顶板矿压在线监测系统在煤矿井下的应用

顶板矿压在线监测系统在煤矿井下的应用

李小根

鄂尔多斯市中北煤化工有限公司  内蒙古鄂尔多斯  017000

摘要：煤矿井下地质条件复杂，尤其是顶板结构，不同采区的顶板地质差异很大，需要制定专项顶板管理措施，确保工作面施工人员的生命安全。近些年由于顶板安全事故的案例让我们对于顶板安全管理越发重视，为了彻底解决顶板安全事故，有效做好顶板管理，我们积极引入矿压监测系统。矿压监测是监测预防顶板支护效果和预防岩石离层、冒顶事故发生的重要手段，对于监在线管顶板安全有着十分重要的意义。本文对某矿在顶板矿压在线监测系统的应用情况进行介绍。

关键词：煤矿井下；顶板；矿压在线监测技术

前言

煤矿顶板事故的主要原因是控制不当、液压支架初撑力不足、压力监测不足等，特别是在矿压监测方面，多数矿山顶板安全条件较差，进行有效的矿山压力监测分析不足，认为高强度支护设备可以有效防止顶板事故的发生。矿压在线监测系统是煤矿顶板管理的重要工具之一。它不仅可以监测多子系统，还可以监测矿压参数。此外，在线监测系统还可以跟踪不同地区的矿压监测，以及顶板离层、围岩应力、锚杆支护应力。同时，它在系统数据传输过程中具有良好的监控效果，传输模式的特点多种多样，不仅可以提高传输效率，还可以保证数据传输的完整性

一、顶板矿压在线监测系统的介绍

顶板矿压在线监测系统可分为日常测站和总和测站。日常测站设置及传感器配置标准：每50m设置一个日常测站，监测巷道顶板离层，配置一个围岩移动传感器（2点式）；综合测站设置及传感器配置标准：每个综合监测站均需配置两个围岩移动传感器（2点式），4个锚杆（索）应力传感器（两帮锚杆各1个、顶板锚索1个、顶板锚杆1个）。

二、顶板矿压在线监测系统的功能

（一）回采工作面液压支架初始支护力及工作阻力监测

液压支架的初始支承对拉深面直接顶的稳定性和破坏程度，以及初始压力和周期压力有很大的影响。一旦初始支护长时间低于要求值，容易出现压力或顶板现象，带来安全隐患。液压支架的初始支承力一般要求不小于额定工作阻力的80%。如果初始支承力一般小于目标值，则需要对液压泵站进行大修，增加泵站压力；如果单个支架的初始支护力显著减小，说明存在渗漏或软顶岩层形成的现象，需要加强支护；如果脚手架初期支护突然出现连续不断减少的一般情况，可能会遇到故障，则有必要制定相应的支护措施，以确保安全生产。

（二）巷道相对位移及工作面顶板动态监测

巷道两帮及顶板的变形一般由岩层的运动来判断。采用数字收敛仪或地表位移观测点对两组巷道变形进行监测，采用顶板分离仪对采空期顶板不同基准点岩层位移进行监测。通过监测和分析的两个帮派和顶部，可以确定巷道严重变形区域，掌握顶板运动规律，确定巷道的破坏范围，从而认识到巷道的稳定性，分析巷道的支持的合理性，及时预警和治疗可能的顶板事故。

（三）采空区超前支护压力监测

采用钻孔应力仪，可在距巷道煤壁20m处，沿掘进斜向布置不同深度的不同孔内安装钻孔应力仪，对回采工作面前方支护压力进行监测。同时对单体柱的压力变化进行了监测。通过对两者监测数据的分析，可以确定工作面正支护压力、采掘影响下工作面前方高应力集中区、巷道顶板围岩应力集中系数的影响范围。在此基础上，确定了工作面巷道超前支护距离和支护方式，并对冲击压力和顶板落差范围提前采取相应措施。

三、顶板矿压在线监测系统的应用

煤矿顶板管理在矿压监测过程中的主要任务，收集监测详细数据，为此，在数据分析中，有关分析人员应利用相关软件对数据进行详细分析和处理，及时向有关部门报告结果，为开采奠定可靠的理论基础。同时，还应建立质量保证核对清单，以便更准确地确定工作范围和初始可靠性，更准确地制定指标。如果工作阻力、初撑力不足时，必须进行液压支架（柱）二次注液或重新支设液压支架（柱）来加强支护。通常，可以通过分析基础数据来确定液压支架（柱）的工作状态。数据分析中最重要的元素是选择功能良好的矿压监测工具，这有助于提高分析精度。如果相关设备或仪器损坏或老化，必须及时维修或更换，否则将严重影响数据分析的质量和效率。在运行阶段，负责人不仅要记录检查点的数据，还要认真监测和记录顶板淋水和安全阀的开启速度，以便有效确定启动和循环压力阶段的范围。

下沉程度分析也是数据分析的重要组成部分。在开始分析之前，首先需要定义指标值，然后将下沉量与指标值进行比较。如果指标值小于下沉量，则可以确定顶板压力继续上升，且工作阻力远大于支撑力。为了避免对顶板造成危险，必须采用增加液压支架（柱）、打木垛等方式进一步保护顶板，以免妨碍正常开采。

四、顶板矿压在线监测系统报警预案设定及预警处置

预警信号的级别依据传感器类别和可能造成的危害程度、紧急程度、发展态势进行划分：其中围岩移动（离层）传感器预警为一至三级，锚杆应力传感器预警为一至三级，锚索应力传感器预警为一至三级，并分别设定预警值。

（1）围岩移动（离层）预警值

离层预警值：三级预警值为50mm；二级预警值为120mm；一级预警值为200mm。

（2）围岩移动（离层）预警处置

①二、三级预警

顶板围岩移动（离层）在线监测发生二、三级预警时，我们通过系统软件分析初步判定是否为真实预警，并及时核实现场情况以及测站附近支护状况，经核实现场为真实预警后，应及时汇报相关单位按作业规程规定进行加固。

②一级预警

顶板围岩移动（离层）在线监测发生一级预警时，我们通过系统软件分析初步判定是否为真实预警，基并立即核实现场情况以及测站附近支护状况，经核实现场为真实预警后，组织相关专业技术人员分析实际情况，按现场确定的方案进行加固。

（3）锚杆、锚索应力预警值

锚杆预警值：

MG400锚杆：三级预警值为152kN；二级预警值为160kN；一级预警值为180KN。

锚索预警值：三级预警值为315kN；二级预警值为350kN；一级预警值为380kN。

（4）锚杆（索）应力预警处置

①二、三级预警

锚杆（索）应力传感器发生三、二级预警时，我们通过系统软件分析初步判定是否为真实预警，并及时核实现场情况以及测站附近支护状况，经核实为真实预警，需加强观测，每天不少于1次，连续3天锚杆（索）受力无明显变化的可恢复1周观测1次。

②一级预警

锚杆（索）应力传感器发生一级预警时，我们应通过系统软件分析初步判定是否为真实预警，并安排人员立即查看现场情况，经核实为真实预警后，根据现场情况采取补打锚索、锚索束和挑棚等进行加固。

总结

顶板矿压在线监测系统在煤矿井下工作面顶板的应用，进一步提高了采掘工作面的安全性，保障了入井人员的生命安全，有效的矿压监测分析技术不仅可以完成顶板的动态控制、预压分析和控制，还可以动态控制液压支架的初撑力和工作阻力。我们应严格遵守矿相关管理规定，认真分析顶板矿压在线监测系统显示的数据，当发现围岩或锚杆、锚索达到预警值时，要及时汇报并根据预警办法采区相应措施，确保工作面顶板安全。

参考文献

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