煤礦頂板礦壓監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

＊王權(quán)偉

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)公司雙柳煤礦 山西 033300）

引言

綜合和日常監(jiān)測(cè)是煤礦頂板礦壓監(jiān)測(cè)的主要形式。它是通過日常監(jiān)測(cè)以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況和通過綜合監(jiān)測(cè)驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，為評(píng)估支護(hù)效果提供數(shù)據(jù)，確保安全生產(chǎn)。

1.頂板礦壓觀測(cè)概述

煤礦頂板壓力的觀測(cè)與分析是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)科學(xué)管理必不可少的基礎(chǔ)工作，近年來受到煤礦企業(yè)的重視，頂板的壓力顯現(xiàn)及其控制方法研究是對(duì)頂板支護(hù)設(shè)計(jì)、合理選擇支護(hù)形式及支架類型、加強(qiáng)頂板管理、保證安全性的重要工作。

2.頂板監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

（1）監(jiān)測(cè)頂板離層量，離層范圍及離層量隨時(shí)間的變化情況。

（2）監(jiān)測(cè)錨桿（索）的錨固力及承載情況。

3.監(jiān)測(cè)辦法

（1）頂板離層監(jiān)測(cè)。在錨桿支護(hù)地段采用安設(shè)光感式頂板離層儀進(jìn)行觀測(cè)。

（2）錨桿（索）錨固力監(jiān)測(cè)及承載情況：本工作面錨桿（索）錨固力采用錨桿（索）拉力計(jì)拉撥的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)；錨桿（索）承載情況采用錨桿（索）測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.監(jiān)測(cè)規(guī)定

(1)頂板離層監(jiān)測(cè)規(guī)定

①頂板離層安裝間隔：A.設(shè)備安裝的最大安裝間隔為50m，如圖1所示。B.屬于地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力集中區(qū)及大斷面等特殊條件下以及交叉點(diǎn)、受采動(dòng)影響范圍內(nèi)的硐室必須安裝頂板離層儀。

圖1 頂板離層指示儀巷道內(nèi)安裝位置示意圖

②頂板離層指示儀均應(yīng)安設(shè)在巷道的中部，交岔點(diǎn)處的離層指示儀則應(yīng)安裝在交岔點(diǎn)的中心位置。

③組隊(duì)技術(shù)員相關(guān)人員對(duì)距掘進(jìn)工作面50m以內(nèi)的頂板離層指示儀每天不少于1次測(cè)讀和記錄，距掘進(jìn)工作面50m以外的頂板離層指示儀按每周不少于1次進(jìn)行測(cè)讀和記錄，工作面頂板離層值在超過50mm時(shí)，要停止掘進(jìn)，采取相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理；掘進(jìn)工作面離層值超過100mm時(shí)，必須立即撤出人員，及時(shí)進(jìn)行處理。

④組隊(duì)技術(shù)員對(duì)當(dāng)天匯總的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)處理分析，并向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，經(jīng)過分析結(jié)果后，提出措施和對(duì)策并且組織落實(shí)。

⑤頂板監(jiān)測(cè)：

圖2 頂板離層儀安裝示意圖

A.頂板離層監(jiān)測(cè)采用煤礦頂板光感式監(jiān)測(cè)，根據(jù)雙柳煤礦巷道頂板巖性類別及支護(hù)形式，煤巷全錨桿支護(hù)巷道需在巷道開口交叉處建立第一個(gè)測(cè)點(diǎn)，之后巷道每掘進(jìn)50m，需在頂部巷中位置安設(shè)頂板離層監(jiān)測(cè)儀，其下部測(cè)點(diǎn)高于頂錨桿上端100mm，上部測(cè)點(diǎn)必須安設(shè)至穩(wěn)定巖層，當(dāng)穩(wěn)定巖層與巷道頂板距離過大時(shí)，離層儀上部測(cè)點(diǎn)應(yīng)超出錨索錨固端300-500mm以上。應(yīng)及時(shí)觀測(cè)頂板離層儀數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

B.頂錨桿離層監(jiān)測(cè)采用機(jī)械式頂板離層監(jiān)測(cè)儀，型號(hào)為：YHB300，頂板離層儀安設(shè)在頂板中部。并及時(shí)觀測(cè)讀數(shù)，每旬對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

C.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)頂板巖性軟硬情況，及時(shí)變更錨索長度，確保錨索在堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層中的錨固長度不小于2m，并視現(xiàn)場(chǎng)必須備用φ21.8×L8400mm或φ21.8×L10000mm的錨索。

(2)巷道圍巖表面位移觀測(cè)

正常掘進(jìn)錨桿巷道不能進(jìn)行頂板離層監(jiān)測(cè)的必須進(jìn)行圍巖移動(dòng)監(jiān)測(cè)；如工作面有地質(zhì)構(gòu)造、高應(yīng)力等區(qū)域必須進(jìn)行圍巖觀測(cè)。圍巖觀測(cè)采用十字布點(diǎn)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每50m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，要求在頂板離層儀附近5m范圍內(nèi)設(shè)置礦壓圍巖觀測(cè)十字監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

巷道圍巖表面位移觀測(cè)包括：①頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。②兩幫相對(duì)移近量。其觀測(cè)頻度為：掘進(jìn)工作面50m內(nèi)，每日觀測(cè)記錄位移值一次；50m以外每周不少于一次進(jìn)行測(cè)讀和記錄，并及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析原因并及時(shí)處理（兩幫任意一幫收縮超過100mm時(shí)應(yīng)采取加強(qiáng)支護(hù)措施）。

(3)巷道錨桿(索)支護(hù)受力狀況監(jiān)測(cè)

巷道每200m在頂板中部布置一組錨桿、錨索測(cè)力計(jì)，型號(hào)為：MCS/400，當(dāng)圍巖地質(zhì)和生產(chǎn)條件發(fā)生變化時(shí)（構(gòu)造地質(zhì)變化、開口、貫通等），應(yīng)及時(shí)增加監(jiān)測(cè)站，距工作面50m范圍內(nèi)每天監(jiān)測(cè)一次，50m以外的錨桿（索）測(cè)力計(jì)無明顯增長趨勢(shì)時(shí)，每周一次進(jìn)行測(cè)讀和記錄，并及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

(4)錨桿錨固力拉拔抽檢

①巷道每300根頂（幫）錨桿或施工30-50m或300根抽樣檢查一組，每組隨機(jī)取樣9根（頂板3根，兩幫各取3根）進(jìn)行檢查。

②抽檢指標(biāo)為頂幫錨桿錨固力不低于190kN。抽測(cè)時(shí)只做非破壞性拉拔，原則上拉到設(shè)計(jì)值的90%（171kN）即可停止拉拔，被檢測(cè)的9根錨桿都應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。只要有1根不合格，應(yīng)重新抽樣（9根）進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)發(fā)生拉斷或經(jīng)拉拔后喪失錨固力以及達(dá)不到設(shè)計(jì)值的錨桿，應(yīng)在其周圍補(bǔ)打合格錨桿。

(5)錨索錨固力抽檢

巷道每30-50m抽樣檢查一組，每組2根隨機(jī)取樣，選點(diǎn)必須均勻分布。錨索錨固力不小于363kN，抽檢中原則上拉到設(shè)計(jì)值的90%（326.7kN）即可停止。只要有1根不合格，應(yīng)當(dāng)重新抽取一組（2根）做錨固力拉拔試驗(yàn)，對(duì)發(fā)生拉斷或經(jīng)拉拔后喪失錨固力以及達(dá)不到設(shè)計(jì)值的錨索，應(yīng)在其周圍補(bǔ)打合格錨索。

(6)錨索預(yù)緊力抽檢

巷道每30-50m抽樣檢查一組，每組2根隨機(jī)取樣，選點(diǎn)必須均勻分布。抽檢指標(biāo)為錨索預(yù)緊力不小于200kN。檢測(cè)時(shí)待千斤頂與錨索托板緊密接觸無間隙，且張拉器壓力表讀數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%（180kN）時(shí)，千斤頂行程無變化，則此抽檢錨索預(yù)緊力合格。只要有1根不合格，應(yīng)當(dāng)重新抽取一組（2根）測(cè)試錨索預(yù)緊力，若仍出現(xiàn)不合格錨索，要分析原因，并采取措施進(jìn)行處理。

(7)錨桿預(yù)緊力矩檢測(cè)

錨桿預(yù)緊力矩檢測(cè)抽樣率不低于5%，每300根頂、幫錨桿抽樣各一組（頂、兩幫各5根，共15根）進(jìn)行檢測(cè)，不足300根時(shí)，按300根進(jìn)行，緊固力不小于300N·m，錨桿預(yù)緊力不低于設(shè)計(jì)的90%（270N·m），每組中有一個(gè)螺母緊固力不合格，就要再抽查1組，若仍出現(xiàn)不合格錨桿，必須查出不合格原因，并采取相應(yīng)的處理措施，否則，當(dāng)班施工的全部錨桿都要重新緊固。

(8)單軌吊錨桿錨固力拉拔抽檢

每100根錨桿或施工110m進(jìn)行一次抽檢，抽檢3組，一組2根，選點(diǎn)必須均勻分布。抽檢指標(biāo)為頂板錨固力不得低于190kN；抽檢中原則上拉到設(shè)計(jì)值即可停止，對(duì)發(fā)生拉斷或經(jīng)拉拔后喪失錨固力以及達(dá)不到設(shè)計(jì)值的錨桿，應(yīng)在其周圍補(bǔ)打合格錨桿。每110m范圍內(nèi)的錨桿拉拔，若出現(xiàn)一根不合格錨桿，則重新抽取三組（6根）做拉拔試驗(yàn)，若仍出現(xiàn)不合格錨桿，則視為該范圍內(nèi)的錨桿不合格。

(9)頂板巖性分析觀測(cè)

錨桿支護(hù)巷道，每掘進(jìn)20m對(duì)巷道頂板巖性分析匯總并記錄，分析后對(duì)現(xiàn)有支護(hù)參數(shù)不能滿足支護(hù)要求的要及時(shí)變更支護(hù)參數(shù)。

5.結(jié)語

現(xiàn)階段的頂板觀測(cè)主要是靠人工對(duì)頂板離層儀數(shù)據(jù)定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行采集、分析，頂板觀測(cè)的相關(guān)記錄和數(shù)據(jù)要及時(shí)對(duì)內(nèi)容進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常情況要及時(shí)采取措施，及時(shí)處理。這種觀測(cè)技術(shù)有很多的局限性和滯后性，需要礦企合作，向著數(shù)字化、信息化、智能化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)展。