頂板安全管理中礦壓監(jiān)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(jiān)測數(shù)據內容并合理分析壓力顯現(xiàn)規(guī)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(fā)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(jiān)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(xù)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(jiān)測；煤礦

生產據統(tǒng)計，2018年全國煤礦事故共造成333人死亡，盡管死亡人數(shù)逐年減少，但重特大事故發(fā)生的頻率和死亡人數(shù)有所上升，由此可見各礦區(qū)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(xiàn)有著極其重要的作用，頂板壓力、頂板動態(tài)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(jiān)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(shù)礦區(qū)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(tài)較為困難，頂板整體下沉的情況時有發(fā)生，局部區(qū)域甚至出現(xiàn)冒落事故，對于安全生產的實現(xiàn)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(jiān)測在頂板安全管理中的應用進行系統(tǒng)梳理，以為頂板安全管理工作提供可靠參考借鑒。

1.礦區(qū)地質情況以及工作面基本情況

某礦區(qū)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(qū)煤炭多為“瘦煤”，含硫量在0.74%左右，煤炭成分優(yōu)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(fā)現(xiàn)存在少數(shù)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(jiān)測體系

監(jiān)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(shù)據。該工作面為系統(tǒng)、全面揭示工作面頂板壓力分布情況以及變化規(guī)律，共設計有10條監(jiān)測線，每一條監(jiān)測線上布置有4個監(jiān)測點（具體布置情況可見圖1）。

(1)監(jiān)測方法監(jiān)測主要采用傳感器監(jiān)測，實現(xiàn)24h不間斷測試，傳感器在單體支柱上監(jiān)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(tǒng)自動生成日常監(jiān)測記錄表（可見表1）[1]。監(jiān)測設備為山東泰安公司出產的“youluoka”數(shù)字監(jiān)測儀，系統(tǒng)構成可見圖2。

(2)數(shù)據分析根據系統(tǒng)自動生成的“礦壓監(jiān)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(tǒng)分析，借鑒礦區(qū)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(xiàn)規(guī)律

(1)初次來壓工作面開始回采前期就開始進行監(jiān)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(xiàn)冒落情況，而后回采推進至29m，工作面出現(xiàn)大面積的壓力顯現(xiàn)情況，支架壓力大幅度升高，局部巷道墻壁出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)生第一次周期來壓，巷道煤壁出現(xiàn)嚴重的片幫現(xiàn)象，局部煤巷破碎，并有冒頂現(xiàn)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(xiàn)，在壓力顯現(xiàn)的過程中，沿傾向各個部門的壓力數(shù)值存在一定的差異，表現(xiàn)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(xiàn)時僅壓力實測數(shù)值僅為支架工作阻力的55%-67%。壓力顯現(xiàn)時造成的現(xiàn)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(jiān)測數(shù)據為基礎的頂板安全管理

(1)采高調整采高和壓力顯現(xiàn)有直接關系，若采高過大，必然會提高掉頂事故的發(fā)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(xiàn)是必然會導致壓力將支架壓死。上述工作面褶皺發(fā)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(xiàn)期間，中間架存在鉆底等問題。并且，一旦發(fā)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(jiān)測數(shù)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(qū)域現(xiàn)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(huán)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(huán)間隔也就越長，中間架會伴隨時間的延長，出現(xiàn)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(guī)律來壓規(guī)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(guī)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(xiàn)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(fā)生規(guī)律，在壓力顯現(xiàn)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(guī)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(xiàn)時的特征，并了解正確的撤出方法，確保在意外事故發(fā)生時工作面人員能夠快速做出反應，以盡可能規(guī)避意外安全事故。

5.結束語

綜上所述，頂板安全管理要監(jiān)理在完善礦壓監(jiān)測體系基礎上，根據監(jiān)測結果能夠準確、科學的分析礦壓發(fā)展規(guī)律以及頂板的變化狀態(tài)，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(guī)律，在壓力顯現(xiàn)前就對壓力集中區(qū)域的初撐力進行調整，并合理控制采長，提高工作面的循環(huán)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(yè)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(jiān)測數(shù)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(guī)避安全事故，并在一定程度上提高生產效益。

【參考文獻】

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[5]馮彥軍.神東礦區(qū)旺采工作面頂板巖層水力壓裂控制技術研究[J].煤礦開采,2018,23(4):81-84,80.

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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(yè)有限責任公司