張藥秋，　吳桂義,2，　祖自銀

(1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院， 貴州 貴陽　550025； 2.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點

實驗室， 貴州 貴陽　550025； 3.貴州盤江精煤股份有限公司 山腳樹礦， 貴州 盤縣　553533)

?

山腳樹礦礦壓監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

張藥秋1，吳桂義1,2，祖自銀3

(1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院， 貴州 貴陽550025； 2.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點

實驗室， 貴州 貴陽550025； 3.貴州盤江精煤股份有限公司 山腳樹礦， 貴州 盤縣553533)

摘要：介紹了山腳樹礦某工作面的概況及對其進行礦壓監(jiān)測的目的、內(nèi)容及注意事項，給出了礦壓監(jiān)測方案并進行了礦壓數(shù)據(jù)收集和分析。通過監(jiān)測和分析,可采取有效的處理措施來保證安全開采，同時礦壓監(jiān)測分析結(jié)果對于了解和掌握同一采區(qū)的其他工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、合理選擇和改進支架有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：礦壓監(jiān)測； 測點布置； 數(shù)據(jù)分析

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20151231.1600.018.html

Mine pressure monitoring and data analysis of Shanjiaoshu Coal Mine

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

0引言

貴州盤江精煤股份有限公司山腳樹礦采一區(qū)18號煤層埋深在800 m左右，為深井開采。在221811運輸巷掘進期間，距離風(fēng)門50 m左右的巷道頂板下沉和片幫現(xiàn)象嚴重。在掘進到498 m時，由于巷道底鼓和瓦斯壓力大且鉆孔無法抽出瓦斯而不得不停止掘進。18號煤層為近距離煤層群開采首采層，因此，上覆巖層的壓力比較大，導(dǎo)致回采期間巷道維護困難，瓦斯壓力與瓦斯含量增大。同時，正在回采的21125工作面的回風(fēng)巷頂板下沉量超過500 mm，工人無法站立行走。該礦巷修隊采取了很多加強支護的措施，但都無法緩解這一狀況。山腳樹礦之前因為缺乏相關(guān)的技術(shù)人員與設(shè)備，沒有進行礦壓監(jiān)測研究。為了確保即將回采的221811工作面的安全高效開采，該礦確定對221811工作面進行礦壓監(jiān)測。本文就該礦的礦壓監(jiān)測布置進行了簡要介紹，并在分析監(jiān)測數(shù)據(jù)后對出現(xiàn)的問題提出合理的解決方案。

1工作面概況

1.1地質(zhì)條件

山腳樹礦采一區(qū)二水平221811工作面為同區(qū)段首采工作面，煤層開采層序為上行開采。該工作面地面標高+1 982～+2 062 m，井下標高+1 242～+1 206 m，距地表垂深776～820 m。井下位置及四鄰采掘情況：該工作面北部為225運輸石門、224回風(fēng)下山、1200運輸石門及22軌道下山延伸段車場，南部為F108斷層，西部為22189采空區(qū)及22157工作面，東部為221811瓦斯治理巷，頂部為15號和12號煤層承壓區(qū)。工作面走向長度為781～826 m，平均長度為754 m，傾斜長度為166 m，面積為125 164 m2。掘進的18號煤層以碎塊狀為主，含夾矸1～2層，本區(qū)域內(nèi)夾矸0.03～0.08 m，半暗型，煤層平均厚度為3.3 m。煤層傾角為4～11°，平均傾角為8°。工作面直接頂為較硬的細砂巖，厚3 m；基本頂為粉砂巖和菱鐵質(zhì)粉砂巖，厚3～8 m；直接底為泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，厚0.3～0.5 m；基本底為泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，厚0.3～1.6 m。該區(qū)域內(nèi)有F2，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)108等7條斷層，落差分別為15～17，4～5.5，6，3，10，5～10 m。

1.2工作面施工支護設(shè)計

221811回風(fēng)巷全長834 m，運輸巷全長875 m，兩巷道設(shè)計凈寬為5 m，凈高為3 m，巷道斷面為半梯形，斷面積為14.7 m2。巷道支護方式為M20-2500全螺紋鋼等強錨桿+金屬網(wǎng)+U型鋼，雙排錨索梁加固。錨桿間排距為700 mm×700 mm，錨索規(guī)格為φ17.8 mm，6 m長的鋼絞線，間排距為2 100 mm×700 mm。網(wǎng)格：70 mm×70 mm;金屬網(wǎng)：1 000 mm×2 000 mm。

221811切眼全長166 m，兩巷道設(shè)計凈寬為5.5 m，凈高為3 m，巷道斷面為矩形，斷面積為16.2 m2。支護方式為綜采液壓支架，支架型號為ZY3800-15/33，支架臺數(shù)為110。

2礦壓監(jiān)測準備工作

2.1人員及儀器的配備

首先熟悉和了解工作面地質(zhì)資料和生產(chǎn)技術(shù)情況，提前預(yù)計監(jiān)測工作中將會遇到的問題，制定具體的監(jiān)測計劃，確定礦壓監(jiān)測領(lǐng)導(dǎo)小組人選，做好監(jiān)測儀表的使用安裝與記錄的準備工作，主要包括監(jiān)測目的、內(nèi)容和方法、監(jiān)測要求、測區(qū)布置、工具和操作、人員配備和組織領(lǐng)導(dǎo)等[3]。

由于山腳樹礦沒有進行過礦壓監(jiān)測工作，所以必須對相關(guān)技術(shù)人員和負責(zé)安裝的工作人員進行培訓(xùn)。監(jiān)測小組由1名技術(shù)區(qū)長負責(zé)領(lǐng)導(dǎo)組織工作，1～2名采煤技術(shù)人員負責(zé)現(xiàn)場礦壓監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和整理，在技術(shù)區(qū)長的指導(dǎo)下，由3～5名工人負責(zé)監(jiān)測設(shè)備的安裝。

礦壓監(jiān)測儀器及數(shù)量見表1。

表1　礦壓監(jiān)測儀器及數(shù)量

2.2礦壓監(jiān)測目的、內(nèi)容及注意事項

現(xiàn)場礦壓監(jiān)測目的：掌握采煤工作面上覆巖層運動規(guī)律及圍巖與支架的相互作用關(guān)系，并進行工作面來壓的預(yù)測預(yù)報；對采煤工作面直接頂進行分類，對基本頂進行分級，為工作面架型選擇和合理支護參數(shù)的確定提供可靠依據(jù)；對采煤工作面所使用的支護設(shè)備及采煤機械的可靠性和適應(yīng)性進行評定；確定采動影響范圍及支撐壓力分布變化規(guī)律[4]。

現(xiàn)場礦壓監(jiān)測內(nèi)容：工作面礦壓顯現(xiàn)參數(shù)；巷道超前支承壓力；巷道頂板離層監(jiān)測；巷道兩幫變形量與頂?shù)装逡平俊?/p>

礦壓監(jiān)測期間應(yīng)注意的事項：監(jiān)測技術(shù)人員應(yīng)能夠熟練操作礦壓監(jiān)測儀器[5]。在監(jiān)測期間，監(jiān)測技術(shù)人員必須工整、清晰、真實地填寫各測點牌板內(nèi)容。監(jiān)測領(lǐng)導(dǎo)小組負責(zé)人要嚴格監(jiān)督各測點的設(shè)備按照規(guī)定正確安裝，安裝完成的測點由安裝人員、質(zhì)量驗收員、跟班技術(shù)員三方簽字并記錄好初始數(shù)據(jù)，然后送主管技術(shù)區(qū)長審核，通過后方可繼續(xù)下一步的監(jiān)測工作。監(jiān)測期間要定期檢查儀器是否損壞，并合理地對儀器進行保養(yǎng)。遇到地質(zhì)條件發(fā)生變化的情況，可適當縮短監(jiān)測距離，并增加監(jiān)測頻率。

3礦壓監(jiān)測方案

3.1工作面測區(qū)布置

根據(jù)現(xiàn)場情況，對工作面和上下巷進行了測區(qū)布置，如圖1所示。

在工作面共布置了5個測區(qū)，每個測區(qū)20臺支架安裝1臺YHY-601型礦用數(shù)字壓力計，可對支架工作阻力和移架后支架的初撐力進行連續(xù)監(jiān)測。同時5個測區(qū)均安裝頂板動態(tài)壓力測量儀，安裝步驟：在支架縫隙間靠煤壁處選定基點，用鉆在頂?shù)装宕?00～300 mm深的孔，基點的連線必須與頂?shù)装宕怪?。把孔用長150～200 mm的木樁楔入，在木樁外露端釘入釘子，釘子即為所測基點。安裝完成后，在每個測點安裝記錄牌，每班技術(shù)員需對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

圖1　綜采工作面礦壓監(jiān)測布置

3.2巷道表面變形測點布置

為了更好地分析221811工作面礦壓顯現(xiàn)，在軌道巷距工作面切眼煤壁前方50，90，120 m處布置巷道變形量監(jiān)測斷面，共布置3個監(jiān)測斷面，監(jiān)測范圍為120 m左右。布置步驟：按十字布點法在每個測點頂?shù)装搴蛢蓭瓦x擇4個點，選好點后，打眼楔入木塞并釘入測釘，且掛牌管理?；c布置如圖2所示。

圖2　巷道變形監(jiān)測基點布置

運輸巷內(nèi)自工作面切眼煤壁前方30 m起，按20 m間隔布置4個測點，監(jiān)測距離為90 m。在每個測孔中放置2個測點，1個深度為7 m的深基點，1個深度為3 m的淺基點，如圖3所示。分別量測錨索錨固范圍內(nèi)和錨桿錨固范圍內(nèi)的頂板離層量隨時間和位置的變化情況。開始回采期間1天監(jiān)測1次數(shù)據(jù)，待頂板穩(wěn)定后1個星期監(jiān)測1次。

4礦壓數(shù)據(jù)收集分析

4.1工作面來壓分析

圖3　頂板離層儀基點布置

根據(jù)山腳樹礦221811工作面監(jiān)測的液壓支架載荷與工作面推進距離的變化關(guān)系可知，工作面推進到18 m時，直接頂開始垮落，來壓平均支架載荷為30.1 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數(shù)為1.16；當工作面推進到30 m時，工作面初次來壓，來壓平均支架載荷為31 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數(shù)為1.19。周期來壓平均步距為19.5 m，周期來壓期間最大載荷平均為32.5 MPa，平時平均支架載荷為26 MPa，動載系數(shù)為1.25。從整體來看，支架基本處于正常工作狀態(tài)，因此,應(yīng)在斷層等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)加強支架初撐力。

4.2工作面頂?shù)装逡平?/p>

工作面頂?shù)装逑鄬σ平吭诨卷攣韷呵耙堰_到最大值，機尾移近速度最大，達 13.13 mm/d，中部次之，機頭最??；初次來壓期間頂?shù)装逡平俣瘸霈F(xiàn)2次明顯變大情況，原因是工作面中部的頂?shù)装逡平俣仍趤韷呵斑_到一個峰值，隨著工作面的推進， 斷裂裂縫向煤壁移近，當煤壁推過斷裂裂縫時工作面頂?shù)装逡平俣扔诌_到另一個峰值，移近速度達到 8.83 mm/d。因此，應(yīng)加強端頭支護，增加支架工作阻力。

4.3巷道礦壓顯現(xiàn)

對工作面運輸巷進行了表面位移監(jiān)測，巷道總體變形量大，頂?shù)装遄冃瘟看笥趦蓭妥冃瘟浚幌锏涝?0 m處已經(jīng)受到采動影響，但在20 m以外采動影響的程度很小，顯著影響范圍在10 m左右，巷道壓力峰值在4 m處，因此，工作面超前40 m就要加強支護。工作面回風(fēng)巷頂板離層監(jiān)測顯示，初次來壓期間巷道頂板總離層量最高達到185 mm，周期來壓期間達到了60 mm，說明頂板錨桿有效控制了頂板離層，應(yīng)在來壓期間加強支護。

5結(jié)語

對山腳樹礦礦壓監(jiān)測布置進行了簡要介紹，并在分析監(jiān)測數(shù)據(jù)后對出現(xiàn)的問題提出合理的解決方案，對確定初次來壓和周期來壓步距、在來壓期間及時調(diào)整支架工況、及時移架、控制端面距、降低事故率等都有重要的意義，同時也對同一采區(qū)其他工作面的礦壓顯現(xiàn)分析和支架選型以及日后的安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。由于以往山腳樹礦沒有進行過礦壓監(jiān)測，所以缺少相鄰煤層的數(shù)據(jù)作為參考，同時由于設(shè)備的限制，監(jiān)測點偏少，所以在以后的生產(chǎn)中還要視生產(chǎn)情況適當增加監(jiān)測范圍和監(jiān)測點，對監(jiān)測方法和監(jiān)測內(nèi)容進行適當調(diào)整。

參考文獻：

[1]錢鳴高,石平五,許家林.礦山壓力與巖層控制[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2010.

[2]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

[3]湯建泉,粟才全,李英德. 現(xiàn)場礦壓觀測方案設(shè)計[J]. 煤礦開采,2008,13(1):71-74.

[4]郝志強.礦壓觀測對于錨桿支護的重要性[J].采礦技術(shù),2003,3(3):40-41.

[5]蔣坤,許家林,金洪偉,等. 采煤工作面礦壓觀測及觀測軟件[J].能源技術(shù)與管理,2006(2):6-8.

張藥秋，吳桂義，祖自銀.山腳樹礦礦壓監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析[J].工礦自動化，2016,42(1)：60-63.

作者簡介：張藥秋(1990-)男，貴州盤縣人，碩士研究生，主要從事礦山壓力與巖層控制方面的研究工作，E-mail：185056725@qq.com。通信作者：吳桂義(1973—)，男，貴州鎮(zhèn)寧人,副教授,碩士研究生導(dǎo)師,主要從事礦山壓力及其控制方面的研究工作,E-mail:495881085@qq.com。 羅書克(1976-)，男，河南禹州人,講師,主要從事電力電子與電力傳動方面的教學(xué)研究工作，E-mail：xclsk01@163.com。

基金項目：貴州省科技廳攻關(guān)項目(黔科合SY字[2010]3036號)。 河南省科技廳科技攻關(guān)項目(122102210418)；河南省教育廳高等學(xué)校重點科研項目(15A470004)。

收稿日期：2015-10-09；修回日期：2015-11-16；責(zé)任編輯：胡嫻。 2015-09-29；修回日期：2015-11-23；責(zé)任編輯：胡嫻。

中圖分類號：TD326

文獻標志碼：B網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-12-31 16:00

文章編號：1671-251X(2016)01-0060-04DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.01.018