规律分析

王君杰

(西山煤电集团公司 杜儿坪煤矿， 山西 太原 030022)

杜儿坪煤矿主要可采煤层为2#、3#、6#、7#、8#、9#煤，可采煤层总厚度16.37 m，煤种有贫煤、瘦煤和贫瘦煤。目前主要开采2#、3#、8#煤层，基于2#与3#煤层间距较薄，巷道围岩压力大，针对传统机械式顶板监测设备监测数据不连续的问题，在采掘过程中对巷道及工作面加设顶板在线监测系统，通过对不间断数据的分析，总结顶板活动规律，为支护方案优化提供依据，降低围岩压力对采掘活动的影响，从而提高矿井生产效率。

1 工作面概况

73904工作面位于杜儿坪煤矿南九盘区3#煤层，走向长963 m，倾向长147 m，煤层厚度稳定，总厚3.154～4.50 m，平均3.64 m，煤层结构复杂，煤层倾角2°～6°，平均3°,直接顶为3.30 m厚细粒砂岩，基本顶为3.0 m厚粗粒砂岩，直接底为5.6 m厚砂质泥岩，基本底为8.50 m厚K5含砾粗砂岩，可采储量574 770.9 t，属贫瘦煤，硫分较低，灰分较高。73904工作面北邻南九3#煤皮带巷，东邻73903工作面(已采)，西邻73906工作面(未掘)。工作面上部为72904工作面采空区，层间距2.7～3.8 m，为近距离煤层， 工作面布置见图1.

图1 工作面布置图

2 顶板动态监测方案

巷道顶板活动主要表现形式有3种，即弯曲下沉、冒顶及离层，为更好地实现对73904工作面两巷顶板活动情况的监测，在两巷每隔50 m布置一组矿压监测点，包括：GUD500顶板离层仪在线监测、锚杆锚索测力计。同时，对工作面支架压力进行监测。73904工作面共布置98台液压支架，为实时监测工作面支架工作阻力，将工作阻力监测系统安装于架内。支架压力监测站共9个，第1个监测点布置在第11#支架，中间间隔10架，第2个监测点布置在第21#支架，依次类推。系统现场总线采用标准 RS485 数据总线，压力监测站主要用于采集支架工作阻力及最大工作阻力，并及时、准确地将监测数据上传至本安型分站。本安型分站利用控制巡测下位压力的方式实现对各测站的监测，进一步将数据上传至监测主站。综采支架工作阻力监测系统供电设备采用KDW28-18型或KDW660/18B型隔爆兼本安电源。1台电源承载本安型分站和压力监测站的数量分别为1台和12台，一旦超出需要增加供电电源保证正常供电。

3 矿压显现规律分析

3.1 采场矿压显现规律

73904工作面采空区顶板管理采用自然垮落法。近距离煤层回采结束后能够使基本顶触矸时间提前，改变以往支架上覆岩层的受力情况[1-2]. 由于垮落步距缩短较快切断了基本顶的应力传递途径，应力集中将反复在支架和实体煤中呈现，因此，支架的受力情况将会加强，具体表现为支架压力的短期反复升高降低和周期来压变得更明显更短。同时，近距离煤层回采期间的影响也是有一定范围，影响范围外的巷道顶板相比较于其他煤层并无区别。采场主要划分为3个矿压区域：工作面影响区、靠近侧煤柱影响区和巷道未影响区。采场应力分布云图见图2，液压支架载荷曲线变化见图3.

图2 工作面应力分布云图

分析图2，图3可得出,回采期间工作面采动后所传导压力对巷道影响区范围在15.5～19.8 m，且巷道受动压主要影响区域为下半部巷道。近距离、非近距离对采场矿压规律的影响见表1，2.

表1 非近距离煤层对采场矿压规律的影响表

表2 近距离煤层对采场矿压规律的影响表

由表1，2可知，与非近距离3#煤层影响相比，本工作面液压支架最大压力增加了7.3 MPa；平均压力增加了3.5 MPa；周期来压步距减少了6.5 m. 工作面影响区与巷道未影响区液压支架工作阻力及周期来压步距相差不大。周期来压步距的减少表明在近距离回采的影响下，工作面端头直接顶垮落高度小且块度大(碎胀系数小)，采空区在充填效果上的表现较差，采空区无法被碎胀的矸石完全填充，因而为基本顶回转留有一定的空间，这就导致了回转变形严重，导致断裂现象的发生，减小了断裂的步距。

基本顶断裂步距减小，但支架工作阻力增大，表明在近距离煤层回采的影响下，直接顶破断垮落后，形成碎涨的矸石，一般情况下，这些矸石的量与采空区的实际需求量存在一定的距离，因此无法达到填满的要求，为基本顶回转的发生留有一定的空间，因而会产生较大的变形，进而对工作面及两巷直接顶产生的压力也较大。

3.2 顶板离层变化规律分析

顶板离层监测布设23个顶板离层监测点，其位置见表3，其中选用具有代表性的3#、7#和9#锚索应力计的锚索应力值，变化曲线见图4.

根据图4曲线能够分析出顶板离层值及顶板最大离层值变化情况，见表4.

由图4和表4可知：

1) 超前支撑压力对于工作面的顶板离层影响显著，一般情况下，影响范围处于23.8～15.3 m，平均19.8 m.

2) 由3#、7#和9#监测点的曲线变化趋势可知，工作面回采时，顶板离层值距工作面距离越近离层值越大。

图3 工作面液压支架载荷监测曲线图

表3 顶板离层仪安装位置表

图4 回采期间顶板离层值变化图

3) 3个应力监测点的深基点最大值为98.4 mm，平均为87.5 mm；浅基点最大值为55.1 mm，平均为47.2 mm.

4 结 论

通过对近距离煤层综采工作面安设的顶板在线监测设备和巷道内监测设施的数据进行分析，探索回采过程中采动压力对巷道内支护超前影响范围，与巷道变形、锚杆受力等存在的关系，掌握了近距离煤层在回采期间围岩应力在不同条件下的分布状况和显现规律。

表4 顶板离层值变化及最大离层值表

1) 3号煤层回采过程中采动压力对巷道影响区范围在15.5～19.8 m，且巷道受动压主要影响区域为下半部巷道，在进行相似条件3号煤层设计时顶板支护采取注浆锚(杆)索等补强，提高顶板承载能力。

2) 工作面采动压力对巷道内的顶板离层影响显著，一般情况下，影响范围处于23.8～15.3 m，平均19.8 m，因此超前支护距离打设不少于20 m.

3) 工作面回采时，顶板离层值距工作面距离越近离层值越大，要加快回采推进速度，缩小巷道内超前支护排距，有效控制采动压力延伸，保证作业安全。