煤矿顶板矿压监测技术研究

＊王权伟

（山西汾西矿业集团公司双柳煤矿 山西 033300）

引言

综合和日常监测是煤矿顶板矿压监测的主要形式。它是通过日常监测以便及时发现异常情况和通过综合监测验证初始设计达到监测目的，为评估支护效果提供数据，确保安全生产。

1.顶板矿压观测概述

煤矿顶板压力的观测与分析是实现矿井生产科学管理必不可少的基础工作，近年来受到煤矿企业的重视，顶板的压力显现及其控制方法研究是对顶板支护设计、合理选择支护形式及支架类型、加强顶板管理、保证安全性的重要工作。

2.顶板监测项目

（1）监测顶板离层量，离层范围及离层量随时间的变化情况。

（2）监测锚杆（索）的锚固力及承载情况。

3.监测办法

（1）顶板离层监测。在锚杆支护地段采用安设光感式顶板离层仪进行观测。

（2）锚杆（索）锚固力监测及承载情况：本工作面锚杆（索）锚固力采用锚杆（索）拉力计拉拨的方法进行监测；锚杆（索）承载情况采用锚杆（索）测力计进行监测。

4.监测规定

(1)顶板离层监测规定

①顶板离层安装间隔：A.设备安装的最大安装间隔为50m，如图1所示。B.属于地质构造带、应力集中区及大断面等特殊条件下以及交叉点、受采动影响范围内的硐室必须安装顶板离层仪。

图1 顶板离层指示仪巷道内安装位置示意图

②顶板离层指示仪均应安设在巷道的中部，交岔点处的离层指示仪则应安装在交岔点的中心位置。

③组队技术员相关人员对距掘进工作面50m以内的顶板离层指示仪每天不少于1次测读和记录，距掘进工作面50m以外的顶板离层指示仪按每周不少于1次进行测读和记录，工作面顶板离层值在超过50mm时，要停止掘进，采取相对应的措施进行处理；掘进工作面离层值超过100mm时，必须立即撤出人员，及时进行处理。

④组队技术员对当天汇总的监测数据要及时处理分析，并向相关领导汇报，经过分析结果后，提出措施和对策并且组织落实。

⑤顶板监测：

图2 顶板离层仪安装示意图

A.顶板离层监测采用煤矿顶板光感式监测，根据双柳煤矿巷道顶板岩性类别及支护形式，煤巷全锚杆支护巷道需在巷道开口交叉处建立第一个测点，之后巷道每掘进50m，需在顶部巷中位置安设顶板离层监测仪，其下部测点高于顶锚杆上端100mm，上部测点必须安设至稳定岩层，当稳定岩层与巷道顶板距离过大时，离层仪上部测点应超出锚索锚固端300-500mm以上。应及时观测顶板离层仪数据，并对数据进行处理分析。

B.顶锚杆离层监测采用机械式顶板离层监测仪，型号为：YHB300，顶板离层仪安设在顶板中部。并及时观测读数，每旬对数据进行处理分析。

C.根据现场顶板岩性软硬情况，及时变更锚索长度，确保锚索在坚硬稳定岩层中的锚固长度不小于2m，并视现场必须备用φ21.8×L8400mm或φ21.8×L10000mm的锚索。

(2)巷道围岩表面位移观测

正常掘进锚杆巷道不能进行顶板离层监测的必须进行围岩移动监测；如工作面有地质构造、高应力等区域必须进行围岩观测。围岩观测采用十字布点法进行监测，每50m布置一个测点，要求在顶板离层仪附近5m范围内设置矿压围岩观测十字监测点。

巷道围岩表面位移观测包括：①顶底板相对移近量。②两帮相对移近量。其观测频度为：掘进工作面50m内，每日观测记录位移值一次；50m以外每周不少于一次进行测读和记录，并及时对观测数据进行处理分析原因并及时处理（两帮任意一帮收缩超过100mm时应采取加强支护措施）。

(3)巷道锚杆(索)支护受力状况监测

巷道每200m在顶板中部布置一组锚杆、锚索测力计，型号为：MCS/400，当围岩地质和生产条件发生变化时（构造地质变化、开口、贯通等），应及时增加监测站，距工作面50m范围内每天监测一次，50m以外的锚杆（索）测力计无明显增长趋势时，每周一次进行测读和记录，并及时对观测数据进行处理分析。

(4)锚杆锚固力拉拔抽检

①巷道每300根顶（帮）锚杆或施工30-50m或300根抽样检查一组，每组随机取样9根（顶板3根，两帮各取3根）进行检查。

②抽检指标为顶帮锚杆锚固力不低于190kN。抽测时只做非破坏性拉拔，原则上拉到设计值的90%（171kN）即可停止拉拔，被检测的9根锚杆都应符合设计要求。只要有1根不合格，应重新抽样（9根）进行检测。对发生拉断或经拉拔后丧失锚固力以及达不到设计值的锚杆，应在其周围补打合格锚杆。

(5)锚索锚固力抽检

巷道每30-50m抽样检查一组，每组2根随机取样，选点必须均匀分布。锚索锚固力不小于363kN，抽检中原则上拉到设计值的90%（326.7kN）即可停止。只要有1根不合格，应当重新抽取一组（2根）做锚固力拉拔试验，对发生拉断或经拉拔后丧失锚固力以及达不到设计值的锚索，应在其周围补打合格锚索。

(6)锚索预紧力抽检

巷道每30-50m抽样检查一组，每组2根随机取样，选点必须均匀分布。抽检指标为锚索预紧力不小于200kN。检测时待千斤顶与锚索托板紧密接触无间隙，且张拉器压力表读数达到设计值的90%（180kN）时，千斤顶行程无变化，则此抽检锚索预紧力合格。只要有1根不合格，应当重新抽取一组（2根）测试锚索预紧力，若仍出现不合格锚索，要分析原因，并采取措施进行处理。

(7)锚杆预紧力矩检测

锚杆预紧力矩检测抽样率不低于5%，每300根顶、帮锚杆抽样各一组（顶、两帮各5根，共15根）进行检测，不足300根时，按300根进行，紧固力不小于300N·m，锚杆预紧力不低于设计的90%（270N·m），每组中有一个螺母紧固力不合格，就要再抽查1组，若仍出现不合格锚杆，必须查出不合格原因，并采取相应的处理措施，否则，当班施工的全部锚杆都要重新紧固。

(8)单轨吊锚杆锚固力拉拔抽检

每100根锚杆或施工110m进行一次抽检，抽检3组，一组2根，选点必须均匀分布。抽检指标为顶板锚固力不得低于190kN；抽检中原则上拉到设计值即可停止，对发生拉断或经拉拔后丧失锚固力以及达不到设计值的锚杆，应在其周围补打合格锚杆。每110m范围内的锚杆拉拔，若出现一根不合格锚杆，则重新抽取三组（6根）做拉拔试验，若仍出现不合格锚杆，则视为该范围内的锚杆不合格。

(9)顶板岩性分析观测

锚杆支护巷道，每掘进20m对巷道顶板岩性分析汇总并记录，分析后对现有支护参数不能满足支护要求的要及时变更支护参数。

5.结语

现阶段的顶板观测主要是靠人工对顶板离层仪数据定时定点进行采集、分析，顶板观测的相关记录和数据要及时对内容进行分析，发现异常情况要及时采取措施，及时处理。这种观测技术有很多的局限性和滞后性，需要矿企合作，向着数字化、信息化、智能化的动态监测平台发展。