大采高智能化綜采工作面礦壓監測探討

曹哲哲，肖 曲

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

在礦山壓力作用下，采煤工作面經常會出現頂板下沉、切頂掉矸、片幫、煤體變形等壓力顯現，不僅影響著綜采工作面工程質量，更關乎工人的作業安全。頂板事故對工作面安全生產影響較大，因此準確預報綜采工作面來壓情況，對工作面的安全生產具有十分重要的意義，特別是在大采高智能化綜采工作面中，通過監測支架支撐壓力，一方面可反映支架支護質量，對支架支護質量進行調整；另一方面，分析觀測數據可預測頂板周期來壓，在周期來壓前采取適當的措施，可以避免工作面因周期來壓發生頂板事故，保證工作面安全生產。

1 工作面概況

黃陵二號煤礦416大采高智能化工作面位于四盤區右翼，工作面走向長度為2 632 m，傾向長度為300.5 m，預留保護煤柱300 m，可采長度2 332 m，煤層平均厚度5.6 m，屬單一近水平厚煤層。工作面直接頂為細粒砂巖，厚度1.37～3.5 m，水平層理，較致密，堅硬。老頂為粉砂巖，厚度7.4～15.01 m，較堅硬，層位、厚度穩定抗壓、抗剪強度較高。底板為炭質泥巖，厚度1.3～4.7 m，易碎、易風化，遇水變軟膨脹。

通過對工作面初采初放及正常回采期間頂板壓力顯現情況觀測，直接頂初次垮落步距約為12 m，初次來壓步距約為35～40 m，初次來壓時，礦壓顯現較為劇烈，工作面80%支架達到最大工作阻力，安全閥開啟。周期來壓步距約為18～25 m，周期來壓前兆不明顯，常表現為突發性來壓，出現頂板下沉掉矸，煤壁片幫、底板底鼓等現象，對工作面工程質量影響極大。因此，對工作頂板支護質量和周期來壓情況進行實時監測預報，對二號煤礦綜采工作面正常回采具有指導意義。

2 工作面礦壓監測

工作面的礦壓監測意義重大，其內容主要有：支架工作阻力監測、兩巷超前支護范圍內超前支架的工作阻力監測、兩順槽頂板離層監測以及頂板壓力監測。根據觀測結果對工作面頂板活動規律、來壓特征，工作面支架受力特點，超前壓力影響范圍和分布特點，頂板、煤層穩定性，工作面支護質量等進行定期分析，進一步了解煤、巖體力學參數等基礎數據。

2.1 測點布置

工作面支架阻力監測使用每臺支架安裝的機械壓力表和自帶壓力傳感器及配套監控設施進行支架壓力監測。在膠帶巷、回風巷、輔運巷每100 m安設一個GUW300W型頂板位移傳感器，每100 m安設一個GMY400W型錨桿應力傳感器，頂板位移傳感器與錨桿應力傳感器交錯布置。

2.2 觀測方法

工作面礦壓動態監測：生產期間工作面礦壓監測采用支架自帶壓力監測系統，監控平臺采用配套的監控軟件，可以從監控中心顯示屏上直接觀察每架支架的工作壓力。同時，在工作面可以直接觀察支架人機界面上的壓力讀數來判斷每架支架工作阻力情況。另外當班驗收員每班至少檢查一次機械壓力表數據，每次間隔5架，對頂板壓力進行現場監督，確保支架壓力不小于25.2 MPa，初撐力合格率不小于80%，但測點較少，數據量不大，不能完全反映所有支架受力狀況，且其數據采用無線傳輸，信號易受障礙物影響，出現斷線，另外該傳感器使用內置電源，電量耗盡后需更換電池，維修量大，也額外增加了工人的工作量。

工作面礦壓靜態監測：工作面停機后，通過觀測人機界面支架壓力顯示值和機械壓力表顯示數據，對數據進行分析，及時對故障支架進行檢修處理，每臺支架安裝一組機械式壓力表，人工統計支架壓力數據進行分析，人工統計較為麻煩，觀測量大，且數據受采集時間、支架工作狀態等因素影響較大，不能線性反映時時數據。

巷道礦壓觀測：離層傳感器有2個測量基點(A基點，B基點)，A基點為深部基點，B基點為淺部基點，通過A、B 2個基點位移的變化確定離層的范圍和離層的大小，每臺離層傳感器A基點深10 m，B基點深3 m，報警值為≥100 mm。觀察示數，不超過報警值為準。若發現報警，必須及時匯報，并采取加強支護措施。單體支護壓力觀察液槍上的壓力表，對單體液壓支柱注液時確保壓力表讀數不小于90 kN。超前支架壓力觀測直接讀取超前支架上壓力表，初撐力不得低于25.2 MPa。

2.3 觀測時段

工作面生產期間每班對支架壓力觀測一次，對支架初撐力、工作阻力、末阻力進行統計分析；同時，通過礦壓分析軟件每天對支架工作狀況進行數據分析，為支架工作狀態提供調整依據，確保支護質量達標。

順槽頂板離層監測及錨桿壓力監測，每天使用礦壓分析軟件進行數據分析，對離層及壓力變化增大區域進行加強支護。

2.4 支護質量監測

每班由班長或驗收員對工作面和兩巷支護質量進行動態檢查，對檢查出的問題立即整改。監測內容要包括支架初撐力、煤壁片幫情況、端面距、采高及端頭頂板冒落情況、兩巷超前支架初撐力、超前支護質量，發現問題立即匯報并采取措施處理，保證頂板支護安全。

3 礦壓監測系統在大采高綜采面的應用

通過實時監測和數據分析，掌握新開采工作面頂板的活動規律，預測頂板的周期來壓和來壓強度，監測分析采場超前應力的分布范圍和作用強度，監測分析采動巷道頂板及圍巖離層和松動的范圍和大小，監測錨桿拉力判斷支護強度和支護效果，監測煤體壓力判斷采動影響周期來壓規律、沖擊地壓強度，對頂板危險事件臨近報警，對可能發生頂板危險預測，系統接入礦井網絡系統，實現頂板動態監測信息共享。此數據同時作為與工作面自動化系統仿真數據來源，與工作面控制聯動。

在大采高智能化綜采工作面監測液壓支架初撐力及工作阻力，安全閥開啟情況，液壓支架護幫壓力等數據通過壓力傳感器將數據傳輸至順槽監控中心電液控主機，電液控主機通過采集工作面支架壓力、護幫壓力等數據對工作面頂板來壓情況進行分析，對達不到初撐力的液壓支架自動補壓，以滿足安全生產的要求。通過監測工作面支架工作阻力隨工作面推進的變化，得出工作面初次來壓步距與周期來壓步距，并分析頂板來壓強度。并且通過觀測支架受力情況，分析支架設計的合理性，包括支架工作阻力、初撐力是否滿足頂板支護要求。通過將礦壓監測系統與大采高智能化綜采系統有機融合，使工作面的礦壓監測實時顯現在監控主機上，當礦壓變化時，能從監控主機上看到，并對礦壓進行分析，以便了解礦井周期來壓的時間。

4 結語

通過將大采高智能化工作面的監測數據與礦壓監測系統集成，達到實時顯示監測數據和分析礦井周期來壓，與傳統的礦壓監測相比，更有利于及時掌握礦壓變化，及時調整或提高支護效果，為礦井安全高效生產提供保障。