综采支架压力监测系统在煤矿顶板管理中的应用

王旭锋博士中国矿业大学矿业工程学院综采工作面矿压监测中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流必要性比东部矿区支架选型普遍要大但矿压显现强烈出现了不少影响生产的事故意义掌握第一手资料为其他工作面的选型、合理的煤柱留设等提供参考为提高工作面围岩控制质量提供依据中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流KBJ—60Ⅲ--1型矿用数字综采支架压力监测系统在线连续实时监测井下采集数据监测中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流127VAC压力分机本安电源通讯分站电话线井上部分井下部分防护电缆ZYDC—1综采支架计算机监测系统硬件组成中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流123456ABCD654321DCBA采煤工作面1#分机2#分机7#分机接支架下腔30m70m本安电源接线盒通讯分站5m电话线路至井上660V/127V5m移动变电站ZYDC-1综采支架压力计算机监测系统工作面部分轨道巷皮带巷附图1ZYDC—1型矿用数字综采支架压力监测系统中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流优点：具有数字显示、存取方便、工作寿命长、数据存储容量大、可任意设置数据采集间隔时间等优点。尤其是在线连续监测系统，可在地面终端微机上随时显示压力分布曲线，广大工程技术人员及时了解工作面顶板状况及支架工作状态，为煤矿管理人员提供了一条科学化管理的途径。ZYDC—1型矿用数字综采支架压力监测系统中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流以现场实际观测数据为基础，详细阐述了该监测系统在煤矿中的应用情况。包括测站布置数据采集与整理分析内容与方法观测结果的推广应用等中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流工作面测站布置观测点个数与工作面长度有关，一般来说可沿工作面长度每隔10~20m均匀布置，每个测区可在相邻两个支架上布置观测仪器，便于以后数据分析整理时相互印证与对比。同时注意到工作面上下端头的影响，即上下端头附近可适当加大观测点数，工作面支架阻力测区1．测区布置中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流特殊目的专门测区：顺槽测区布置可沿支柱每间隔2~3个支柱设一阻力观测区巷道变形测区顶板离层位移测区多巷布置时联络巷的压力、围岩变形等的观测中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流超前支护运输顺槽轨道顺槽工作面支架测点上工作面顶板动态仪测点巷道断面收缩测点超前支护阻力测点中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流2．数据采集对于连续观测系统，可随时调取数据以便分析对于需人工井下采集系统，可每两天采集一次，当工作面顶板处于来压阶段时，可适当加大数据采集密度用采集器采集上来的支架阻力数据可用office系统中的excel软件对数据进行再处理，将每架的初撑力、末阻力、循环内时间加权平均工作阻力整理成相关的表格形式，为以后的进一步分析进行数据准备，如图所示中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流3．观测数据分析3.1来压步距分析将整理好的每架循环末工作阻力绘制成阻力随时间（推进步距）关系曲线，如下图所示010203040506070800102030405060708090100110120130140150160170距离/m整架末阻力/MPa126#支架110#支架95#支架中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流从中可以分析各支架阻力高峰位置，进一步判断各支架测得的顶板来压步距3.1来压步距分析不同支架、不同测区实测的顶板来压步距不尽一致，可采用平均的处理方法来最终确定顶板来压步距，也可以给出顶板来压步距的最大、最小范围。如下表所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流不同测区顶板运动步距观测结果中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流分析时也可以结合对支架阻力峰值整理表来辅助进行中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流3顶板运动状态分析实测支架阻力在每一个支护循环内的变化曲线可以进一步分析顶板在来压时刻的运动状态，即分析顶板处于相对稳定时期、显著运动时期还是急剧回转下沉阶段。三个运动阶段实测的支架阻力运行曲线如图4所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流顶板的压力较小，支架达到初撑后，支护循环内没有达到工作阻力。相对稳定时期即支架一直在初撑阶段工作，直到下次移架。在此过程中，顶板处于最稳定的状态，老顶岩层尚未达到极限垮落步距，如图所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流相对稳定时期中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流支架初撑时间较长，初撑阶段压力曲线平缓上升，循环末阻力值低于支架的额定工作阻力值。显著运动时期此时，老顶处于显著运动状态，有少量缓慢下沉，但未断裂回转。岩梁处于来压前夕的相对稳定的运动状态，如图所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流显著运动时期中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流急剧回转下沉支架从初撑阶段极短时间内即达到额定工作阻力状态，并且在额定工作阻力值区域稳定震荡。此时，顶板不稳定，老顶岩梁处于急剧回转下沉运动阶段，即来压阶段，如图所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流急剧回转下沉中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流3.4支架运行特征分析将支架阻力整理成初撑力、末阻力频率分布表（表4所示），并进一步整理绘制成频率分布图（图5所示），可以分析各支架阻力的整体运行状态。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流整架初撑力频率分布表中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流初撑力频率分布中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流3.5顺槽超前支承压力分布规律将顺槽支柱实测的支柱阻力值整理成沿推进的变化关系曲线，可以分析超前支承压力变化规律，如图6所示。同时可以选取老顶初次来压前，初次来压时，周期来压前，周期来压时的四组典型数据，绘制超前20m范围内巷道的压力显现状况图，进一步分析顶板处于不同运动阶段的超前支承压力变化情况，如图7所示。中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流05101520253035405月19日/夜早中20日/夜早中21日/夜早中22日/夜早中23日/夜早中24日/夜早中25日/夜早中26日/夜早中27日/夜早中28日/夜早中29日/夜早中30日/夜早中31日/夜早中单体支柱压力/MPa46.0849.953.959.963.365.968.1距离/m5m10m15m20m单体支柱压力数据曲线顺槽超前支承压力分布规律中国矿业大学矿业工程学院暑期社会实践博士团校企交流05101520253035404505101520距煤壁距离/m单体支柱压力/MPa初次来压前初次来压时周期来压前周期来压时顺槽超前支承压力分布规律不同来压阶段超前20m压力显现