頂板安全管理中礦壓監測的應用

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摘要：頂板安全管理是一個需要辯證分析的問題，頂板安全管理措施落實必須要有可靠的監測數據內容并合理分析壓力顯現規律。下文立足于某工作面生產實際情況，為提高回采上限，避免發生安全事故，保證安全完成回采任務，該工作面根據地質條件建設了完善的監測體系，同時制定了控制采高、采長等管理方案，保證頂板安全管理工作的持續推進，達到了避免垮落等安全問題的目的，下文所述內容，希望能夠為相似地質條件煤礦開采工作提供可靠借鑒。

關鍵詞：頂板安全管理；壓力監測；煤礦

生產據統計，2018年全國煤礦事故共造成333人死亡，盡管死亡人數逐年減少，但重特大事故發生的頻率和死亡人數有所上升，由此可見各礦區需要進一步提高安全管理水準，落實安全管理方針。頂板安全管理對于安全生產的實現有著極其重要的作用，頂板壓力、頂板動態同時又和瓦斯突出等事件有一定關系，因此當下需要將礦壓監測水準提升作為切入點，有針對性的采取相應頂板安全管理方法。既往經驗證明，在普采工作體系中，頂板安全管理是一個難題，多數礦區工作面仍舊采用液壓支架和Π型梁組合支護，支護自動化水準低，支架需要人工操作，頂板管理人員想要全方位了解頂板壓力動態較為困難，頂板整體下沉的情況時有發生，局部區域甚至出現冒落事故，對于安全生產的實現造成嚴重影響。在我國煤礦開采難度不斷增大的背景下，亟需對礦壓監測在頂板安全管理中的應用進行系統梳理，以為頂板安全管理工作提供可靠參考借鑒。

1.礦區地質情況以及工作面基本情況

某礦區煤田2號煤層厚度為2.31m-2.62m，煤層傾角不均勻，為7°-15°，煤層分布簡單，僅含有一層夾石，夾層厚度為0.3m-1.8m，礦區煤炭多為“瘦煤”，含硫量在0.74%左右，煤炭成分優良。工作面老頂為典型的砂層頂板，厚度為19-24m，巖性為灰白色，直接頂為典型的頁巖結構，厚度為7-9m，呈灰黑色，底板為砂巖，顏色為灰黑色，厚度為2.5-3.1m。工作面的煤層構造相對簡單，僅在掘進過程中發現存在少數正斷層。工作面走向長度為265m-305m，傾斜長度為165m，巷道為運輸巷、軌道巷，并有相應切眼。支護結構為DZ-2.5液壓支柱、Π型梁組合支護，支護結構為梁柱交替邁進結構，排距最小為0.6m，柱距最小為0.8m，最大控頂距離為4m，最小控頂距離為3.4m，采高為2.4m。

2.礦壓監測體系

監測的目的是直接揭示頂板礦壓的情況，為頂板爆破卸壓以及生產調整提供可靠參考數據。該工作面為系統、全面揭示工作面頂板壓力分布情況以及變化規律，共設計有10條監測線，每一條監測線上布置有4個監測點（具體布置情況可見圖1）。

(1)監測方法監測主要采用傳感器監測，實現24h不間斷測試，傳感器在單體支柱上監測壓力變化情況，主要涵蓋前梁、后梁，同時記錄支柱長度，系統自動生成日常監測記錄表（可見表1）[1]。監測設備為山東泰安公司出產的“youluoka”數字監測儀，系統構成可見圖2。

(2)數據分析根據系統自動生成的“礦壓監測記錄表”，技術工作人員對“工作阻力、頂沉量、支架初撐力”等進行系統分析，借鑒礦區既往經驗，判斷工作阻力、頂沉量、支架初撐力是否符合要求。

3.工作面礦壓顯現規律

(1)初次來壓工作面開始回采前期就開始進行監測，5d內回采工作面共推進16m，其中涵蓋開切眼7m，直接頂出現冒落情況，而后回采推進至29m，工作面出現大面積的壓力顯現情況，支架壓力大幅度升高，局部巷道墻壁出現嚴重片幫問題。尤其是工作面中部設置支架，大部分安全閥開啟，部分中間支架液壓柱余量僅僅被壓縮至160mm，經過初步判斷，初次壓力顯現步距約為28m，在來壓期間，雖然支架壓力大幅度增加，但仍舊在設計額定阻力范圍內，達到設計額定工作阻力94%[2]。

(2)周期來壓回采工作面推進至42m時，工作面發生第一次周期來壓，巷道煤壁出現嚴重的片幫現象，局部煤巷破碎，并有冒頂現象，支架壓力增加值設計額定工作阻力的85%-89%，來壓步距為12m。綜合判斷來壓表現，在壓力顯現的過程中，沿傾向各個部門的壓力數值存在一定的差異，表現為中間段壓力大、兩端壓力值小，在來壓時，中間段中間支架的安全閥門自動開啟，兩端支架則有工作阻力富余，壓力顯現時僅壓力實測數值僅為支架工作阻力的55%-67%。壓力顯現時造成的現象也存在差異，中部反應劇烈，冒頂、片幫等情況較為突出。

4.以監測數據為基礎的頂板安全管理

(1)采高調整采高和壓力顯現有直接關系，若采高過大，必然會提高掉頂事故的發生幾率，支架也無法有效的起到支撐作用，若是采高過小，在壓力顯現是必然會導致壓力將支架壓死。上述工作面褶皺發育，雖然巖層結果較為簡單，但是整體壓力卻比較大，底板比頂板厚度薄，較為薄弱，壓力顯現期間，中間架存在鉆底等問題。并且，一旦發生冒頂問題，采高若是越大，那么頂板冒落的情況也就越嚴重，因此采高調整需要根據監測數據進行[3-5]。經過分析35m前的回采推進壓力變化，綜合判斷片幫、頂板冒落情況以及煤層厚度，綜合考慮將采高控制在2.4-2.9m左右。

(2)采長控制根據生產區域現有的裝備、設備分布以及生產工作人員能力結構，以合理推進生產效率為目的，有效控制工作面采長。在生產的過程中，考慮到工作面循環速度效率若是越高，那么支架的工作時間也就越短，且頂板變形情況也就越容易控制。若采長過長，那么工作面的更新、循環間隔也就越長，中間架會伴隨時間的延長，出現鉆底或者工作疲勞等一系列問題，進而導致煤壁的受力值增加，產生片幫、破碎等問題，若不及時處理，還會導致頂板斷裂、頂板離層，原有承力結構被破壞，支架受力水準因此提升。該工作面頂板管理充分考慮到工作面更新和頂板支撐的相互關系，合理控制采長，縮短采長，提高工作面推進速度，達到減輕支架壓力，減小頂板變形量的作用[6-7]。

(3)判斷規律來壓規律的判斷對提前采取頂板管理措施有著直觀重要的作用，根據一段時間的礦壓變化規律，在來壓期間，對礦壓的變化情況進行記錄。該工作面礦壓顯現時，支架安全閥開啟，支架存在下沉的情況，刮板運輸機位置存在一定的鼓起問題，中間段部分冒頂頻繁，以致于生產受影響。以5d為單位，測算壓力發生規律，在壓力顯現前，提前對刮板機位置進行控制，對支架初撐力進行控制，并適當擴大采高，調整采長，加快工作面置換效率，嚴格控制支架移動過程中的方式方法（單體抬架），以避免頂板變形，達到規避來壓的目的，確保生產安全。另外，頂板安全管理工作人員定期總結頂板安全問題、來壓問題，組織工作面生產人員開展培訓，讓生產工作人員了解到壓力顯現時的特征，并了解正確的撤出方法，確保在意外事故發生時工作面人員能夠快速做出反應，以盡可能規避意外安全事故。

5.結束語

綜上所述，頂板安全管理要監理在完善礦壓監測體系基礎上，根據監測結果能夠準確、科學的分析礦壓發展規律以及頂板的變化狀態，為頂板安全管理提供可靠的參考依據。針對文章上述工作面頂板壓力變化規律，在壓力顯現前就對壓力集中區域的初撐力進行調整，并合理控制采長，提高工作面的循環效率，以快速推進的方法避免頂板對支架構成過大影響。廣大從業者對上述內容要有足夠認識，深刻了解到頂板安全管理受到多種因素所影響，不僅僅要根據工作面的實際情況進行有效分析，同時也要立足于可靠、完善的監測數據，采取有效的方式方法，提高工作面人員反應能力，才能夠規避安全事故，并在一定程度上提高生產效益。

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[7]趙鵬飛,宮平,文秀龍.綜采工作面頂板控制與安全管理問題探討[J].南方農機,2019,50(6):218.

作者：龐亨健 單位：山西汾西宜興煤業有限責任公司