顶板安全管理中矿压监测的应用

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摘要：顶板安全管理是一个需要辩证分析的问题，顶板安全管理措施落实必须要有可靠的监测数据内容并合理分析压力显现规律。下文立足于某工作面生产实际情况，为提高回采上限，避免发生安全事故，保证安全完成回采任务，该工作面根据地质条件建设了完善的监测体系，同时制定了控制采高、采长等管理方案，保证顶板安全管理工作的持续推进，达到了避免垮落等安全问题的目的，下文所述内容，希望能够为相似地质条件煤矿开采工作提供可靠借鉴。

关键词：顶板安全管理；压力监测；煤矿

生产据统计，2018年全国煤矿事故共造成333人死亡，尽管死亡人数逐年减少，但重特大事故发生的频率和死亡人数有所上升，由此可见各矿区需要进一步提高安全管理水准，落实安全管理方针。顶板安全管理对于安全生产的实现有着极其重要的作用，顶板压力、顶板动态同时又和瓦斯突出等事件有一定关系，因此当下需要将矿压监测水准提升作为切入点，有针对性的采取相应顶板安全管理方法。既往经验证明，在普采工作体系中，顶板安全管理是一个难题，多数矿区工作面仍旧采用液压支架和Π型梁组合支护，支护自动化水准低，支架需要人工操作，顶板管理人员想要全方位了解顶板压力动态较为困难，顶板整体下沉的情况时有发生，局部区域甚至出现冒落事故，对于安全生产的实现造成严重影响。在我国煤矿开采难度不断增大的背景下，亟需对矿压监测在顶板安全管理中的应用进行系统梳理，以为顶板安全管理工作提供可靠参考借鉴。

1.矿区地质情况以及工作面基本情况

某矿区煤田2号煤层厚度为2.31m-2.62m，煤层倾角不均匀，为7°-15°，煤层分布简单，仅含有一层夹石，夹层厚度为0.3m-1.8m，矿区煤炭多为“瘦煤”，含硫量在0.74%左右，煤炭成分优良。工作面老顶为典型的砂层顶板，厚度为19-24m，岩性为灰白色，直接顶为典型的页岩结构，厚度为7-9m，呈灰黑色，底板为砂岩，颜色为灰黑色，厚度为2.5-3.1m。工作面的煤层构造相对简单，仅在掘进过程中发现存在少数正断层。工作面走向长度为265m-305m，倾斜长度为165m，巷道为运输巷、轨道巷，并有相应切眼。支护结构为DZ-2.5液压支柱、Π型梁组合支护，支护结构为梁柱交替迈进结构，排距最小为0.6m，柱距最小为0.8m，最大控顶距离为4m，最小控顶距离为3.4m，采高为2.4m。

2.矿压监测体系

监测的目的是直接揭示顶板矿压的情况，为顶板爆破卸压以及生产调整提供可靠参考数据。该工作面为系统、全面揭示工作面顶板压力分布情况以及变化规律，共设计有10条监测线，每一条监测线上布置有4个监测点（具体布置情况可见图1）。

(1)监测方法监测主要采用传感器监测，实现24h不间断测试，传感器在单体支柱上监测压力变化情况，主要涵盖前梁、后梁，同时记录支柱长度，系统自动生成日常监测记录表（可见表1）[1]。监测设备为山东泰安公司出产的“youluoka”数字监测仪，系统构成可见图2。

(2)数据分析根据系统自动生成的“矿压监测记录表”，技术工作人员对“工作阻力、顶沉量、支架初撑力”等进行系统分析，借鉴矿区既往经验，判断工作阻力、顶沉量、支架初撑力是否符合要求。

3.工作面矿压显现规律

(1)初次来压工作面开始回采前期就开始进行监测，5d内回采工作面共推进16m，其中涵盖开切眼7m，直接顶出现冒落情况，而后回采推进至29m，工作面出现大面积的压力显现情况，支架压力大幅度升高，局部巷道墙壁出现严重片帮问题。尤其是工作面中部设置支架，大部分安全阀开启，部分中间支架液压柱余量仅仅被压缩至160mm，经过初步判断，初次压力显现步距约为28m，在来压期间，虽然支架压力大幅度增加，但仍旧在设计额定阻力范围内，达到设计额定工作阻力94%[2]。

(2)周期来压回采工作面推进至42m时，工作面发生第一次周期来压，巷道煤壁出现严重的片帮现象，局部煤巷破碎，并有冒顶现象，支架压力增加值设计额定工作阻力的85%-89%，来压步距为12m。综合判断来压表现，在压力显现的过程中，沿倾向各个部门的压力数值存在一定的差异，表现为中间段压力大、两端压力值小，在来压时，中间段中间支架的安全阀门自动开启，两端支架则有工作阻力富余，压力显现时仅压力实测数值仅为支架工作阻力的55%-67%。压力显现时造成的现象也存在差异，中部反应剧烈，冒顶、片帮等情况较为突出。

4.以监测数据为基础的顶板安全管理

(1)采高调整采高和压力显现有直接关系，若采高过大，必然会提高掉顶事故的发生几率，支架也无法有效的起到支撑作用，若是采高过小，在压力显现是必然会导致压力将支架压死。上述工作面褶皱发育，虽然岩层结果较为简单，但是整体压力却比较大，底板比顶板厚度薄，较为薄弱，压力显现期间，中间架存在钻底等问题。并且，一旦发生冒顶问题，采高若是越大，那么顶板冒落的情况也就越严重，因此采高调整需要根据监测数据进行[3-5]。经过分析35m前的回采推进压力变化，综合判断片帮、顶板冒落情况以及煤层厚度，综合考虑将采高控制在2.4-2.9m左右。

(2)采长控制根据生产区域现有的装备、设备分布以及生产工作人员能力结构，以合理推进生产效率为目的，有效控制工作面采长。在生产的过程中，考虑到工作面循环速度效率若是越高，那么支架的工作时间也就越短，且顶板变形情况也就越容易控制。若采长过长，那么工作面的更新、循环间隔也就越长，中间架会伴随时间的延长，出现钻底或者工作疲劳等一系列问题，进而导致煤壁的受力值增加，产生片帮、破碎等问题，若不及时处理，还会导致顶板断裂、顶板离层，原有承力结构被破坏，支架受力水准因此提升。该工作面顶板管理充分考虑到工作面更新和顶板支撑的相互关系，合理控制采长，缩短采长，提高工作面推进速度，达到减轻支架压力，减小顶板变形量的作用[6-7]。

(3)判断规律来压规律的判断对提前采取顶板管理措施有着直观重要的作用，根据一段时间的矿压变化规律，在来压期间，对矿压的变化情况进行记录。该工作面矿压显现时，支架安全阀开启，支架存在下沉的情况，刮板运输机位置存在一定的鼓起问题，中间段部分冒顶频繁，以致于生产受影响。以5d为单位，测算压力发生规律，在压力显现前，提前对刮板机位置进行控制，对支架初撑力进行控制，并适当扩大采高，调整采长，加快工作面置换效率，严格控制支架移动过程中的方式方法（单体抬架），以避免顶板变形，达到规避来压的目的，确保生产安全。另外，顶板安全管理工作人员定期总结顶板安全问题、来压问题，组织工作面生产人员开展培训，让生产工作人员了解到压力显现时的特征，并了解正确的撤出方法，确保在意外事故发生时工作面人员能够快速做出反应，以尽可能规避意外安全事故。

5.结束语

综上所述，顶板安全管理要监理在完善矿压监测体系基础上，根据监测结果能够准确、科学的分析矿压发展规律以及顶板的变化状态，为顶板安全管理提供可靠的参考依据。针对文章上述工作面顶板压力变化规律，在压力显现前就对压力集中区域的初撑力进行调整，并合理控制采长，提高工作面的循环效率，以快速推进的方法避免顶板对支架构成过大影响。广大从业者对上述内容要有足够认识，深刻了解到顶板安全管理受到多种因素所影响，不仅仅要根据工作面的实际情况进行有效分析，同时也要立足于可靠、完善的监测数据，采取有效的方式方法，提高工作面人员反应能力，才能够规避安全事故，并在一定程度上提高生产效益。

【参考文献】

[1]赵明宇.坚硬石灰岩顶板矿压规律研究及其控制方法[J].当代化工研究,2019(7):130-131.

[2]郭志伟.煤矿顶板管理中矿压监测的作用及应用[J].煤,2018,27(7):45-47.

[3]王帅帅.坚硬石灰岩顶板矿压规律研究及其控制方法[J].煤矿现代化,2019(1):16-18.

[4]李文峰,白慧.博克斯-詹金斯模型在煤矿顶板安全监测中的应用分析[J].电子器件,2019,42(3):802-805.

[5]冯彦军.神东矿区旺采工作面顶板岩层水力压裂控制技术研究[J].煤矿开采,2018,23(4):81-84,80.

[6]张有发.河北省矾山磷矿西区高承压水体下开采技术方案与顶板围岩监测探析[J].价值工程,2018,37(2):140-141.

[7]赵鹏飞,宫平,文秀龙.综采工作面顶板控制与安全管理问题探讨[J].南方农机,2019,50(6):218.

作者：庞亨健 单位：山西汾西宜兴煤业有限责任公司