急倾斜中厚煤层综采工作面矿压在线监测技术

周忠国 程长勇 张孟军

摘  要：针对原矿压观测存在的问题，通过在急倾斜中厚煤层综采工作面实施矿压在线观测和分析，提高工作效率，增强矿压监测真实性和连续性，通过对矿压在线观测各项数据与工作面瓦斯涌出量进行综合对比分析，初步掌握了工作面顶板动态压力变化与瓦斯涌出量变化关系，为提升矿井顶板灾害防治能力和实现顶板灾害超前预警具有重要意义。

关键词：急倾斜;矿压;在线

中图分类号：TD326         文献标志码：A         文章编号：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

綠水洞煤矿综采工作面矿压观测传统方法为：一是在工作面每间隔10架综采液压支架安装一个综采支架压力连续记录仪，对顶板压力进行监测，每5天由矿压工采集一次数据并绘制《双测点综采支护压力变化曲线直方图》进行分析，出现压力不足现象及时安排调整泵压，确保支护强度;二是在机、风巷距工作面100m各安装一台顶板离层仪，对机、风巷顶板位移量进行观测，每隔5天对数据进行观测和统计，并进行分析处理;三是采用“十”字布点法在机、风巷设置巷道变形收敛观测站，每隔10天进行数据观测和统计，并将观测数据进行分析处理，若巷道出现明显变形或数据变化较大时，立即汇报及时采取措施处理。矿井采煤工作面顶板矿压观测较为传统，压力连续记录仪常因出现故障未及时得到维护而造成无法采集数据，机、风巷安设的顶板离层仪因安设质量差或在运输过程中受碰撞损坏时，造成顶板离层数据监测不连续，对后期数据分析不利，而采用设立矿压观测站的方式布置测点，实施人工监测，产生的误差较大，且对矿压观测站的保护要求比较严格，一旦测站被破坏则导致数据监测中断，就失去监测意义，达不到预期的效果。为进一步提升矿井顶板管理水平，及时掌握矿压显现，提高顶板灾害防治能力和实现超前预警，再加之矿压监测是矿井安全生产标准化建设和生产技术管理的一项十分重要的基础工作，是促进煤矿安全生产的重要手段，对优化采煤工作面支护设计、搞好顶板控制、减少顶板事故具有重要意义，因此，在综采工作面实施矿压在线观测尤为必要。

1 监测方案

1.1 工作面顶板压力监测

采煤工作面每隔5架布置一个监测点，每架液压支架监测左右柱两个压力测点。压力监测分站均匀布置，分机固定安装在液压支架顶梁下面，工作面通讯电缆采用吊挂式安装，压力分机的1、2压力通道采用KJ10高压油管与综采支架的左右立柱连接，第3通道与支架平衡千斤顶或前探梁油缸连接。通讯分站通过一条防护式电缆与工作面压力监测分机连接，工作面推进时通讯分站及电源、电缆一起移动。

1.2 工作面巷道顶板离层监测

在采煤工作面机巷、风巷各选三个监测站进行监测，对矿压显现不明显地段采用普通方式人工监测，离层传感器安装在巷道顶板中央，每个围岩移动传感器有两个位移基点（深浅基点监测范围0～20m，具体安装深度需根据现场地质及支护条件确定），实时监测巷道顶板离层情况。数据通讯分站连接巷道各顶板传感器和锚杆、锚索应力传感器，构成二级总线上下位监测关系，离层传感器与锚杆应力传感器共用一条总线连接，每个传感器有唯一的地址编码，通讯分站控制巡测每个传感器的数据，分站显示和存储数据并将数据发送到上位监测主站。

1.3 锚杆（索）应力监测

锚杆锚索传感器安装在巷道顶板中央，实时监测顶板锚杆（索）载荷，锚杆（索）应力传感器与变送器一体化设计，设备可随时回收使用，继续往推进方向安装，保证锚杆锚索传感器与离层传感器交错布置。机巷布置3个监测点，风巷布置3个监测点，共需12个锚杆（索）传感器。锚杆（索）传感器配套总线变送器工作，固定设置变送器编码。传感器输出标准的电压信号，变送器由CPU控制监测传感器输出信号。传感器内置总线接口连接到RS-485总线，传感器收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。锚杆监测传感器、变送器上位连接到综合数据通讯分站，每台综合数据通讯分站最大可连接128台传感器，每台变送器有唯一的地址编码，通讯分站按地址编码顺序巡测各锚杆传感器变送器的数据，循环显示各测点的数据。通讯分站可诊断并显示下位锚杆应力监测传感器、变送器的工作状态（正常/故障）。

1.4 围岩应力监测

在采煤工作面机、风巷各选三个监测站进行监测，在机巷中间位置，设置一个围岩应力测站，按照每隔5m布置安装孔深为6m、8m、10m的4个围岩应力传感器;在风巷中间位置，设置一个围岩应力测站，按照每隔5m布置安装孔深为6m、8m、10m的4个围岩应力传感器，实时监测采动影响范围及超前、侧向支承压力演化特征。

1.5 工作面瓦斯浓度监测

在工作面回风巷距采煤工作面煤壁≤10m处设置CH4传感器T1;在工作面回风巷距回风汇风点10～15m处设置CH4传感器T2;在工作面上隅角设置CH4传感器T0、在三站进风侧3～5m处设置CH4传感器;在工作面避难硐室内安设CH4传感器;在工作面进风侧距工作面煤壁≤10m处设置CH4传感器T3;采煤机设置车载式CH4断电仪或便携式CH4检测报警仪;监控分站安装在大巷、变电所内，并对向该采煤工作面供电的电源开关进行闭锁，分站电源取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧;被控开关的负荷侧安设馈电传感器，对被控开关供电状态进行监测。

2 试验地点概况

在绿水洞煤矿3251南采煤工作面开展工业性试验。3251南工作面位于田湾向斜西翼+350m水平325采区，为一单斜构造区域，工作面上部为5633工作面（2003年已回采结束），下部为尚未开拓，北边为3251北工作面（已回采结束），南面为350东大巷，工作面机巷走向长度913m、风巷走向长度约900m，倾斜长度148.0m～208.4m，斜面积109602.14m2，地质储量55.43万吨，可采储量52.65万吨，工作面机巷标高+370.2～+380.7m，風巷标高+485.5～+525.6m。该工作面煤层为半暗半亮型焦煤、焦肥煤，呈玻璃光泽，硬度系数4～5，煤层平均厚度约2.6m。3251南采煤工作面共有106架液压支架，每隔5架布置一个监测点，每架液压支架监测左右柱两个压力测点，共监测21架液压支架的42个压力测点。

3 实施效果

（1）采用顶板动态监测系统，利用矿区已建立的计算机网络平台，将工作面顶板动态监测系统中的液压支架工作阻力监测系统、顶板离层监测系统、锚杆（索）应力监测系统等各项子系统集成在一个界面上，方便查看及统计分析。

（2）顶板动态监测系统建成后，可24小时不间断将监测数据实时传输到地面监控信息平台上，通过信息平台综采液压支架的压力曲线数据、顶板离层曲线、锚杆（索）应力曲线等显示，能及时掌握和分析工作面顶板在开采过程中受力变化运动的规律，以及及时解决现场存在的问题。

（3）通过矿压在线监测系统中综采液压支架的压力监测数据分上、中、下三段进行对比分析，并结合现场实际情况，通过观测某一个周期来压后，进行数据分析，预测了下次和再下次的周期来压，周期来压步距与实际误差仅为2～3m，基本能得出工作面周期来压步距在25～35m，周期来压时，工作面持续距离为5～8m。通过对数据及曲线分布图分析，工作面周期来压步距的大小和矿压显现程度与工作面的采高、推进速度、上覆基岩厚度有很大的关系。周期来压具有分布的不均衡性和来压的不同步性。工作面中上部周期来压显现较为明显，工作面30#液压支架以下周期来压显现不明显，工作面周期来压不同步，有的区域先来压，有的区域后来压，但来压的持续距离大致相等。通过对机风巷顶板离层仪和锚杆（索）支护应力监测数据分析，工作面顶板下沉速度及顶底板移近量变化较小，顶板离层量小，最大为20mm/周，随着工作面的推进，压力逐渐前移，工作面上出口向前20m范围内压力最大，底鼓较大，平均底鼓量为300mm/周，以至于造成工作面风巷超前和上出口范围巷道变形量大。

（4）工作面出现周期来压期间，在工作面上隅角设置CH4传感器T0的数据存在增大的现象，平均增大在0.1～0.2%，在工作面回风巷距采煤工作面煤壁≤10m处设置CH4传感器T1的数据在周期来压前后也不同程度的增大，平均增大在0.2%左右，而距工作面煤壁较远，在工作面回风巷距回风汇风点10～15m处设置CH4传感器T2传感器数据变化不大。

（5）通过将3251南采煤工作面顶板动态监测数据曲

线图与工作面瓦斯动态监测数据曲线图进行实时性节点性的观察和对比分析，工作面出现周期来压期间，工作面瓦斯浓度稍有提高，瓦斯浓度的增幅不大，瓦斯浓度增大趋势时间略滞后于工作面综采支架压力增大趋势时间，因此，在工作面周期来压前后一两天，适当调增工作面配风量、增大工作面综采液压支架初撑力以及降低工作面割煤速度等，实现瓦斯不超限报警。

4 结束语

（1）综采工作面液压支架在推移过程中难免要降架，线缆与压力监测分站连接处易松动造成接触不好，架间容易掉矸砸伤监测线缆，特别是上下出口段，需要对通信线缆和设备设施进行保护，该穿管的必须穿管予以保护，日常必须加强压力监测分站连接位置牢固性检查。

（2）采用两立柱液压支架的综采工作面可采用压力监测分站无线传输方式，减少工作面线缆多易被砸伤及影响现场标准化的问题，由于两立柱液压支架后腔空间较大，压力监测分站不易受到干扰，信号传输较易实现，可间隔5～7架液压支架安设压力监测分站。

参考文献：

[1]张德亮，王飞飞，李兵，等.浅谈矿压在线监测技术的应用[J].世界有色金属，2018（05）：269+271.

[2]王红旗.矿压在线监测在“三软”煤层综放开采中的应用[J].山东工业技术，2016（16）：58.

[3]高鹏.浅谈矿压在线监测技术在河东煤矿的应用[J].技术与市场，2016，23（02）：46+48.

[4]王峰.矿压在线监测技术在煤矿井下的应用与探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2015（06）：83.

[5]徐小航.浅谈矿压在线监测技术的应用[J].科技视界，2013（36）：374.

[6]杨怀涛，赵道辉，黄国华，等.综采工作面矿压在线监测系统的研究与应用[J].煤矿现代化，2013（06）：47-48.

[7]周峰，徐西明.新矿集团长城煤矿工作面矿压在线监测系统投用效果好[J].煤矿机械，2011，32（11）：24.

[8]王冬生，潘玮炜，张克.基于振弦式传感器的矿压在线检测系统的研究[J].煤炭工程，2009（04）：110-112.