表1 矿压监测仪器及数量
仪器名称型号数量单位矿用数字压力计YHY-6015台顶板动态压力测量仪KY-825台顶底板离层仪LYB-34台测杆ADL-2.54根钢卷尺3把皮卷尺3把
张药秋1， 吴桂义1,2， 祖自银3
(1.贵州大学 矿业学院， 贵州 贵阳 550025； 2.贵州省非金属矿产资源综合利用重点
实验室， 贵州 贵阳 550025； 3.贵州盘江精煤股份有限公司 山脚树矿， 贵州 盘县 553533)
摘要：介绍了山脚树矿某工作面的概况及对其进行矿压监测的目的、内容及注意事项，给出了矿压监测方案并进行了矿压数据收集和分析。通过监测和分析,可采取有效的处理措施来保证安全开采，同时矿压监测分析结果对于了解和掌握同一采区的其他工作面矿压显现规律、合理选择和改进支架有积极的指导意义。
关键词：矿压监测； 测点布置； 数据分析
ZHANG Yaoqiu1， WU Guiyi1,2， ZU Ziyin3
(1.Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025,China; 2.Guizhou Key Laboratory of
Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Guizhou University,
Guiyang 550025, China; 3.Shanjiaoshu Coal Mine, Guizhou Panjiang Refined Coal
Co., Ltd., Panxian 553533, China)
Abstract：The paper introduced general situation of a coal face in Shanjiaoshu Coal Mine and its mine pressure monitoring purpose, content and problems that need attention, and gave a scheme of mine pressure monitoring, collected and analyzed mine pressure data. Effective treatment measure can be adopted by monitoring and analysis to ensure safe-mining, and results of mine pressure monitoring and analysis has a positive significance for understanding and knowledge of mine pressure behavior, as well as reasonable support selection and improvement of other mining faces in the same mining area.
[WTHZ]Key words[WTBZ]:mine pressure monitoring; measuring points arrangement; data analysis
贵州盘江精煤股份有限公司山脚树矿采一区18号煤层埋深在800 m左右，为深井开采。在221811运输巷掘进期间，距离风门50 m左右的巷道顶板下沉和片帮现象严重。在掘进到498 m时，由于巷道底鼓和瓦斯压力大且钻孔无法抽出瓦斯而不得不停止掘进。18号煤层为近距离煤层群开采首采层，因此，上覆岩层的压力比较大，导致回采期间巷道维护困难，瓦斯压力与瓦斯含量增大。同时，正在回采的21125工作面的回风巷顶板下沉量超过500 mm，工人无法站立行走。该矿巷修队采取了很多加强支护的措施，但都无法缓解这一状况。山脚树矿之前因为缺乏相关的技术人员与设备，没有进行矿压监测研究。为了确保即将回采的221811工作面的安全高效开采，该矿确定对221811工作面进行矿压监测。本文就该矿的矿压监测布置进行了简要介绍，并在分析监测数据后对出现的问题提出合理的解决方案。
1.1 地质条件
山脚树矿采一区二水平221811工作面为同区段首采工作面，煤层开采层序为上行开采。该工作面地面标高+1 982～+2 062 m，井下标高+1 242～+1 206 m，距地表垂深776～820 m。井下位置及四邻采掘情况：该工作面北部为225运输石门、224回风下山、1200运输石门及22轨道下山延伸段车场，南部为F108断层，西部为22189采空区及22157工作面，东部为221811瓦斯治理巷，顶部为15号和12号煤层承压区。工作面走向长度为781～826 m，平均长度为754 m，倾斜长度为166 m，面积为125 164 m2。掘进的18号煤层以碎块状为主，含夹矸1～2层，本区域内夹矸0.03～0.08 m，半暗型，煤层平均厚度为3.3 m。煤层倾角为4～11°，平均倾角为8°。工作面直接顶为较硬的细砂岩，厚3 m；基本顶为粉砂岩和菱铁质粉砂岩，厚3～8 m；直接底为泥岩和粉砂质泥岩，厚0.3～0.5 m；基本底为泥质粉砂岩和粉砂岩，厚0.3～1.6 m。该区域内有F2，F5，F6，F7，F8，F9，F108等7条断层，落差分别为15～17，4～5.5，6，3，10，5～10 m。
1.2 工作面施工支护设计
221811回风巷全长834 m，运输巷全长875 m，两巷道设计净宽为5 m，净高为3 m，巷道断面为半梯形，断面积为14.7 m2。巷道支护方式为M20-2500全螺纹钢等强锚杆+金属网+U型钢，双排锚索梁加固。锚杆间排距为700 mm×700 mm，锚索规格为φ17.8 mm，6 m长的钢绞线，间排距为2 100 mm×700 mm。网格：70 mm×70 mm;金属网：1 000 mm×2 000 mm。
221811切眼全长166 m，两巷道设计净宽为5.5 m，净高为3 m，巷道断面为矩形，断面积为16.2 m2。支护方式为综采液压支架，支架型号为ZY3800-15/33，支架台数为110。
2.1 人员及仪器的配备
首先熟悉和了解工作面地质资料和生产技术情况，提前预计监测工作中将会遇到的问题，制定具体的监测计划，确定矿压监测领导小组人选，做好监测仪表的使用安装与记录的准备工作，主要包括监测目的、内容和方法、监测要求、测区布置、工具和操作、人员配备和组织领导等[3]。
由于山脚树矿没有进行过矿压监测工作，所以必须对相关技术人员和负责安装的工作人员进行培训。监测小组由1名技术区长负责领导组织工作，1～2名采煤技术人员负责现场矿压监测设备的数据收集和整理，在技术区长的指导下，由3～5名工人负责监测设备的安装。
矿压监测仪器及数量见表1。
表1 矿压监测仪器及数量
2.2 矿压监测目的、内容及注意事项
现场矿压监测目的：掌握采煤工作面上覆岩层运动规律及围岩与支架的相互作用关系，并进行工作面来压的预测预报；对采煤工作面直接顶进行分类，对基本顶进行分级，为工作面架型选择和合理支护参数的确定提供可靠依据；对采煤工作面所使用的支护设备及采煤机械的可靠性和适应性进行评定；确定采动影响范围及支撑压力分布变化规律[4]。
现场矿压监测内容：工作面矿压显现参数；巷道超前支承压力；巷道顶板离层监测；巷道两帮变形量与顶底板移近量。
矿压监测期间应注意的事项：监测技术人员应能够熟练操作矿压监测仪器[5]。在监测期间，监测技术人员必须工整、清晰、真实地填写各测点牌板内容。监测领导小组负责人要严格监督各测点的设备按照规定正确安装，安装完成的测点由安装人员、质量验收员、跟班技术员三方签字并记录好初始数据，然后送主管技术区长审核，通过后方可继续下一步的监测工作。监测期间要定期检查仪器是否损坏，并合理地对仪器进行保养。遇到地质条件发生变化的情况，可适当缩短监测距离，并增加监测频率。
3.1 工作面测区布置
根据现场情况，对工作面和上下巷进行了测区布置，如图1所示。
在工作面共布置了5个测区，每个测区20台支架安装1台YHY-601型矿用数字压力计，可对支架工作阻力和移架后支架的初撑力进行连续监测。同时5个测区均安装顶板动态压力测量仪，安装步骤：在支架缝隙间靠煤壁处选定基点，用钻在顶底板打200～300 mm深的孔，基点的连线必须与顶底板垂直。把孔用长150～200 mm的木桩楔入，在木桩外露端钉入钉子，钉子即为所测基点。安装完成后，在每个测点安装记录牌，每班技术员需对数据进行统计。
图1 综采工作面矿压监测布置
3.2 巷道表面变形测点布置
为了更好地分析221811工作面矿压显现，在轨道巷距工作面切眼煤壁前方50，90，120 m处布置巷道变形量监测断面，共布置3个监测断面，监测范围为120 m左右。布置步骤：按十字布点法在每个测点顶底板和两帮选择4个点，选好点后，打眼楔入木塞并钉入测钉，且挂牌管理。基点布置如图2所示。
图2 巷道变形监测基点布置
运输巷内自工作面切眼煤壁前方30 m起，按20 m间隔布置4个测点，监测距离为90 m。在每个测孔中放置2个测点，1个深度为7 m的深基点，1个深度为3 m的浅基点，如图3所示。分别量测锚索锚固范围内和锚杆锚固范围内的顶板离层量随时间和位置的变化情况。开始回采期间1天监测1次数据，待顶板稳定后1个星期监测1次。
4.1 工作面来压分析
图3 顶板离层仪基点布置
根据山脚树矿221811工作面监测的液压支架载荷与工作面推进距离的变化关系可知，工作面推进到18 m时，直接顶开始垮落，来压平均支架载荷为30.1 MPa，平时平均支架载荷为26 MPa，动载系数为1.16；当工作面推进到30 m时，工作面初次来压，来压平均支架载荷为31 MPa，平时平均支架载荷为26 MPa，动载系数为1.19。周期来压平均步距为19.5 m，周期来压期间最大载荷平均为32.5 MPa，平时平均支架载荷为26 MPa，动载系数为1.25。从整体来看，支架基本处于正常工作状态，因此,应在断层等地质构造区加强支架初撑力。
4.2 工作面顶底板移近量
工作面顶底板相对移近量在基本顶来压前已达到最大值，机尾移近速度最大，达 13.13 mm/d，中部次之，机头最小；初次来压期间顶底板移近速度出现2次明显变大情况，原因是工作面中部的顶底板移近速度在来压前达到一个峰值，随着工作面的推进， 断裂裂缝向煤壁移近，当煤壁推过断裂裂缝时工作面顶底板移近速度又达到另一个峰值，移近速度达到 8.83 mm/d。因此，应加强端头支护，增加支架工作阻力。
4.3 巷道矿压显现
对工作面运输巷进行了表面位移监测，巷道总体变形量大，顶底板变形量大于两帮变形量；巷道在30 m处已经受到采动影响，但在20 m以外采动影响的程度很小，显著影响范围在10 m左右，巷道压力峰值在4 m处，因此，工作面超前40 m就要加强支护。工作面回风巷顶板离层监测显示，初次来压期间巷道顶板总离层量最高达到185 mm，周期来压期间达到了60 mm，说明顶板锚杆有效控制了顶板离层，应在来压期间加强支护。
对山脚树矿矿压监测布置进行了简要介绍，并在分析监测数据后对出现的问题提出合理的解决方案，对确定初次来压和周期来压步距、在来压期间及时调整支架工况、及时移架、控制端面距、降低事故率等都有重要的意义，同时也对同一采区其他工作面的矿压显现分析和支架选型以及日后的安全生产具有指导意义。由于以往山脚树矿没有进行过矿压监测，所以缺少相邻煤层的数据作为参考，同时由于设备的限制，监测点偏少，所以在以后的生产中还要视生产情况适当增加监测范围和监测点，对监测方法和监测内容进行适当调整。
参考文献：
[1] 钱鸣高,石平五,许家林.矿山压力与岩层控制[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,2010.
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[3] 汤建泉,粟才全,李英德. 现场矿压观测方案设计[J]. 煤矿开采,2008,13(1):71-74.
[4] 郝志强.矿压观测对于锚杆支护的重要性[J].采矿技术,2003,3(3):40-41.
[5] 蒋坤,许家林,金洪伟,等. 采煤工作面矿压观测及观测软件[J].能源技术与管理,2006(2):6-8.
张药秋，吴桂义，祖自银.山脚树矿矿压监测与数据分析[J].工矿自动化，2016,42(1)：60-63.
作者简介：张药秋(1990-)男，贵州盘县人，硕士研究生，主要从事矿山压力与岩层控制方面的研究工作，E-mail：185056725@qq.com。通信作者：吴桂义(1973—)，男，贵州镇宁人,副教授,硕士研究生导师,主要从事矿山压力及其控制方面的研究工作,E-mail:495881085@qq.com。 罗书克(1976-)，男，河南禹州人,讲师,主要从事电力电子与电力传动方面的教学研究工作，E-mail：xclsk01@163.com。
基金项目：贵州省科技厅攻关项目(黔科合SY字[2010]3036号)。 河南省科技厅科技攻关项目(122102210418)；河南省教育厅高等学校重点科研项目(15A470004)。
收稿日期：2015-10-09；修回日期：2015-11-16；责任编辑：胡娴。 2015-09-29；修回日期：2015-11-23；责任编辑：胡娴。
中图分类号：TD326
文献标志码：B 网络出版时间：2015-12-31 16:00
文章编号：1671-251X(2016)01-0060-04 DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.01.018