急傾斜中厚煤層綜采工作面礦壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

周忠國(guó) 程長(zhǎng)勇 張孟軍

摘? 要：針對(duì)原礦壓觀測(cè)存在的問(wèn)題，通過(guò)在急傾斜中厚煤層綜采工作面實(shí)施礦壓在線觀測(cè)和分析，提高工作效率，增強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)真實(shí)性和連續(xù)性，通過(guò)對(duì)礦壓在線觀測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)與工作面瓦斯涌出量進(jìn)行綜合對(duì)比分析，初步掌握了工作面頂板動(dòng)態(tài)壓力變化與瓦斯涌出量變化關(guān)系，為提升礦井頂板災(zāi)害防治能力和實(shí)現(xiàn)頂板災(zāi)害超前預(yù)警具有重要意義。

關(guān)鍵詞：急傾斜;礦壓;在線

中圖分類號(hào)：TD326? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0146-03

Abstract： In view of the problems existing in the original ore pressure observation， we implemented online observation and analysis of rock pressure in fully mechanized mining face of steeply inclined medium-thick coal seam， therefore the work efficiency was improved， and the authenticity and continuity of rock pressure monitoring were enhanced. The comprehensive comparison and analysis of the data and the gas emission of the working face has initially grasped the relationship between the dynamic pressure change of the roof of the working face and the change of gas emission， which is of great significance for improving the ability of mine roof disaster prevention and achieving the disaster early warning of mine roof.

Keywords： steeply inclined; mine pressure; online

綠水洞煤礦綜采工作面礦壓觀測(cè)傳統(tǒng)方法為：一是在工作面每間隔10架綜采液壓支架安裝一個(gè)綜采支架壓力連續(xù)記錄儀，對(duì)頂板壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每5天由礦壓工采集一次數(shù)據(jù)并繪制《雙測(cè)點(diǎn)綜采支護(hù)壓力變化曲線直方圖》進(jìn)行分析，出現(xiàn)壓力不足現(xiàn)象及時(shí)安排調(diào)整泵壓，確保支護(hù)強(qiáng)度;二是在機(jī)、風(fēng)巷距工作面100m各安裝一臺(tái)頂板離層儀，對(duì)機(jī)、風(fēng)巷頂板位移量進(jìn)行觀測(cè)，每隔5天對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行分析處理;三是采用“十”字布點(diǎn)法在機(jī)、風(fēng)巷設(shè)置巷道變形收斂觀測(cè)站，每隔10天進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，若巷道出現(xiàn)明顯變形或數(shù)據(jù)變化較大時(shí)，立即匯報(bào)及時(shí)采取措施處理。礦井采煤工作面頂板礦壓觀測(cè)較為傳統(tǒng)，壓力連續(xù)記錄儀常因出現(xiàn)故障未及時(shí)得到維護(hù)而造成無(wú)法采集數(shù)據(jù)，機(jī)、風(fēng)巷安設(shè)的頂板離層儀因安設(shè)質(zhì)量差或在運(yùn)輸過(guò)程中受碰撞損壞時(shí)，造成頂板離層數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不連續(xù)，對(duì)后期數(shù)據(jù)分析不利，而采用設(shè)立礦壓觀測(cè)站的方式布置測(cè)點(diǎn)，實(shí)施人工監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生的誤差較大，且對(duì)礦壓觀測(cè)站的保護(hù)要求比較嚴(yán)格，一旦測(cè)站被破壞則導(dǎo)致數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中斷，就失去監(jiān)測(cè)意義，達(dá)不到預(yù)期的效果。為進(jìn)一步提升礦井頂板管理水平，及時(shí)掌握礦壓顯現(xiàn)，提高頂板災(zāi)害防治能力和實(shí)現(xiàn)超前預(yù)警，再加之礦壓監(jiān)測(cè)是礦井安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和生產(chǎn)技術(shù)管理的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作，是促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)的重要手段，對(duì)優(yōu)化采煤工作面支護(hù)設(shè)計(jì)、搞好頂板控制、減少頂板事故具有重要意義，因此，在綜采工作面實(shí)施礦壓在線觀測(cè)尤為必要。

1 監(jiān)測(cè)方案

1.1 工作面頂板壓力監(jiān)測(cè)

采煤工作面每隔5架布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每架液壓支架監(jiān)測(cè)左右柱兩個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)。壓力監(jiān)測(cè)分站均勻布置，分機(jī)固定安裝在液壓支架頂梁下面，工作面通訊電纜采用吊掛式安裝，壓力分機(jī)的1、2壓力通道采用KJ10高壓油管與綜采支架的左右立柱連接，第3通道與支架平衡千斤頂或前探梁油缸連接。通訊分站通過(guò)一條防護(hù)式電纜與工作面壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)連接，工作面推進(jìn)時(shí)通訊分站及電源、電纜一起移動(dòng)。

1.2 工作面巷道頂板離層監(jiān)測(cè)

在采煤工作面機(jī)巷、風(fēng)巷各選三個(gè)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)礦壓顯現(xiàn)不明顯地段采用普通方式人工監(jiān)測(cè)，離層傳感器安裝在巷道頂板中央，每個(gè)圍巖移動(dòng)傳感器有兩個(gè)位移基點(diǎn)（深淺基點(diǎn)監(jiān)測(cè)范圍0～20m，具體安裝深度需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及支護(hù)條件確定），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道頂板離層情況。數(shù)據(jù)通訊分站連接巷道各頂板傳感器和錨桿、錨索應(yīng)力傳感器，構(gòu)成二級(jí)總線上下位監(jiān)測(cè)關(guān)系，離層傳感器與錨桿應(yīng)力傳感器共用一條總線連接，每個(gè)傳感器有唯一的地址編碼，通訊分站控制巡測(cè)每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，分站顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位監(jiān)測(cè)主站。

1.3 錨桿（索）應(yīng)力監(jiān)測(cè)

錨桿錨索傳感器安裝在巷道頂板中央，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板錨桿（索）載荷，錨桿（索）應(yīng)力傳感器與變送器一體化設(shè)計(jì)，設(shè)備可隨時(shí)回收使用，繼續(xù)往推進(jìn)方向安裝，保證錨桿錨索傳感器與離層傳感器交錯(cuò)布置。機(jī)巷布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)巷布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共需12個(gè)錨桿（索）傳感器。錨桿（索）傳感器配套總線變送器工作，固定設(shè)置變送器編碼。傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，變送器由CPU控制監(jiān)測(cè)傳感器輸出信號(hào)。傳感器內(nèi)置總線接口連接到RS-485總線，傳感器收到總線請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)指令時(shí)，自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線。錨桿監(jiān)測(cè)傳感器、變送器上位連接到綜合數(shù)據(jù)通訊分站，每臺(tái)綜合數(shù)據(jù)通訊分站最大可連接128臺(tái)傳感器，每臺(tái)變送器有唯一的地址編碼，通訊分站按地址編碼順序巡測(cè)各錨桿傳感器變送器的數(shù)據(jù)，循環(huán)顯示各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。通訊分站可診斷并顯示下位錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器、變送器的工作狀態(tài)（正常/故障）。

1.4 圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在采煤工作面機(jī)、風(fēng)巷各選三個(gè)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在機(jī)巷中間位置，設(shè)置一個(gè)圍巖應(yīng)力測(cè)站，按照每隔5m布置安裝孔深為6m、8m、10m的4個(gè)圍巖應(yīng)力傳感器;在風(fēng)巷中間位置，設(shè)置一個(gè)圍巖應(yīng)力測(cè)站，按照每隔5m布置安裝孔深為6m、8m、10m的4個(gè)圍巖應(yīng)力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采動(dòng)影響范圍及超前、側(cè)向支承壓力演化特征。

1.5 工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)

在工作面回風(fēng)巷距采煤工作面煤壁≤10m處設(shè)置CH4傳感器T1;在工作面回風(fēng)巷距回風(fēng)匯風(fēng)點(diǎn)10～15m處設(shè)置CH4傳感器T2;在工作面上隅角設(shè)置CH4傳感器T0、在三站進(jìn)風(fēng)側(cè)3～5m處設(shè)置CH4傳感器;在工作面避難硐室內(nèi)安設(shè)CH4傳感器;在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面煤壁≤10m處設(shè)置CH4傳感器T3;采煤機(jī)設(shè)置車(chē)載式CH4斷電儀或便攜式CH4檢測(cè)報(bào)警儀;監(jiān)控分站安裝在大巷、變電所內(nèi)，并對(duì)向該采煤工作面供電的電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉鎖，分站電源取自被控開(kāi)關(guān)的電源側(cè)，嚴(yán)禁接在被控開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè);被控開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)安設(shè)饋電傳感器，對(duì)被控開(kāi)關(guān)供電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

在綠水洞煤礦3251南采煤工作面開(kāi)展工業(yè)性試驗(yàn)。3251南工作面位于田灣向斜西翼+350m水平325采區(qū)，為一單斜構(gòu)造區(qū)域，工作面上部為5633工作面（2003年已回采結(jié)束），下部為尚未開(kāi)拓，北邊為3251北工作面（已回采結(jié)束），南面為350東大巷，工作面機(jī)巷走向長(zhǎng)度913m、風(fēng)巷走向長(zhǎng)度約900m，傾斜長(zhǎng)度148.0m～208.4m，斜面積109602.14m2，地質(zhì)儲(chǔ)量55.43萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量52.65萬(wàn)噸，工作面機(jī)巷標(biāo)高+370.2～+380.7m，風(fēng)巷標(biāo)高+485.5～+525.6m。該工作面煤層為半暗半亮型焦煤、焦肥煤，呈玻璃光澤，硬度系數(shù)4～5，煤層平均厚度約2.6m。3251南采煤工作面共有106架液壓支架，每隔5架布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每架液壓支架監(jiān)測(cè)左右柱兩個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，共監(jiān)測(cè)21架液壓支架的42個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)。

3 實(shí)施效果

（1）采用頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用礦區(qū)已建立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將工作面頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、頂板離層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、錨桿（索）應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等各項(xiàng)子系統(tǒng)集成在一個(gè)界面上，方便查看及統(tǒng)計(jì)分析。

（2）頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，可24小時(shí)不間斷將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控信息平臺(tái)上，通過(guò)信息平臺(tái)綜采液壓支架的壓力曲線數(shù)據(jù)、頂板離層曲線、錨桿（索）應(yīng)力曲線等顯示，能及時(shí)掌握和分析工作面頂板在開(kāi)采過(guò)程中受力變化運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以及及時(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題。

（3）通過(guò)礦壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中綜采液壓支架的壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分上、中、下三段進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)觀測(cè)某一個(gè)周期來(lái)壓后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)了下次和再下次的周期來(lái)壓，周期來(lái)壓步距與實(shí)際誤差僅為2～3m，基本能得出工作面周期來(lái)壓步距在25～35m，周期來(lái)壓時(shí)，工作面持續(xù)距離為5～8m。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)及曲線分布圖分析，工作面周期來(lái)壓步距的大小和礦壓顯現(xiàn)程度與工作面的采高、推進(jìn)速度、上覆基巖厚度有很大的關(guān)系。周期來(lái)壓具有分布的不均衡性和來(lái)壓的不同步性。工作面中上部周期來(lái)壓顯現(xiàn)較為明顯，工作面30#液壓支架以下周期來(lái)壓顯現(xiàn)不明顯，工作面周期來(lái)壓不同步，有的區(qū)域先來(lái)壓，有的區(qū)域后來(lái)壓，但來(lái)壓的持續(xù)距離大致相等。通過(guò)對(duì)機(jī)風(fēng)巷頂板離層儀和錨桿（索）支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，工作面頂板下沉速度及頂?shù)装逡平孔兓^小，頂板離層量小，最大為20mm/周，隨著工作面的推進(jìn)，壓力逐漸前移，工作面上出口向前20m范圍內(nèi)壓力最大，底鼓較大，平均底鼓量為300mm/周，以至于造成工作面風(fēng)巷超前和上出口范圍巷道變形量大。

（4）工作面出現(xiàn)周期來(lái)壓期間，在工作面上隅角設(shè)置CH4傳感器T0的數(shù)據(jù)存在增大的現(xiàn)象，平均增大在0.1～0.2%，在工作面回風(fēng)巷距采煤工作面煤壁≤10m處設(shè)置CH4傳感器T1的數(shù)據(jù)在周期來(lái)壓前后也不同程度的增大，平均增大在0.2%左右，而距工作面煤壁較遠(yuǎn)，在工作面回風(fēng)巷距回風(fēng)匯風(fēng)點(diǎn)10～15m處設(shè)置CH4傳感器T2傳感器數(shù)據(jù)變化不大。

（5）通過(guò)將3251南采煤工作面頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲

線圖與工作面瓦斯動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖進(jìn)行實(shí)時(shí)性節(jié)點(diǎn)性的觀察和對(duì)比分析，工作面出現(xiàn)周期來(lái)壓期間，工作面瓦斯?jié)舛壬杂刑岣撸咚節(jié)舛鹊脑龇淮?，瓦斯?jié)舛仍龃筅厔?shì)時(shí)間略滯后于工作面綜采支架壓力增大趨勢(shì)時(shí)間，因此，在工作面周期來(lái)壓前后一兩天，適當(dāng)調(diào)增工作面配風(fēng)量、增大工作面綜采液壓支架初撐力以及降低工作面割煤速度等，實(shí)現(xiàn)瓦斯不超限報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）綜采工作面液壓支架在推移過(guò)程中難免要降架，線纜與壓力監(jiān)測(cè)分站連接處易松動(dòng)造成接觸不好，架間容易掉矸砸傷監(jiān)測(cè)線纜，特別是上下出口段，需要對(duì)通信線纜和設(shè)備設(shè)施進(jìn)行保護(hù)，該穿管的必須穿管予以保護(hù)，日常必須加強(qiáng)壓力監(jiān)測(cè)分站連接位置牢固性檢查。

（2）采用兩立柱液壓支架的綜采工作面可采用壓力監(jiān)測(cè)分站無(wú)線傳輸方式，減少工作面線纜多易被砸傷及影響現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，由于兩立柱液壓支架后腔空間較大，壓力監(jiān)測(cè)分站不易受到干擾，信號(hào)傳輸較易實(shí)現(xiàn)，可間隔5～7架液壓支架安設(shè)壓力監(jiān)測(cè)分站。

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