大采高智能化綜采工作面礦壓監(jiān)測(cè)探討

曹哲哲，肖 曲

(陜西黃陵二號(hào)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(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頂板下沉、切頂?shù)繇?、片幫、煤體變形等壓力顯現(xiàn)，不僅影響著綜采工作面工程質(zhì)量，更關(guān)乎工人的作業(yè)安全。頂板事故對(duì)工作面安全生產(chǎn)影響較大，因此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)綜采工作面來壓情況，對(duì)工作面的安全生產(chǎn)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(jiān)測(cè)支架支撐壓力，一方面可反映支架支護(hù)質(zhì)量，對(duì)支架支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整；另一方面，分析觀測(cè)數(shù)據(jù)可預(yù)測(cè)頂板周期來壓，在周期來壓前采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可以避免工作面因周期來壓發(fā)生頂板事故，保證工作面安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

黃陵二號(hào)煤礦416大采高智能化工作面位于四盤區(qū)右翼，工作面走向長(zhǎng)度為2 632 m，傾向長(zhǎng)度為300.5 m，預(yù)留保護(hù)煤柱300 m，可采長(zhǎng)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(xì)粒砂巖，厚度1.37～3.5 m，水平層理，較致密，堅(jiān)硬。老頂為粉砂巖，厚度7.4～15.01 m，較堅(jiān)硬，層位、厚度穩(wěn)定抗壓、抗剪強(qiáng)度較高。底板為炭質(zhì)泥巖，厚度1.3～4.7 m，易碎、易風(fēng)化，遇水變軟膨脹。

通過對(duì)工作面初采初放及正常回采期間頂板壓力顯現(xiàn)情況觀測(cè)，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(shí)，礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，工作面80%支架達(dá)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(xiàn)為突發(fā)性來壓，出現(xiàn)頂板下沉掉矸，煤壁片幫、底板底鼓等現(xiàn)象，對(duì)工作面工程質(zhì)量影響極大。因此，對(duì)工作頂板支護(hù)質(zhì)量和周期來壓情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)二號(hào)煤礦綜采工作面正?；夭删哂兄笇?dǎo)意義。

2 工作面礦壓監(jiān)測(cè)

工作面的礦壓監(jiān)測(cè)意義重大，其內(nèi)容主要有：支架工作阻力監(jiān)測(cè)、兩巷超前支護(hù)范圍內(nèi)超前支架的工作阻力監(jiān)測(cè)、兩順槽頂板離層監(jiān)測(cè)以及頂板壓力監(jiān)測(cè)。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果對(duì)工作面頂板活動(dòng)規(guī)律、來壓特征，工作面支架受力特點(diǎn)，超前壓力影響范圍和分布特點(diǎn)，頂板、煤層穩(wěn)定性，工作面支護(hù)質(zhì)量等進(jìn)行定期分析，進(jìn)一步了解煤、巖體力學(xué)參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

工作面支架阻力監(jiān)測(cè)使用每臺(tái)支架安裝的機(jī)械壓力表和自帶壓力傳感器及配套監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行支架壓力監(jiān)測(cè)。在膠帶巷、回風(fēng)巷、輔運(yùn)巷每100 m安設(shè)一個(gè)GUW300W型頂板位移傳感器，每100 m安設(shè)一個(gè)GMY400W型錨桿應(yīng)力傳感器，頂板位移傳感器與錨桿應(yīng)力傳感器交錯(cuò)布置。

2.2 觀測(cè)方法

工作面礦壓動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：生產(chǎn)期間工作面礦壓監(jiān)測(cè)采用支架自帶壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)控平臺(tái)采用配套的監(jiān)控軟件，可以從監(jiān)控中心顯示屏上直接觀察每架支架的工作壓力。同時(shí)，在工作面可以直接觀察支架人機(jī)界面上的壓力讀數(shù)來判斷每架支架工作阻力情況。另外當(dāng)班驗(yàn)收員每班至少檢查一次機(jī)械壓力表數(shù)據(jù)，每次間隔5架，對(duì)頂板壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)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(cè)點(diǎn)較少，數(shù)據(jù)量不大，不能完全反映所有支架受力狀況，且其數(shù)據(jù)采用無線傳輸，信號(hào)易受障礙物影響，出現(xiàn)斷線，另外該傳感器使用內(nèi)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(tài)監(jiān)測(cè)：工作面停機(jī)后，通過觀測(cè)人機(jī)界面支架壓力顯示值和機(jī)械壓力表顯示數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)對(duì)故障支架進(jìn)行檢修處理，每臺(tái)支架安裝一組機(jī)械式壓力表，人工統(tǒng)計(jì)支架壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，人工統(tǒng)計(jì)較為麻煩，觀測(cè)量大，且數(shù)據(jù)受采集時(shí)間、支架工作狀態(tài)等因素影響較大，不能線性反映時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

巷道礦壓觀測(cè)：離層傳感器有2個(gè)測(cè)量基點(diǎn)(A基點(diǎn)，B基點(diǎn))，A基點(diǎn)為深部基點(diǎn)，B基點(diǎn)為淺部基點(diǎn)，通過A、B 2個(gè)基點(diǎn)位移的變化確定離層的范圍和離層的大小，每臺(tái)離層傳感器A基點(diǎn)深10 m，B基點(diǎn)深3 m，報(bào)警值為≥100 mm。觀察示數(shù)，不超過報(bào)警值為準(zhǔn)。若發(fā)現(xiàn)報(bào)警，必須及時(shí)匯報(bào)，并采取加強(qiáng)支護(hù)措施。單體支護(hù)壓力觀察液槍上的壓力表，對(duì)單體液壓支柱注液時(shí)確保壓力表讀數(shù)不小于90 kN。超前支架壓力觀測(cè)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(cè)時(shí)段

工作面生產(chǎn)期間每班對(duì)支架壓力觀測(cè)一次，對(duì)支架初撐力、工作阻力、末阻力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；同時(shí)，通過礦壓分析軟件每天對(duì)支架工作狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為支架工作狀態(tài)提供調(diào)整依據(jù)，確保支護(hù)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

順槽頂板離層監(jiān)測(cè)及錨桿壓力監(jiān)測(cè)，每天使用礦壓分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)離層及壓力變化增大區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2.4 支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

每班由班長(zhǎng)或驗(yàn)收員對(duì)工作面和兩巷支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，對(duì)檢查出的問題立即整改。監(jiān)測(cè)內(nèi)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(hù)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題立即匯報(bào)并采取措施處理，保證頂板支護(hù)安全。

3 礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大采高綜采面的應(yīng)用

通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，掌握新開采工作面頂板的活動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)頂板的周期來壓和來壓強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)分析采場(chǎng)超前應(yīng)力的分布范圍和作用強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)分析采動(dòng)巷道頂板及圍巖離層和松動(dòng)的范圍和大小，監(jiān)測(cè)錨桿拉力判斷支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)效果，監(jiān)測(cè)煤體壓力判斷采動(dòng)影響周期來壓規(guī)律、沖擊地壓強(qiáng)度，對(duì)頂板危險(xiǎn)事件臨近報(bào)警，對(duì)可能發(fā)生頂板危險(xiǎn)預(yù)測(cè)，系統(tǒng)接入礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息共享。此數(shù)據(jù)同時(shí)作為與工作面自動(dòng)化系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)來源，與工作面控制聯(lián)動(dòng)。

在大采高智能化綜采工作面監(jiān)測(cè)液壓支架初撐力及工作阻力，安全閥開啟情況，液壓支架護(hù)幫壓力等數(shù)據(jù)通過壓力傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至順槽監(jiān)控中心電液控主機(jī)，電液控主機(jī)通過采集工作面支架壓力、護(hù)幫壓力等數(shù)據(jù)對(duì)工作面頂板來壓情況進(jìn)行分析，對(duì)達(dá)不到初撐力的液壓支架自動(dòng)補(bǔ)壓，以滿足安全生產(chǎn)的要求。通過監(jiān)測(cè)工作面支架工作阻力隨工作面推進(jìn)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(qiáng)度。并且通過觀測(cè)支架受力情況，分析支架設(shè)計(jì)的合理性，包括支架工作阻力、初撐力是否滿足頂板支護(hù)要求。通過將礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與大采高智能化綜采系統(tǒng)有機(jī)融合，使工作面的礦壓監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)顯現(xiàn)在監(jiān)控主機(jī)上，當(dāng)?shù)V壓變化時(shí)，能從監(jiān)控主機(jī)上看到，并對(duì)礦壓進(jìn)行分析，以便了解礦井周期來壓的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

通過將大采高智能化工作面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析礦井周期來壓，與傳統(tǒng)的礦壓監(jiān)測(cè)相比，更有利于及時(shí)掌握礦壓變化，及時(shí)調(diào)整或提高支護(hù)效果，為礦井安全高效生產(chǎn)提供保障。