王紅旗（鄭煤集團新鄭煤電公司，河南 新鄭 451184）

礦壓在線監(jiān)測在“三軟”煤層綜放開采中的應(yīng)用

王紅旗
（鄭煤集團新鄭煤電公司，河南 新鄭 451184）

應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)對公司12208工作面回采過程進行連續(xù)的實時礦壓觀測，從而得到反映礦山壓力的活動規(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、支護強度的確定提供科學(xué)依據(jù)，為相似頂板條件的工作面的開采支護設(shè)計提供參考依據(jù)。

礦壓；在線監(jiān)測；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時對應(yīng)的支護強度為0.73MPa，底板比壓為1.02MPa。

1.1礦壓監(jiān)測設(shè)備選擇

12208工作面支架載荷監(jiān)測設(shè)備采用KJ653煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)把計算機監(jiān)測、數(shù)據(jù)通訊和傳感器技術(shù)融為一體，實現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下采場礦壓運動規(guī)律在線監(jiān)測，對可能的頂板災(zāi)害進行預(yù)測預(yù)警。通過對支架工作阻力24小時的實時在線監(jiān)測，掌握頂板來壓的宏觀規(guī)律，同時為支架適應(yīng)性評價、合理工作阻力確定等提供理論分析的實測基礎(chǔ)資料。

1.2監(jiān)測設(shè)備的安裝

12208工作面傾向長度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臺礦壓監(jiān)測設(shè)備，對綜采支架初撐力、工作阻力進行連續(xù)監(jiān)測。每個監(jiān)測分機上的三個壓力監(jiān)測通道為2個，分別安裝在支架左、右立柱，以監(jiān)測它們的壓力變化情況。

2　工作面礦壓顯現(xiàn)特征及頂板運動規(guī)律分析

綜采工作面采場的需控巖層范圍主要包括直接頂和老頂及其上部巖層運動的作用影響范圍。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動的綜合反映，它包涵著豐富的頂板運動規(guī)律信息。通過對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動規(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，老頂范圍內(nèi)巖層巖性主要為粗粒砂巖，頂板在工作面推進方向的運動規(guī)律根據(jù)經(jīng)驗公式計算。

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，取150m；σt取6.2MPa，根據(jù)抗壓強度折減確定；Kc龜裂度，取0.7；mc運動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運動巖層的總厚度，取5m；α煤層傾角，取3°；

經(jīng)計算得：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—運動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—運動巖層的總厚度，取25m；σt—6.2MPa；

經(jīng)計算得：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、下三個分區(qū)，因此分別分析各個監(jiān)測分站的工作面初次推進過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，1-4號監(jiān)測分站代表工作面上部，5-9號監(jiān)測分站代表工作面中部，10-13號代表工作面下部。本次監(jiān)測為工作面回采期間的礦壓監(jiān)測總計101天，累計推進352.5m。為準(zhǔn)確判斷工作面老頂?shù)闹芷趤韷翰骄?，分析了回采期間27個周期來壓支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（1）周期來壓步距。根據(jù)老頂周期來壓步距監(jiān)測和分析計算統(tǒng)計可知，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。老頂來壓期間工作面上部來壓強度峰值為28.8MPa，中部來壓強度峰值27.4MPa，下部來壓強度峰值27.5MPa。

3　工作面頂板壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過對綜采監(jiān)測報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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，平均來壓強度27.2MPa，最大值發(fā)生在20號支架，最大工作阻力28.8MPa。

4　結(jié)論

通過對12208綜放工作面回采礦壓進行分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）通過分析KJ653監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)采集的頂板動態(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，支架掩護梁和尾梁不能擺動，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，此次的實時監(jiān)測也為支架的選型設(shè)計提供了寶貴的技術(shù)參數(shù)依據(jù)。