[发明专利]一种用于短壁开采的矿压监测方法

说明书

本公开属于矿山压力控制领域，为了摸清短壁工作面长度不一、留设煤柱、无类似综采支架、非随采随冒等导致的顶板垮落、断裂规律，提出一种用于短壁工作面相关煤柱、直接顶和老顶的矿压协同监测方法，形成采空区煤柱应力监测站呈“工”字型分布，支巷锚护体与顶板监测站呈“3×3”矩阵式排布，隔离煤柱应力监测站以“一”字形布置。通过监测站数据，最终形成直接顶垮落、老顶断裂与煤柱承载力关系的可靠数据，形成真实、有效的来压预测。本方法测站位置设计、布局、监测内容充分考虑了短壁工作面的开采特点，监测设备安装便捷、监测方法简单，形成了位移与应力不同位置的协同监测网，是一种有效的短壁矿压监测方法。

技术领域

本公开涉及矿山压力领域，尤其涉及在连续采煤机成套装备进行短壁开采的工作面矿山压力监测方法。

背景技术

2019年，中国煤炭产量达到了38.5亿吨，是世界第一大煤炭生产国，同时面临的资源、环境压力也更加突出。随着煤炭资源早期粗放式开采与近年现代化规模开采，绝大多数矿井遗留下大量的边角残煤资源，因此以连续采煤机为龙头装备的短壁采煤法在这部分资源中得到了一定程度的应用，提高了煤炭资源的回收率与机械化程度。但是，在井下现场应用过程中，短壁采煤方法存在以下问题：1、短壁工作面长度不一，留设采硐间煤柱、支巷间不规则煤柱、区段隔离煤柱支撑控制，顶板不会随采随冒，坚硬顶板易造成大面积悬空和整体垮落，诱发矿震、飓风冲击、煤尘爆炸等大型灾害事故；2、相比长壁综采开采，不具备顶底板移近量、液压支架立柱下腔压力以及液压支架对周期性来压的顶板保护等全方位综合矿压监测条件，短壁矿压监测方法不完善，再加上短壁工作面往往不规则，采空区来压特征难易靠经验来判定，需要一定真实的现场数据支撑来完成对顶板来压的分析，从而制定的可靠预判措施。

因此，为进一步优化和改进短壁开采技术，基于短壁工作面的巷道布置特征、煤柱设计常规规律以及常用的开采工艺，通过有效监测采空区顶板、隔离煤柱、采空区煤柱与巷道超前应力，探索短壁采场矿压规律，打破开采工艺对矿压监测的限制，提出一种连采短壁工作面矿压监测方法，可以为更合理优化短壁开采参数，适应不同的地质条件，使回采工作更加安全、高效。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于短壁开采的矿压监测方法，所述方法包括以下步骤：根据开采巷道设计确定监测对象与监测内容，所述开采巷道设计以旺格维利式全风压采煤法为基础，短壁工作面巷道布置以及煤柱留设为：短壁工作面顺槽留设护巷煤柱，支巷长度在50～140m，支巷与支巷间留设煤柱10～12m，支巷两侧回采采硐，相邻采硐间留设不同宽度刀间煤柱，支巷采用锚杆、锚索等永久支护，每隔3-5条支巷留设隔离煤柱，确定的矿压监测对象与监测内容为：①通过刀间煤柱应力与位移、锚杆受力、直接顶位移监测，分析采空区直接顶移动情况；②通过隔离煤柱应力与位移、锚索受力监测，分析采空区基本顶运移情况；③通过顺槽前段一定距离的锚杆受力、两帮实体煤的应力监测，分析短壁超前支承应力，进而得出采空区顶板垮落与破断对前方煤壁的影响；根据监测对象和监测内容，确定测点或测站位置：采空区煤柱应力监测站A根据位置具体分为A1～A7，呈“工”字型分布，支巷锚护体与顶板监测站B位于各支巷的四等分点上，根据位置具体分为B1～B9，呈“3×3”矩阵式排布，隔离煤柱应力监测站C以“一”字形布置在每个采空区留设的隔离煤柱(18)中，并且用于监测隔离煤柱(18)的受力状巷道超前应力监测站D在开采支巷(6)前方10m～30m的顺槽中；根据监测位置与监测内容，选取矿压监测仪器：对于采空区应力监测站A，采用钻孔应力传感器来监测煤柱应力；对于支巷锚杆与顶板监测站B，采用电阻应变式测力计来监测顶锚杆受力和锚索受力，并且采用高精度位移传感器来监测直接顶的垂直方向位移和基本顶的垂直方向位置；对于格力煤柱应力监测站C，采用钻孔应力传感器来监测格力煤柱的受力状态；并且对于巷道超前应力监测站D，采用应力传感器、电阻应变式测力计和高精度位置传感器来分别监测超前应力、顶锚杆受力情况和直接顶的垂直方向位移；对监测数据进行分析：通过上述测点获取的数据，判断直接顶、基本顶的初次来压步距与周期垮落步距，总结来压规律，预判异常来压，为下个工作面开采参数优化提供支持。