综放工作面的矿压监测与控制
田双奇
（陇东学院能源工程学院，甘肃庆阳745000）
摘要:综采放顶煤工艺在我国广泛被应用，这一工艺在一定程度上利用了矿山压力的显现。因此，如何更加合理地利用矿山压力显现，更加安全、有效的生产就成为我们要研究的问题。我们不光要对煤层的赋存与地质构造有足够的了解，还要应用顶板灾害监测系统对顶板实时监测与预警，及时采取加快工作面推进速度，提高支架初撑力措施，有效保障了工作面顶板的安全。
关键词:放顶煤；顶板灾害;致灾因素;顶板控制;监测预警
引言
放顶煤采煤法是目前我国厚煤层开采常用的采煤方法，在提高回采工效，降低开采成本方面具有明显的优势。矿山压力显现对采场高产高效!安全生产有重大影响，通过矿山压力监测系统对采场进行实时观测，得到工作面矿压显现规律!超前应力作用下巷道变形规律，为工作面安全高效生产创造了条件。
1矿山压力的监测
矿山压力的监测包括设备选择、安装、数据收集与处理、得出结论。
1.1监测设备
随着我国煤炭行业的不断发展，为了有力地确保安全、高效生产的原则，对于矿井灾害的防治技术也在不断发展，在矿压监测方面，研发了各种监测方法，其中KGJ)B型高产高效工作面综合监测系统主要由:KGJ)100型井下中心站,KGT)101型井下分站,KGJ)201型压力传感变速器,KF1016型矿用直流多路不间断电源、电话线、地面测控及数据处理计算机以及输出打印机等组成。在我国应用广泛[2]. KJ21 顶板与冲击地压综合监测系统专门针对采掘工作面顶板致灾因素进行监测和预警，该系统在工作面采用压力传感器监测液压支架工作阻力变
化，分析支架状态，预测顶板来压，避免工作面发生压架切顶事故;系统在巷道采用压力传感器监测煤岩体应力,锚杆锚索载荷变化，采用位移传感器监测顶板下沉量!离层量及巷道两帮位移变化。系统以智能化采集模式及矿压数据智能分析模型为基础，将矿压理论与实践研究成果与信息技术相结合，提出顶板灾害监测预警指标!预警阀值及预警准则，实现了顶板灾害的智能化监测和预警。
1.2工作面监测系统布置方法
在工作面运输平巷、轨道平巷内，每隔10m布置一个监测站.该工作面两巷超前30m支护，故每个平巷内布置3个测站，每个测站内均布置帮部围岩变形观测点，每个测站内均布置顶板离层监测点和帮部围岩变形观测点.
2工作面顶板来压规律
2.1直接顶初次垮
工作面初采期间，推进速度相对较慢，且顶板较为完整，直接顶初次垮落前后支架支护阻力较小，工作面推进6m后，顶煤开始垮落.工作面上下两端头的液压支架承载情况依然处于初撑阶段，工作面端部支架内加权阻力曲线值为20MPa左右,工作面中部的液压支架明显有增阻变化，平均工作阻力为25MPa 左右,工作面推进14m时，顶煤全部垮落，推进至16~25m时，端头直接顶开始垮落，顶板伴有明显的破断声和垮落声,工作面推过25m后，采空区直接顶全部垮落。
2.2老顶初次来压
直接顶初次垮落后支架工作阻力变化不十分明显，工作面推进40后，老顶岩层逐渐离层，采空区与工作面煤墙间的梁式支撑结构距离拉长，老顶断裂，即显示老顶初次来压。老顶初次来压期间液压支架工作阻力变化可知，老顶初次来压时各分站液压支架工作阻力较直接顶初次垮落时均有所增大。液压支架前后柱内平均阻力大于后柱工作阻力，分站处于端尾位置不放顶煤各支架后柱工作阻力明显高于前柱工作阻力。
2.3老顶周期来压
现场监测老顶周期来压步距为6.7~10m，平均8m。老顶来压时顶煤破碎状况较普遍，如不及时移架，易出现架前顶煤漏空，支架接顶不良现象，老顶周期来压期间片帮现象比平时明显严重，随老顶来压工作面煤墙片帮面积和深度逐渐增大。支架、支柱工作阻力峰值达40MPa 后液压支架支护阻力呈急增阻状态，出现支架活柱下缩量大,煤壁片帮严重等现象，这预示老顶再次来压,分站工作阻力数据显示，老顶来压持续时间一般在5~8h，来压步距8m，来压强度较强，顶煤中裂隙发育，顶煤垮落充分。
3工作面顶板灾害
3.1工作面煤壁处冒顶。
煤壁松软或割煤高度大，顶板来压致煤壁片帮，支架空顶距大，无支护区域发生冒顶;煤层顶板松软，支架支护不及时。
3.2工作面出口处的冒顶。
工作面出口处设备多，控顶面积大，应力集中程度高;巷道顶板在超前支承压力作用下已产生破坏，端头支护不合适。
3.3地质构造区的局部冒顶。
地质构造区煤岩体通常较破碎，当工作面过构造区时，破碎煤岩在构造应力与采动应力作用下容易发生冒顶。
3.4复合顶板下的推垮型冒顶。
复合顶板由不同岩性岩层组成，岩层与岩层之间有弱面，夹有煤线或有薄煤层软弱岩层，易产生离层下沉，当下沉量达到一定程度后易断裂!冒落$当煤层倾角较大时，局部冒顶可诱发大面积漏顶，漏顶区域支架支护失效，在重力作用下向冒顶区倾倒，随冒顶区域不断向上发展，引起支架大面积倾倒，诱发推垮型冒顶。
3.5压垮型冒顶
在工作面推进方向上存在与工作面平行的构造，或工作面埋深浅!基岩薄，当工作面支护强度不足时，直接顶出现台阶下沉，如果支架不能控制顶板进一步下沉，将发生压垮型冒顶，支架压死。
3.6 大面积冒顶
工作面顶板为厚且坚硬的岩层，顶板来压步距达50m 以上，当顶板的自身强度不能承受上覆岩层和自身的质量时，出现突然的大面积断裂垮落，将采空区中的空气或瓦斯瞬间压出，造成冲击伤害，有时诱发瓦斯灾害事故。另外在中等稳定以上的顶板条件下，工作面回采过程中遇到断层或裂隙时，也可能发生大面积冒顶。
4煤矿顶板灾害防治主要途径
根据煤矿顶板灾害事故原因统计分析及顶板控制经验，顶板灾害防治的总体思路可概括为:了解对象、优化设计、监测预警、及时治理。
4.1 了解顶板控制对象，评价顶板危险性
开采之前须了解采掘工作面煤层地质条件，对采掘工作面进行顶板安全性评价，确定危险区域、了解开采条件，如煤岩厚度、强度、倾角、水文情况，进行煤岩体物理力学性质参数测试，地应力测量及煤岩冲击倾向性鉴定;在地面三维地震探测的基础上，进行井下精细地质探，即采掘工作面构造异常超前探测，了解采掘区域构造分布情况。有条件的矿井还可采用地震方法探测应力异常区域采用数值模拟或理论分析的方法预测矿压显现强度，结合构造应力异常区分布评价顶板灾害发生危险性，即采掘过程中发生片帮、冒顶、切顶、压架、冲击地压等灾害划出危险区域，优化设计，防范顶板灾害煤矿顶板灾害的发生主要受煤层赋存条件变化、隐伏构造及支护技术影响，发生灾害区域通常与地质条件的突然变化!支护失效有关。因此在了解采掘工作面开采条件及顶板安全性评价结果的基础上，优化设计，消除顶板灾害的发生条件。如优化采区布置与采掘接替，避免应力集中与动压叠加，确定合理支护方式及支护强度，并在设计阶段针对危险区域制定顶板灾害监测方案和防治预案。
4.2顶板灾害危险区域实时监测与预警
针对巷道顶板灾害危险区域，可通过设立测站监测该区域围岩变形!顶板离层及支护体受力情况，根据位移!应力及两者增速情况，当达到预警阈值，及时报警。主要通过监测支架工作阻力，分析初撑力循环末阻力和来压步距，统计安全阀开启率!支架保压概率!初撑力合格率，及时了解支架工作状态，防止片帮冒顶，压架及大倾角工作面倒架事故的发生。对于巷
道顶板灾害的预警，主要通过监测锚杆锚索受力、顶板离层量、两帮位移及钻孔应力等，根据支护体及钻孔应力的增速情况，确定巷道监测区域应力集中情况，同时根据支护体受力!顶板离层及两帮允许变形的极限值确定预警阈值，及时了解巷道围岩及支护体状态，及时对可能发生的顶板事故进行预警。
4.3及时对顶板灾害危险区进行解危
根据危险区域顶板灾害监测与预警结果，及时采取应对措施。如由于支架初撑力低诱发的片帮冒顶，关键是提高支架初撑力;对于因支架支撑力不足诱发的压架冒顶事故，重点检修支架液压系统，杜绝管路与阀门滴漏;对于长期安全阀开启，则需提高支架支护强度，加强推进速度$对于坚硬顶板，需进行顶板弱化处理，减小来压步距。对于破碎顶板!构造区，需提前对顶板进行加固。对于冲击地压巷道，不仅要对危险区域进行卸压，还要加强支护，做好个体防护。对于大倾角急倾斜工作面需挂网或设挡矸板防止飞石伤人。
5工作面顶板管理
5.1、强化支架检修力度,提高支护状态,是顶板安全管理的根本。
如果综放工作面,所使用的液压支架未经大修直接投入新综放工作面。液压支架可能出现部分液压元件腐蚀,老化,漏液现象较多支护状态急剧下降,出现移架速度慢,初撑力不足,工作阻力降低等问题。以上问题的出现,直接导致支架高度降低,顶板下沉不稳定。端面掉顶事故时常发生。
针对这一实际情况首先我们从增加检修人员着手。并要求生产班两名支架工每到头班,在检修时间内参与检修工作,做到人员既有明确的分工,又有统一的合作,同时依据矿压观测数据和支架的实际情况来平衡工资收入,避免了工作上推托扯皮现象的发生,支架检修工的积极性大幅提高,检修质量随之提高,其次加大配件投入,及时更换腐蚀磨损严重的液压元件及配件,人员的增加,配件的投入,到位的检修质量,有效地保证了支架的支护状态,满足了支架支护顶板所需的初撑力和工作阻力,从根本上保证了顶板安全。
5.2根据周期来压规律和工作面的地质条件等实际情况,确定放煤量是保证顶板安全的重要途径。
通过合理的推进速度,掌握周期来压规律,基本上确定工作面的周期来压步距为15m左右,根据周期来压步距确定放煤量。在小的周期来压时正常放顶煤,在大的周期来压时,减小放煤量。另外我们还采取及时移支架,超前移支架,控制顶板。超前移架时不放顶煤,待采煤机通过后再放顶煤,周期来压期间加快推进速度,尽快使切顶线进去煤层上方,以便支架及时支护顶板。5.3合理的层位是顶板安全管理的重要措施。
5.4提高职工顶板管理意识。强化放煤的均匀性,是保证顶板安全的重要手段。
参考文献
[1]贾永杰综放回采工作面矿压显现规律研究[A] 2016.
[2]李永雷，张占涛综放工作面矿压规律实测研究[A]2014.
[3]高继龙，杨明福，赵立新，胡成林综放采场矿压显现规律实测与分析[A]2012.
[4] 毛德兵，尹希文，张会军我国煤矿顶板灾害防治与监测监控技术[A]2013.
[5]杨卓然，左宇军，陈钊，蓝雨，陈洲某煤矿综放工作面矿压显现防治技术研究[J] 2015.
[6]刘培红,王刚,程志红,刘治青矿压监测系统在综放工作面的应用[B] 2002.
[7]王宝玉综放工作面顶板安全管理的有效途径[C] 2007.