矿压监测系统在综放工作面的应用

一般情况下,综放工作面生产期间存在较高的风险,生产阶段是重要的管理时期,综放工作面监测工作和新工作面的生产准备以及矿区高效生产的实现有直接关系[1]。既往经验证明,综放工作面生产期间,矿压变化、显现情况相对剧烈,可能会引发意料之外的顶板下沉情况,导致支架被压迫,甚至导致冒顶等危险事故。矿压监测系统在综放工作面有着指导生产、确保安全的重要作用。因此,需要合理、科学的应用矿压监测系统,如此才能够确保对综放工作面生产做出合理指导,以规避安全事故。

1.综放工作面情况

某矿区综放工作面煤层厚度为4.6m-5.6m,煤层厚度相对稳定,无急剧变化区域。煤层外部地质环境为“上古生界二叠系地层”,外部岩层出露在大小盆地的边缘,煤层中含有一定矸,经过勘察、计算,综放工作面煤层平均厚度为5.2m,直接顶为黑色炭质泥岩、风化碎石,其中含有一定量植物化石,部分区域为砂质泥岩、砂质黏土。综放工作面生产方式为典型的“后退式综合机械化采煤模式”,煤层为倾斜长壁,顶板垮落方式为自然垮落,主要用支架为ZF3200-17支架(液压)、ZF3200-28支架(液压),辅助过渡支架为ZG3600-18支架、ZG3600-28支架,工作面共有6个过渡支架,中间支架共有94个。放顶煤的方法为“一刀、一放”,标准放煤步距为0.7m,截深为0.7m,工作面最大控顶距离为4100mm,工作面一般控顶距离为3500mm,在生产过程中,需根据实际情况对生产参数进行调整。

2.监测系统概况

该矿区井下所用监测系统为KJ21型矿山压力监测系统,该系统能够实现在线、实时监测液压支架工作阻力的有效监测,并进一步揭示井下矿压的变化规律,可为顶板事故防范提供决策支撑。系统防爆标志为ExibⅠ,支架压力记录设备记录数值区间为0-60MPa,钻孔应力计记录区间为0-30MPa,锚索载荷测力计记录区间为0-280kN,锚杆载荷测力计记录区间为0-280kN,围岩移动传感器记录区间为0-400mm,立柱伸缩量记录仪记录区间为0-200mm,操作平台为Vista,数据传输介质为矿用通讯光缆。工作面共在14个关键支架上安装记录仪器,检测支架状态以及综放工作面矿压状况。

3.顶板压力分析

这里选择2018年1月至2018年3月间的正常开采数据进行全面分析,期间综放工作面共推进距离为145m,初始推进速度为580m,末期推进速度为720m,根据监测系统提供的工作阻力变化曲线可了解到,在矿压显现的情况下,综放工作面支架承受压力在3500kN以上。这里选择综放工作面11#、19#、 35#、51#、75#、82#六个支架对工作面来压情况进行分析。从表1可了解到,11#、19#、35#、51#、75#、82#六个支架平均阻力大约在2750左右。

统计该段时间的支架循环末阻力变化情况,阻力变化情况相对比较平缓,各主要支架压力值均趋近于2800kN,接近于综放工作面的额定工作阻力值(该综放工作面的额定工作阻力值为3200kN)。因生产需求,所以主要支架的安全法处于频繁开启、长期开启的状态,在顶板周期显现压力过程中,主要支架承受的压力显现不明确,所以不能够对工作面的具体动载系数进行有效分析[2,3]。

4.支撑适应性分析

(1)初撑情况

为对综放工作面支架初撑情况进行有效分析,这里选择数理统计方法来判断初撑力的具体分布区间以及各个支架的平均初撑力,11#、19#、35#、51#、75#、82#支架初撑力情况可见表2。从表2中可看出,11#、19#、35#、51#、75#、 82#支架初撑力均趋于1830kN,而该综放工作面的设计初撑力为2860kN,实际数值仅为设计数值的64%。

综合分析综放工作面分布的九十余个中间支架,发现初撑力在0-572kN的支架占比约为7%,初撑力在573-1144kN的支架占比约为8%,1145-1716kN支架占比约为20%,而初撑力为1717-2288kN的支架数量最多,占比约为56%。仅从数值看,多数支架的初撑力都比较低,无法充分发挥支架的支护效果,不利于综放工作面生产[4]。

从图1可看出,综放工作面的工作阻力均为正态分布,综放工作面所有支架的设计额定工作阻力均为3200kN,监测系统显示,最大压力支架为3#支架,超过额定设计数值300kN,实测为3500kN,同时也有部分支架超过额定工作阻力,多数支架都在额定设计参数内,通过监测系统可了解到,综放工作面多数支架都处于高阻力工作区间。

(2)前后立柱受力情况

如上文所述,综放工作面的主要支架为ZF3200-17支架(液压)、ZF3200-28支架(液压),支架设计额定工作阻力为3200kN,由此分析,每一根立柱的额定工作阻力为800kN,支架上安装记录设备由两个通道,分别实现支架前后柱的有效监测,以揭示在生产条件下支架立足的工作状态。从监测系统可看出,前立柱的受力大于后柱,但总体受力情况基本平均。

(3)综放工作面显压特征

综放工作面的来压情况并不同步,技术工作人员根据监测结果分析来压规律,以实现对生产的有效指导。该综放工作面来压分为上、中、下三个阶段,且不同阶段显现的压力存在一定的差异,中段显现的压力明显高于上段、下段,上段、下段来压表现出一定的阶段性特征,但是对生产的影响不显著[5,6,7]。同时,整个综放工作面共计94部中间支架,中间段压力较为突出,承压以31-62架为主,在生产过程中,出现有相对突出冲击地压,对生产情况造成了一定影响。另外,因综放工作面的老顶、直接顶的厚度响度比较大,且顶层上含有一定砂岩,在生产过程中可能会出现弯曲下沉带,技术工作人员通过分析监测数据,将31-62架中段区域作为重点管理区,并将老顶、直接顶区域作为安全监管区域。

5.结束语

综上所述,KJ21型矿山压力监测系统的应用有效揭示了综放工作面的支架支撑情况,顶板矿压变化规律,指出该综放工作面支架初撑力相对较低,且在中段区域,老顶、直接顶的矿压显现相对突出,但支架的受力情况较为平均。综放工作面可根据监测结果对支架分布情况、安全管理情况进行合理调整。广大从业者应该对矿压监测系统在综放工作面的应用方法、作用有足够的认识以及了解,在实际工作中,根据实际情况来获取矿压监测数据,并调整生产管理方向。

摘要：综放工作面矿压有一定的特殊性,会随着开采深度变化逐步发生变化,且水文地质条件也会对综放工作面矿压产生一定影响。矿压检测系统有助于技术人员实时掌控井下的实际情况,根据生产要求进行矿压检测,分析井下矿压变化规律,对于工作面生产有重要指意义。基于此,下文着重分析某矿区综放工作面应用KJ21型矿山压力监测系统的情况,该系统应用揭示了综放工作面支架循环末阻力曲线变化,压力值变化,上段、中段、后段矿压的变化规律,对于安全生产、高效率生产有着重要的指导价值。

关键词：矿压监测,KJ21监测系统,综放工作面

参考文献

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