矿压观测仪器现场安装实践

陈 鹏

（朔州职业技术学院，山西 朔州 036002）

煤层或岩层在没有开掘之前，整个岩体处于平衡状态。 当煤层或岩体被开挖或开采后，破坏了原有岩体的原始应力，形成了新的岩体应力分布。在应力重新分布过程中，会使采掘工作面围岩产生移动、变形，如顶板的下沉、垮落，底板的鼓起、片帮等，从而对巷道产生压力，即矿压。 也就是在巷道掘进过程中，会产生矿山压力的改变，如果对矿山压力预报不及时或处理不当，会对巷道的安全掘进和矿工人身安全造成很大的威胁[1—6]。 因此，矿山压力的实时监测和预警对矿山巷道安全掘进和预防掘进垮冒事故的发生起到至关重要的作用[2]。

通过安装矿压观测仪器进行矿压观测，为巷道的掘进和支护提供参考：①可以掌握巷道顶板、两帮的压力显现情况，确定矿压影响范围及支撑压力分布的变化情况，了解围岩与支护的相互作用关系，对顶板、两帮的来压进行监测。 ②可以对巷道顶板进行分类、分级，为巷道支护选择合理的支护参数、支护设备及支护材料提供参考，提高支护的可靠性和适应性[3]。以兴陶煤矿一水平二采区回风大巷矿压观测仪器安装为现场实例，介绍了巷道掘进过程中矿压观测仪器的布置、 安装及注意事项，以便对矿山压力进行实时监测并进行预警处理。

1 矿压观测仪器的安装

1.1 矿压观测项目[4]

兴陶煤矿一水平二采区回风大巷为矩形断面，掘进宽度4 850 mm，掘进高度3 250 mm。 顶板多为细粒砂岩、泥岩，底板为砂质泥岩、细砂岩。该施工巷道需进行顶板离层监测、 顶底板移近量监测、锚杆和锚索载荷监测，观测内容、目的及测试手段如表1 所示。

表1 顶板离层、锚杆（索）受力观测

1.2 锚杆（索）的初锚力、锚固力检测

在巷道掘进过程中，对每班安装的锚杆都要进行检查，凡是外露不符合10～50 mm 要求的，要对其进行重新补打。 所有锚杆均要用扭矩扳手进行二次紧固，在紧固过程中对于顶锚杆扭矩力达不到126 N·m，帮锚杆扭矩力达不到90 N·m的，要在当班补打合格的锚杆。

每掘进50 m 做一组锚杆、锚索（各3 根）拉拔力试验，对于螺纹钢锚杆拉拔力达不到设计值50 kN 的90%（即45 kN）的，要重新补打合格的锚杆，同时将做过拉拔试验的锚杆的托盘用白喷漆做好标记，将检测结果填入现场牌板内并记录到记录本中备查。 安装锚索时，每根锚索的固力必须达到设计值100 kN 的90%（即90 kN），并做好记录，所有记录要求一式两份，每月底送交技术科一份备案。

1.3 顶板离层检测仪安装

（1）顶板离层检测仪的布置

在施工过程中，选用HWBY-Z“T”型顶板离层仪，从开口处起始，在巷道顶板中部每50 m 安装一台顶板离层仪，遇到巷道丁字口、十字口也安设一台顶板离层检测仪。

（2）顶板离层检测仪的安装

①先分别用φ28 和φ42 的钻头在顶板上打眼，浅端眼深2.2 m，深端眼深8 m。

②用锚索把顶板离层检测仪的锚固器送入深端眼底8 m，再把顶板离层检测仪的锚固器送入浅端眼内2.2 m，送入锚固器后轻轻拉一下细钢丝绳，从而确认锚固器已经锚住。

③将两根细钢丝绳在顶板离层检测仪的盒底部拉紧、固定好后，读取盒底部刻度尺上的两个数据，即为顶板离层检测仪的初始数据。

（3）数据检测、记录及观测时间实施要求

①数据检测、记录：在巷道内挂一块顶板离层检测仪管理牌板，由技术员进行观测填写检测数据，填写时要求内容齐全，文字清晰，如发现顶板离层现象，应立即向调度室及有关部门进行汇报，并采取相应措施加强支护。 检测数据一定要及时填写，并做好记录，要求记录一式两份，每月底送交技术科一份备查。

②数据观测时间： 要求顶板离层检测仪在距掘进工作面50 m 范围内时，每天观测一次数据，当距离超出50 m 后，每7 天观测一次数据即可。

（4）矿压观测注意事项

①将离层量准确并及时填报在巷道顶板离层观测记录表中，并绘制出顶板离层监测反馈表。

②当离层量超过50 mm 时，停止掘进，并在距离顶板离层检测仪前后15～20 m 的范围内补打锚杆（索）。 当离层量大于100 mm 时，必须立即撤离工作人员，并及时向矿总工程师进行汇报，由矿总工程师制定合理的加固措施，必要时还需对巷道支护进行重新设计，加强对顶板的支护和管理。

1.4 锚杆（索）测力计检测

（1）测力计的安设布置

①锚杆（索）测力计应和顶板离层检测仪同时安设，并安设在顶板中部。 锚杆（索）压力表套在锚杆（索）的托盘与螺母（锁具）之间，然后按锚杆（索）安装工序正常施工。

②锚杆（索）测力计的表盘应位于所安锚杆（索）的正上方，安设在顶板的所有测力计均应在同一直线上，并且测力计表盘位于人行道侧，要求测力计初始读数不得为0。

③指定专门技术人员对锚杆（索）测力计进行测读和记录。

（2）测力计的实施要求

①技术人员要对施工地点锚杆（索）测力计的安装距离、 安装质量以及数据测读进行监督检查和指导。

②当技术人员发现数据异常时，应及时向生产科、调度室及总工程师进行汇报，以便做出相应处理。

（3）数据检测、记录和观测时间

锚杆（索）测力计检测数据检测和观测时间与顶板离层检测仪实施方案一致。

2 顶板离层及锚杆受力监测实施

2.1 顶板离层监测[5]

在各监测点布置好锚杆安装好离层检测仪，为了对数据进行详细分析，巷道每掘进2 m 对离层仪读数进行记录。 以兴陶煤矿一水平二采区回风大巷第一监测站的监测数据为例进行统计分析如图1 所示。 由图可以看出，随着巷道掘进的推进，顶板离层量在逐渐增大，当推进到离巷道施工开门处38 m 后，离层量逐渐趋于稳定，稳定在16～18 mm 的范围内。

图1 顶板离层监测数据曲线

2.2 锚杆受力监测

随着掘进工作面距离的推进，锚杆压力值开始逐渐增大，推进到离巷道施工开门处28 m 时，锚杆压力最大，之后随着掘进距离的增大，锚杆压力值又开始下降，在推进到42 m 时，锚杆压力值趋于稳定，如图2 所示。

图2 锚杆受力变化曲线

3 结语

在巷道掘进过程中，必然会产生矿压的变化，甚至可能引发冒顶、片帮等煤矿安全事故。 兴陶煤矿一水平二采区回风大巷安装了顶板离层检测仪、锚杆（索）测力计等矿压观测检测仪器，通过监测数据分析，可以对顶板离层情况和锚杆受力情况作出准确判断，能够及时观测矿压的显现情况，保证了回风大巷掘进工作安全、顺利地进行，并确保现场矿工的人身安全。