頂板安全管理中礦壓監(jiān)測的應(yīng)用

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摘要：頂板安全管理是一個(gè)需要辯證分析的問題，頂板安全管理措施落實(shí)必須要有可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)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(chǎn)實(shí)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(wù)，該工作面根據(jù)地質(zhì)條件建設(shè)了完善的監(jiān)測體系，同時(shí)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(jìn)，達(dá)到了避免垮落等安全問題的目的，下文所述內(nèi)容，希望能夠?yàn)橄嗨频刭|(zhì)條件煤礦開采工作提供可靠借鑒。

關(guān)鍵詞：頂板安全管理；壓力監(jiān)測；煤礦

生產(chǎn)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jìn)一步提高安全管理水準(zhǔn)，落實(shí)安全管理方針。頂板安全管理對于安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)有著極其重要的作用，頂板壓力、頂板動(dòng)態(tài)同時(shí)又和瓦斯突出等事件有一定關(guān)系，因此當(dāng)下需要將礦壓監(jiān)測水準(zhǔn)提升作為切入點(diǎn)，有針對性的采取相應(yīng)頂板安全管理方法。既往經(jīng)驗(yàn)證明，在普采工作體系中，頂板安全管理是一個(gè)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(hù)，支護(hù)自動(dòng)化水準(zhǔn)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(dòng)態(tài)較為困難，頂板整體下沉的情況時(shí)有發(fā)生，局部區(qū)域甚至出現(xiàn)冒落事故，對于安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)造成嚴(yán)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(yīng)用進(jìn)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(zhì)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(jié)構(gòu)，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(gòu)造相對簡單，僅在掘進(jìn)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(yùn)輸巷、軌道巷，并有相應(yīng)切眼。支護(hù)結(jié)構(gòu)為DZ-2.5液壓支柱、Π型梁組合支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)為梁柱交替邁進(jìn)結(jié)構(gòu)，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(chǎn)調(diào)整提供可靠參考數(shù)據(jù)。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(shè)計(jì)有10條監(jiān)測線，每一條監(jiān)測線上布置有4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（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(shí)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(shí)記錄支柱長度，系統(tǒng)自動(dòng)生成日常監(jiān)測記錄表（可見表1）[1]。監(jiān)測設(shè)備為山東泰安公司出產(chǎn)的“youluoka”數(shù)字監(jiān)測儀，系統(tǒng)構(gòu)成可見圖2。

(2)數(shù)據(jù)分析根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的“礦壓監(jiān)測記錄表”，技術(shù)工作人員對“工作阻力、頂沉量、支架初撐力”等進(jìn)行系統(tǒng)分析，借鑒礦區(qū)既往經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行監(jiān)測，5d內(nèi)回采工作面共推進(jìn)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(jìn)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(yán)重片幫問題。尤其是工作面中部設(shè)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(jīng)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(shè)計(jì)額定阻力范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)額定工作阻力94%[2]。

(2)周期來壓回采工作面推進(jìn)至42m時(shí)，工作面發(fā)生第一次周期來壓，巷道煤壁出現(xiàn)嚴(yán)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(shè)計(jì)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(gè)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(shí)，中間段中間支架的安全閥門自動(dòng)開啟，兩端支架則有工作阻力富余，壓力顯現(xiàn)時(shí)僅壓力實(shí)測數(shù)值僅為支架工作阻力的55%-67%。壓力顯現(xiàn)時(shí)造成的現(xiàn)象也存在差異，中部反應(yīng)劇烈，冒頂、片幫等情況較為突出。

4.以監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的頂板安全管理

(1)采高調(diào)整采高和壓力顯現(xiàn)有直接關(guān)系，若采高過大，必然會(huì)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(huì)導(dǎo)致壓力將支架壓死。上述工作面褶皺發(fā)育，雖然巖層結(jié)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(yán)重，因此采高調(diào)整需要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行[3-5]。經(jīng)過分析35m前的回采推進(jìn)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(jù)生產(chǎn)區(qū)域現(xiàn)有的裝備、設(shè)備分布以及生產(chǎn)工作人員能力結(jié)構(gòu)，以合理推進(jìn)生產(chǎn)效率為目的，有效控制工作面采長。在生產(chǎn)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(shí)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(huì)伴隨時(shí)間的延長，出現(xiàn)鉆底或者工作疲勞等一系列問題，進(jìn)而導(dǎo)致煤壁的受力值增加，產(chǎn)生片幫、破碎等問題，若不及時(shí)處理，還會(huì)導(dǎo)致頂板斷裂、頂板離層，原有承力結(jié)構(gòu)被破壞，支架受力水準(zhǔn)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(guān)系，合理控制采長，縮短采長，提高工作面推進(jìn)速度，達(dá)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(jù)一段時(shí)間的礦壓變化規(guī)律，在來壓期間，對礦壓的變化情況進(jìn)行記錄。該工作面礦壓顯現(xiàn)時(shí)，支架安全閥開啟，支架存在下沉的情況，刮板運(yùn)輸機(jī)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(chǎn)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(jī)位置進(jìn)行控制，對支架初撐力進(jìn)行控制，并適當(dāng)擴(kuò)大采高，調(diào)整采長，加快工作面置換效率，嚴(yán)格控制支架移動(dòng)過程中的方式方法（單體抬架），以避免頂板變形，達(dá)到規(guī)避來壓的目的，確保生產(chǎn)安全。另外，頂板安全管理工作人員定期總結(jié)頂板安全問題、來壓問題，組織工作面生產(chǎn)人員開展培訓(xùn)，讓生產(chǎn)工作人員了解到壓力顯現(xiàn)時(shí)的特征，并了解正確的撤出方法，確保在意外事故發(fā)生時(shí)工作面人員能夠快速做出反應(yīng)，以盡可能規(guī)避意外安全事故。

5.結(jié)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(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果能夠準(zhǔn)確、科學(xué)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(jù)。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(jìn)行調(diào)整，并合理控制采長，提高工作面的循環(huán)效率，以快速推進(jìn)的方法避免頂板對支架構(gòu)成過大影響。廣大從業(yè)者對上述內(nèi)容要有足夠認(rèn)識(shí)，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(jù)工作面的實(shí)際情況進(jìn)行有效分析，同時(shí)也要立足于可靠、完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取有效的方式方法，提高工作面人員反應(yīng)能力，才能夠規(guī)避安全事故，并在一定程度上提高生產(chǎn)效益。

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作者：龐亨健 單位：山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司