矿压观测技术在XX煤矿使用效果分析.docx
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矿压观测技术在XX煤矿使用效果分析
矿山压力观测技术在XX煤矿
使用效果分析
关键词：
观测系统矿山压力
摘要：
针对XX煤矿6#煤层综放工作面及巷道矿压显现强烈，对其矿压显现进行了在线实时监测和分析。
实际生产得知：
通过矿压观测系统能有效的显示工作面及巷道压力的实时情况，根据数据分析周期来压、初撑力、工作阻力等，及时采取安全技术措施，使煤矿生产快速、有序的进行。
1、围岩压力观测的意义
XX煤矿井田位于XX煤田的边缘，从建井及巷道开拓揭露的情况来看，地质构造相对复杂，存在一些断裂构造、褶曲、煤层风氧化区。
首采面位于太原组上部的6#煤层，煤层赋存标高930.10～1009.09m，夹矸最多达20层以上，平均夹矸层数11层，夹矸主要为粘土岩、砂质粘土岩，泥岩及炭泥岩，煤层结构尤以顶部最为复杂，顶板岩性以泥岩、粘土岩为主，少量砂岩，给巷道掘进及煤层开采带来较大的困难。
为掌握巷道围岩变形和应力变化规律，评价巷道支护效果，预测、预报巷道顶板事故；采煤工作面顶板来压步距、来压强度及动载系数，总结矿压显现规律，预防、预测工作面顶板事故；优化工作面及巷道支护参数提供依据；掌握XX煤矿复杂的地质构造对围岩的影响，采取601、602工作面开展在线及机械式矿压设备相结合进行观测，能够第一时间掌握井下采动压力显现规律，为指导生产、保证安全提供可靠的依据。
2、围岩观测的技术简介
2.1厂家及设备
采用北京天地科技股份有限公司自主研发的的KJ21矿山压力系统，设备包含锚杆应力计、锚索应力计、围岩移动传感器、钻孔应力计、液压支架记录仪，主要用于实时、在线监测锚杆（索）载荷、巷道变形量、煤柱应力、液压支架工作阻力。
2.2系统综合技术参数
（1）环境条件：
a．环境温度：
0～+40℃；
b．平均相对湿度：
不大于98%（25℃）；
c．大气压力：
80～110KPa；
d．场所：
有甲烷、煤气等爆炸性混合物，但无破坏绝缘的腐蚀性气体及能防污水及其它液体浸入的场合；
（2）系统分站容量：
1~128；
（3）系统通讯距离：
小于30km
（4）传输方式：
主从、异步、半双工、uCAN；
（5）系统巡检周期：
≤30s
（6）系统通讯速率：
1200～9600bit/s
（7）量程：
支架压力记录仪：
0~60MPa；
钻孔应力计：
0~30MPa；
锚杆（索）载荷测力计：
0~280kN；
围岩移动传感器：
0~300mm；
（8）仪器分辨率：
支架压力记录仪：
0.01MPa；
钻孔应力计：
0.1MPa；
锚杆（索）载荷测力计：
100kN；
围岩移动传感器：
1mm；
（9）传输介质：
电话线、电缆或光缆；
（10）软件平台：
Windows2000/XP/Vista。
（11）数据库平台：
Access、SQLserver
3、现场运用的实际情况
3.1测点布置
XX矿601首采工作面倾向长度160米，安置液压支架共计94架，设置20个支架工作阻力测点，测点位置位于：
5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、69、73、77、80、84、87、91号支架。
在XX矿601、602工作面两条辅运顺槽，开展围岩移动量、超前支承压力、锚杆及锚索工作阻力的实时监测工作，工作面回采走向长度960米，在煤巷范围内每隔80米布置一个围岩移动测点，共需要16台围岩移动传感器；在两顺槽共选择16个巷道断面点，作为锚杆受力监测站，每个测站布置4台锚杆及锚索测力计，共安装64台锚杆及锚索测力计；工作面前方布置3个超前支承压力测站，共安装24台钻孔应力计。
XX矿围岩移动和锚杆（索）测点布置示意图如图3.1.1-3.1.2所示。
图3.1.1巷道测站布置剖面图
图3.1.2巷道测站布置图
3.2使用方法
矿压监测KJ21系统的井下各传感器与分站连接，通过环网上传至中控室计算机，矿压数据分析软件根据数据库显示数据曲线、报警等功能，如图3.2.1所示。
图3.2.1系统结构
4、矿压监测系统结果统计评价
4.1601工作面的情况
（1）601工作面周期来压步距最大值为21.4m，最小值为9.8m，平均值为15.0m。
顶板来压时，支架工作阻力普遍增大，来压较明显。
表4.1.1支架周期来压步距单位：
m
支架号
来压编号
20
55
60
77
84
平均
1
16.2
17.8
11.4
9.8
16.2
14.3
2
16.2
13.0
21.4
12
16.2
15.8
平均
16.2
15.4
16.4
10.9
16.2
15.0
（2）支架在正常阻力区间所占的比例占45.88%，低阻力区和高阻力区的比例分别为45.15%和4.98%。
支架工作阻力处于低压区的范围较大，说明支架在大部分情况下受力较低。
表4.1.2各支架工作阻力频率分布表
工作区
低阻力区
正常阻力区
高阻力区
区间
架号
0～20%
20%～40%
40%～60%
60%～80%
>80%
×12000kN
10#
20.66
36.48
19.51
11.23
12.12
20#
20.47
14.19
21.54
22.22
21.58
55#
10.77
49.96
21.89
13.76
3.62
60#
19.69
29.14
32.26
13.99
4.92
77#
16.44
25.89
28
20.27
9.4
84#
5.24
21.95
30.09
40.49
2.23
平均百分比
15.55
29.60
25.55
20.33
8.98
45.15
45.88
4.98
（3）601工作面的平均初撑力为4183.06kN，占支架设计初撑力（10128kN）的41.30%。
支架初撑力超过8102KN（设计初撑力的80%）的比例为2.51%，整个工作面支架的初撑力水平较低。
初撑力不足不利于控制顶板下沉量，易导致顶板离层。
表4.1.3支架初撑力频率分布统计表（单位：
%）
区间
架号
0～20%
20%～40%
40%～60%
60%～80%
>80%
×10128kN
10#
6.25
52.08
22.92
18.75
0
20#
20.41
24.49
30.61
14.29
10.20
55#
10.94
39.06
28.13
18.75
3.13
60#
20.90
47.76
20.90
10.45
0
77#
15.52
36.21
34.48
13.79
0
84#
5.17
36.21
25.86
31.03
1.72
平均百分比
13.20
39.30
27.15
17.84
2.51
表4.1.4支架初撑力统计
支架号
10#
20#
55#
60#
77#
84#
平均初撑力/kN
3984.1
4377.16
4243.15
3617.86
4075.53
4800.56
平均/kN
4183.06
（4）综放工作面支架前后立柱受力不够均匀，前立柱工作阻力普遍高于后立柱工作阻力，其前立柱工作阻力与后立柱工作阻力比值的平均值为127.53%，其中比值的最小为102.65%，比值的最大值为139.31%。
表4.1.5支架前后柱平均工作阻力统计表
支架
阻力/kN
阻力/额定阻力（%）
前柱/后柱（%）
20#
前柱
1866.42
62.21
102.65
后柱
1818.22
60.61
55#
前柱
1545.64
51.52
124.10
后柱
1245.5
41.52
60#
前柱
1659.79
55.33
135.10
后柱
1228.58
40.95
77#
前柱
1802.71
60.09
136.49
后柱
1320.81
44.03
84#
前柱
1765.28
58.84
139.31
后柱
1267.13
42.24
平均
前柱
1692.97
56.43
127.53
后柱
1244.95
41.50
4.2巷道变形情况
（1）在601工作面辅运顺槽中安设8个顶板位移测站，实时监测围岩顶板下沉量及离层量。
观测结果表明，巷道顶板下沉量较小，仅2号测站位移变化较大，顶板下沉量为深层位移14mm，浅层位移13mm。
观测结果见表4.2.1。
表4.2.1601辅运巷道顶板下沉量观测表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
测站距停采线距离/m
560
480
400
320
240
160
80
0
顶板位移mm
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
0
0
14
13
5
3
2
0
0
0
0
0
0
0
1
1
（2）在602工作面辅运顺槽中安设8个顶板位移测站对巷道围岩的顶板下沉及离层进行观测。
观测结果表明，巷道顶板下沉量很小，仅5号测站位移变化较大，顶板下沉量为深层位移21mm，浅层位移10mm。
观测结果见表4.2.2。
表4.2.2602辅运巷道顶板下沉量观测表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
测站位置m
80
160
240
320
700
850
950
1050
顶板位移mm
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
深层
浅层
7
9
0
0
9
5
0
0
21
10
2
0
2
2
3
1
4.3锚杆及锚索受力情况
观测数据见下列各表所示：
表4.3.1左帮锚杆受力观测统计表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平均值
预紧力/kN
15.23
12.5
2.74
36.69
3.32
13.29
4.16
4.98
11.61
最大受力/kN
19.77
31.33
17.03
45.35
16.52
29.54
16.57
12.07
23.52
受力增加值/kN
4.54
18.83
14.29
8.66
13.2
16.25
12.41
7.09
11.91
‘
表4.3.2右帮锚杆受力观测统计表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平均值
预紧力/kN
22.42
24.87
2.66
2.24
6.82
2.56
1.27
1.62
8.06
最大受力/kN
33.56
39.68
19.64
27.39
19.0
6.09
12.62
13.71
21.46
受力增加值/kN
11.14
14.81
16.98
25.15
12.18
3.53
11.35
12.09
13.4
表4.3.3顶部锚杆受力观测统计表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平均值
预紧力/kN
21.86
3.58
1.57
3.15
2.03
3.18
3.85
26.73
8.24
最大受力/kN
22.56
10.47
10.20
5.51
6.08
5.72
4.49
26.73
11.47
受力增加值/kN
0.7
6.89
8.63
2.36
4.05
2.54
0.64
0
3.23
表4.3.4顶部锚索受力观测统计表
测站编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平均值
预紧力/kN
1.52
48.42
19.84
15.16
47.79
77.93
68.51
69.07
43.53
最大受力/kN
4.55
57.01
15.60
17.68
52.77
82.87
71.82
72.64
46.86
受力增加值/kN
3.03
8.59
-4.24
2.52
4.98
4.94
3.31
3.57
3.34
观测结果表明，左帮锚杆平均预紧力为11.61kN，最大受力平均为23.52kN，受力增加值平均为11.91kN;右帮锚杆平均预紧力为8.06kN，最大受力平均为21.46kN，受力增加值平均为13.4kN;顶部锚杆平均预紧力为8.24kN，最大受力平均为11.47kN，受力增加值平均为3.23kN;顶部锚索平均预紧力为43.53kN，最大受力平均为46.86kN，受力增加值平均为3.34kN;
4.4结论及建议
（1）601工作面周期来压步距最大值为21.4m，最小值为9.8m，平均值为15.0m，顶板来压时，支架工作阻力普遍增大，来压较明显；
（2）支架在正常阻力区间所占的比例占45.88%，低阻力区和高阻力区的比例分别为45.15%和4.98%，支架工作阻力处于低压区的范围较大，说明支架在大部分情况下受力较低；
（3）601工作面的平均初撑力为4183.06kN，占支架额定初撑力10128kN的41.30%，支架初撑力超过80%额定初撑力的平均比例占有2.51%，整个工作面支架的初撑力绝大部分没有达到额定初撑力的要求；
初撑力偏低的原因有泵站压力、管路损失、人工因素、围岩条件等，建议找到工作面初撑力偏低的实际原因，制定有效措施提高初撑力。
（4）601工作面支架前后立柱受力不够均匀，前立柱工作阻力普遍高于后立柱工作阻力，其前立柱工作阻力与后立柱工作阻力比值的平均值为127.53%，其中比值的最小为102.65%，比值的最大值为139.31%。
前后立柱的受力不均是四柱放顶煤工作面支架工作状态的常见问题之一，其原因复杂，该状态不利于支架整体性能的发挥，易导致零部件损坏，缩短支架寿命。
（5）锚杆锚索受力变化幅度普遍较小，顶板下沉量亦较小，说明顶部锚杆锚索受力较稳定，支护参数选择较为合理。
（6）建议在后期的生产过程中，应当加强矿压监测，及时分析矿压数据，以指导和保证工作面安全高效生产。
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