礦壓在線監(jiān)測(cè)在“三軟”煤層綜放開采中的應(yīng)用

王紅旗（鄭煤集團(tuán)新鄭煤電公司，河南 新鄭 451184）

礦壓在線監(jiān)測(cè)在“三軟”煤層綜放開采中的應(yīng)用

王紅旗
（鄭煤集團(tuán)新鄭煤電公司，河南 新鄭 451184）

應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)公司12208工作面回采過程進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時(shí)礦壓觀測(cè)，從而得到反映礦山壓力的活動(dòng)規(guī)律和液壓支架適應(yīng)性分析的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為工作面頂板維護(hù)、支護(hù)強(qiáng)度的確定提供科學(xué)依據(jù)，為相似頂板條件的工作面的開采支護(hù)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

礦壓；在線監(jiān)測(cè)；支架；三軟煤層

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

趙家寨煤礦二1煤層屬典型豫西“三軟”煤層，12208工作面位于12采區(qū)西翼中上部，正上部為回采二3煤層的31116工作面，北東鄰12210工作面采空區(qū)，南西鄰待掘的12206工作面，南東鄰11采區(qū)回風(fēng)上山，北西鄰12采區(qū)邊界。12208工作面采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤開采法，頂板管理為自由垮落。

1　礦壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要求

12208工作面切巷內(nèi)安裝有100架ZFZ3600/19/28LT型液壓支架，該種支架初撐力3140KN，工作阻力3600KN，支撐高度2.6m時(shí)對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度為0.73MPa，底板比壓為1.02MPa。

1.1礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備選擇

12208工作面支架載荷監(jiān)測(cè)設(shè)備采用KJ653煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)通訊和傳感器技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下采場(chǎng)礦壓運(yùn)動(dòng)規(guī)律在線監(jiān)測(cè)，對(duì)可能的頂板災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警。通過對(duì)支架工作阻力24小時(shí)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，掌握頂板來壓的宏觀規(guī)律，同時(shí)為支架適應(yīng)性評(píng)價(jià)、合理工作阻力確定等提供理論分析的實(shí)測(cè)基礎(chǔ)資料。

1.2監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝

12208工作面傾向長(zhǎng)度150m，工作面支架數(shù)量100架，在12208工作面的上部、中部、下部均布安裝13臺(tái)礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)綜采支架初撐力、工作阻力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。每個(gè)監(jiān)測(cè)分機(jī)上的三個(gè)壓力監(jiān)測(cè)通道為2個(gè)，分別安裝在支架左、右立柱，以監(jiān)測(cè)它們的壓力變化情況。

2　工作面礦壓顯現(xiàn)特征及頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析

綜采工作面采場(chǎng)的需控巖層范圍主要包括直接頂和老頂及其上部巖層運(yùn)動(dòng)的作用影響范圍。12208工作面老頂為大占砂巖平均厚度10.61m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為0.5m，工作面支架載荷是采煤造成的頂板運(yùn)動(dòng)的綜合反映，它包涵著豐富的頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律信息。通過對(duì)支架載荷的分析可以推斷需控制巖層的范圍，支架工作阻力的周期性變化反映了頂板的周期性斷裂和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2.1工作面需控巖層范圍及來壓步距分析

老頂活動(dòng)的礦壓顯現(xiàn)是通過直接頂傳導(dǎo)于工作面煤壁及支架，按照控制頂板的范圍為6～8倍的采高的經(jīng)驗(yàn)，老頂范圍內(nèi)巖層巖性主要為粗粒砂巖，頂板在工作面推進(jìn)方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

2.1.1直接頂初次垮落步距

式中：L0——直接頂初次跨落步距；b工作面斜長(zhǎng)，取150m；σt取6.2MPa，根據(jù)抗壓強(qiáng)度折減確定；Kc龜裂度，取0.7；mc運(yùn)動(dòng)直接頂巖層的有效抗彎斷面的厚度，取5m；γ巖層的容重，取2.67t/ m3；Σm運(yùn)動(dòng)巖層的總厚度，取5m；α煤層傾角，取3°；

經(jīng)計(jì)算得：L0≈11m。

2.1.2老頂?shù)谝粠r層初次來壓步距LE0

LE0—老頂初次來壓步距；mc—運(yùn)動(dòng)老頂巖層的有效抗彎斷面的厚度，取20m；γ—巖層的容重，2.67t/m3；Σm—運(yùn)動(dòng)巖層的總厚度，取25m；σt—6.2MPa；

經(jīng)計(jì)算得：LE0≈38m。老頂周期來壓步距一般為老頂初次來壓步距的1/4～1/2，即L=9～19m。

2.2工作面頂板活動(dòng)規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)特征

老頂呈“X”破壞將工作面分為上、中、下三個(gè)分區(qū)，因此分別分析各個(gè)監(jiān)測(cè)分站的工作面初次推進(jìn)過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，1-4號(hào)監(jiān)測(cè)分站代表工作面上部，5-9號(hào)監(jiān)測(cè)分站代表工作面中部，10-13號(hào)代表工作面下部。本次監(jiān)測(cè)為工作面回采期間的礦壓監(jiān)測(cè)總計(jì)101天，累計(jì)推進(jìn)352.5m。為準(zhǔn)確判斷工作面老頂?shù)闹芷趤韷翰骄啵治隽嘶夭善陂g27個(gè)周期來壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（1）周期來壓步距。根據(jù)老頂周期來壓步距監(jiān)測(cè)和分析計(jì)算統(tǒng)計(jì)可知，工作面上部周期來壓步距14.8～12.9m，平均步距13.9m，中部周期來壓步距12.2～14.1m，平均步距13.2m，下部周期來壓步距14.5～14.3m，平均步距14.4m。該工作面頂周期來壓步距平均為13.8m。

（2）周期來壓強(qiáng)度。老頂周期來壓期間，支架壓力增大，但基本均在支架額定工作阻力范圍內(nèi)，并呈現(xiàn)出較為明顯的周期性波動(dòng)。老頂來壓期間工作面上部來壓強(qiáng)度峰值為28.8MPa，中部來壓強(qiáng)度峰值27.4MPa，下部來壓強(qiáng)度峰值27.5MPa。

3　工作面頂板壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)綜采監(jiān)測(cè)報(bào)表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中部支架載荷與工作面上下兩端相比較要偏小，整面支架工作阻力平均值為14.5MPa，平均來壓強(qiáng)度27.2MPa，最大值發(fā)生在20號(hào)支架，最大工作阻力28.8MPa。

4　結(jié)論

通過對(duì)12208綜放工作面回采礦壓進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）通過分析KJ653監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可知，工作面上部、中部、下部周期來壓步距分別為14.8～12.9m，12.2～14.1m和14.5～14.3m。該工作面老頂周期來壓步距平均為13.8m。

（2）根據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的頂板動(dòng)態(tài)參數(shù)，經(jīng)過分析整理12208工作面頂板周期來壓平均值為27.2MPa，在支架額定工作阻力范圍之內(nèi)。

（3）工作面液壓支架工作阻力大多分布10～20MPa，說明支架的工作阻力合適，能夠基本適應(yīng)12208工作面頂板變化的要求，但初撐力合格率較低，應(yīng)加強(qiáng)日常監(jiān)控管理。

（4）12208工作面使用的ZFZ3600/19/28LT型液壓支架為中位放頂煤支架，受支架結(jié)構(gòu)限制，支架掩護(hù)梁和尾梁不能擺動(dòng)，下一接替工作面準(zhǔn)備采用低位放頂煤支架所取代該中位支架，此次的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也為支架的選型設(shè)計(jì)提供了寶貴的技術(shù)參數(shù)依據(jù)。