南梁观测报告.doc

南梁煤矿综采工作面矿山压力显现规律及支架适应性研究报告陕西南梁矿业有限公司西 安 科 技 大 学二 0 0 九 年 六 月负责人： 胡善亭 中国煤炭进出口公司总经理 高工 博士后 侯忠杰 西安科技大学教授 博导成 员：西安科技大学 陕西南梁矿业有限公司张 杰 博 士 王全明 高 工贠东风 教 授 张光耀 工程师师本强 讲 师 杨文清 工程师苏普正 高 工 成浩然 高 工李 军 研究生 付二军 工程师李自雄 助 工报告编制张 杰 李 军前 言南梁煤矿地处神府侏罗纪煤田浅部边界地带，目前主采最上面一层煤2-2煤层，矿井原采用长壁间隔开采方法，单体支柱管理顶板，爆破落煤，为了实现安全高效生产，现改为综合机械化开采方法，20201工作面为首个综采面。工作面全部装备国产设备，选用的ZZ680014/27型液压支架额定工作阻力为6800KN/架。矿井年生产能力为1.2Mt/a。按上覆岩层厚度、土层厚度、覆岩分布空间及其组合形态特征等可将陕北侏罗纪煤田覆盖层分为沙土基型、沙基型、土基型、基岩型和烧变岩型。沙基型覆盖层为薄基岩与厚风积沙层，其大部分分布于神北区，如神东分公司大柳塔、哈拉沟、石圪台等煤矿，其煤层覆盖层厚度100m左右，这些煤矿采用进口的综合机械化设备已开采15年之久，其矿压显现为基岩整体切落，因而支架额定工作阻力目前已增加到10000 KN/架左右。沙土基型除基岩与厚风积沙外，覆盖层有厚度较大的第三系的亚粘土层，最厚达百米左右，主要分布在榆神区，目前只有榆树湾煤矿等一二个矿井投产开采，覆盖层厚度达200300m以上，这些煤矿严格讲已不属于浅埋煤层。土基型覆盖层为薄基岩与厚土层，南梁煤矿2-2煤层属于典型的土基型浅埋煤层,其覆盖层厚度为40130m。综合机械化开采对于预防顶板事故固然就像“安全箱”一样可靠，但这必须是建立在综机设备选择正确并保证良好的运行状况的基础上的，否则既不能实现高产高效，更不能保证生产安全，特别是液压支架的良好运行，不仅直接决定工作面安全，而且直接影响工作的生产，甚至采煤方法的改变。固然神东公司各矿长壁工作面矿压显现规律研究对于毛乌素沙漠下采用长壁式采煤方法的浅埋深矿井具有很重要的借鉴作用，但对于煤层赋存条件不同的土基型南梁煤矿首个综采工作面，其矿压显现规律一定与神东公司沙基型矿井不同，况且南梁煤矿2-2煤层底板容许比压为2.6MPa,属于类极软底板。本课题就是通过对南梁煤矿综采工作面上覆岩层活动和破坏规律研究，科学地选择适合于该煤矿煤层的综采工作面的管理方法，特别研究ZZ6800/14/27型液压支架与工作面顶板和底板的适应性，提出实现矿井安全高产高效生产的措施，使南梁煤矿在生产管理和现代化方面上一个新的台阶。其研究成果不仅对南梁煤矿，而且对神府煤田中小矿井的综合机械化开采和实现高产高效都具有重要意义。目 录第一章 矿井地质概况及工作面生产技术条件1第一节 矿井概况1第二节 工作面生产技术条件2第二章 工作面矿压监测及研究方案6第一节 矿压观测及研究的目的及意义6第二节 工作面矿压观测设计方案7第三章 矿压观测结果与分析27第一节 工作面支架工作阻力监测结果及分析27第二节 工作面顺槽表面位移观测分析50第三节 工作面顺槽超前支护观测结果与分析53第四节 工作面统计观测结果与分析55第四章 工作面顶板运动破坏规律57第一节 工作面顶板运动破坏规律57第二节 工作面顶板范围与分类58第五章 结论与建议6163第一章 矿井地质概况及工作面生产技术条件第一节 矿井概况一、总体概况南梁井田位于神府矿区新民开采区内，地处陕西省神木、府谷两县交界处的黄羊城沟北侧，行政区划隶属府谷县老高川乡管辖。南梁煤矿矿区总的地形地貌特点属黄土丘陵沟壑区，坡陡沟深，地形复杂，最高处位于折家梁-神树梁一线，最低处则在盘区南部边界黄羊城沟。区内发育的近南北向沟流有小则沟，红草沟等，近东西向的有黄羊城沟，杨山沟等。区内构造简单，地层走向北东，倾向北西，倾角平缓，一般12，未发现大的断裂和褶皱。二、地质特征本区属神府矿区，是陕北侏罗纪煤田的一部分，地层区域属鄂尔多斯盆地的东北部。中生代后期，受燕山运动影响，陕北区域东部抬升，地层遭受强烈剥蚀，从而使地层自东而西由老到新出露，大致呈北、北东向带状分布。区域地层由老到新依次为：三叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系。本井田除南部沿各支沟有基岩零星出露外，大部被第四系覆盖。井田地层由老到新依次有：三叠系上统永坪组（T3y）、侏罗系下统富县组（J1f）、侏罗系中统延安组（J1-2y）、第三系上新统三趾马组（N2）及第四系松散层（Q）。三、水文条件本井田为片沙覆盖的黄土梁峁丘陵区，地表属窟野河流域。在井田中部以折家梁为分水岭，其南北两侧是沟谷深切的黄土梁峁丘陵地貌。分水岭以北发育较大的沟谷有满瓮沟、杨山沟，汇入琵琶沟和小板兔川；分水岭南侧发育较大沟谷有红草湾沟、红草沟、小则沟、水桐树渠，均汇入黄羊城沟，从本井田南缘自东北向西南流入窟野河。黄羊城沟及井田北界的琵琶沟、小板免川均为常年性河流，其流量受季节性影响，变化较大。水文地质条件简单，部分地段顶底板可能出现少量淋渗水。四、气候条件本区属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季漫长寒冷，夏季较短且炎热，春季风沙频繁，秋季凉爽，四季冷热多变，昼夜温差悬殊。本区干旱少雨，蒸发强烈，全年降水多集中在七、八、九三个月，无霜期短，每年十月初上冻，次年三月解冻。秋冬多西北风，春夏多东南风。第二节 工作面生产技术条件一、工作面概况（1）煤层赋存条件工作面地面位置：位于井田中西部，满翁沟南侧，东木瓜山北部，神树梁西侧。井下位置及四邻采掘情况：位于22煤进风大巷西侧，南临20113工作面采空区，煤柱宽20m，北部为未开采区，西为井田边界煤风氧化线。地层由老到新依次为：三迭系永坪组、侏罗系下统富县组、中统延安组、新生界第三系红土及第四系松散层。2-2煤层的平均开采深度为83m，基岩厚度4065m，风化岩层厚度为029.6m，平均14.5m；地表松散层厚26.4104.5m，平均72.0m。20201工作面开切眼靠近井田西边界煤层露头，开切眼处覆盖层厚度最小，其中基岩32m，土层12m，基岩和土层厚度沿工作面推进方向不断增加。沿工作面推进方向距开切眼400m处有一条深沟，北南走向，沟底已冲刷到基岩，基岩厚度约45m左右；1700m附近也有一条沟，该沟为南北走向，沟底基岩尚未出露，两条沟间土层相对较厚，黄土山丘起伏。（2）煤层顶底板情况直接顶为1.52.0m粉砂岩、深灰色，以泥质为主、含植物化石碎屑，具有滑面。老顶为58m中砂岩，岩石较完整白灰色。直接底为2.03.0m泥岩，粉砂岩，灰色，以泥质为主，遇水易软化。老底为3.05.0m中细粒砂岩，均匀层里为主，灰白色。直接底容许比压为2.6MPa,属于类极软底板。 （3）工作面地质条件地质及构造情况：地层走向NE，倾向NW，倾角130。局部有冲刷带，煤层变薄，煤层顶底板起伏不平，煤层局部有夹石，构造较为复杂。（4）工作面瓦斯、煤尘及自燃条件瓦斯相对涌出量：0.28m3/t，绝对涌出量：0.65m3/min；煤尘爆炸指数31.65%，有爆炸危险；煤层有自然发火倾向。二、工作面开采参数及主要设备工作面长度227m，推进长度2460，工作面煤层厚度2.12 m，设计年产量1.20Mt/a。工作面支护选用ZZ680014/27型支撑掩护式液压支架，共安装154架，其中端头支架5架，过渡支架2架，中间支架147架。工作面“三机”主要技术参数见表1-2-1。 表1-2-1 工作面“三机”主要技术参数序号设备名称型号主要技术参数1ZZ680014/27型液压支架初撑力（P=31.5MPa）：5234KN工作阻力（P=41MPa）：6800KN中心距：1500mm对底板比压：2.4MPa支护强度（f=0.3）：0.950.97MPa移架步距：800mm2MG500/1180-DW型双滚筒采煤机电机功率：500KW截 深：800mm牵引速度：08.3m/min生产能力：1000t/h牵 引 力：785490KN3SGZ800/800型刮板运输机输送能力：1500t/h装机功率：2375kW链中心距：200mm三、初次来压前切眼处放顶方案（1）炮眼布置在靠老空侧距离切眼中心线0.5m处，布置21个炮眼，炮眼间距为10m，沿切眼轴向大体呈“一”字形分布，垂深为10m（掏槽两个眼垂深5m），角度为30，炮眼长度为20m。炮眼总长度400m。（2）工作面推进3刀后在切眼内进行打眼装药，炮眼采用MYZ-150型矿用全液压坑道钻机施工，钻头采用94mm合金刚钻头，成孔直径为=100mm，待工作面推进8刀之后进行放炮。（3）炸药采用高威力水胶炸药，药包规格为70500mm，每米装药量3.6kg，总装药量864kg，炮泥装填系数为0.4，炮泥采用黄泥制作。三、顺槽支护方式及支护参数（1）回风顺槽采用锚杆支护：巷宽4.5m，高2.2m，锚杆间排距为900900mm。超前支护采用超前20米扶倾向架棚，棚梁圆木，棚腿单体液压支柱，一梁两柱，支柱排距2.0m，棚距1.0m，工作面侧一排支柱至巷帮距离400mm。（2）进风顺槽采用锚杆支护：巷高2.2m，里段巷宽4.2m，外段巷宽3.6m，锚杆间排距为900900mm。进风顺槽超前支护采用超前20m扶倾向架棚，棚梁圆木，棚腿单体液压支柱，一梁两柱，支柱排距2.0m，棚距1.0m，工作面侧一排支柱至巷帮距离1000mm。第二章 工作面矿压监测及研究方案第一节 矿压观测及研究的目的及意义一、综采支架支护质量监测的意义综采支架类别和支护强度与顶底板条件的适应性研究是工作面矿压观测的主要内容。支架左右列及其前后列液压支柱的支撑能力是否均匀，需要通过对其工作阻力的监测来评价。支护强度的科学选择可以保证工作面在经济、安全的前提下高效生产，均衡支护则是延长支架使用寿命、充分发挥其作用的保证。工作面推进各阶段支承压力的分布规律、顶板运动规律及底板对支架行走的影响，可以通过综采支架支护质量的监测直接反映，是进行预测预报与确定安全生产技术措施的关键。二、工作面矿山压力分布规律研究的意义综采工作面整体压力集中是常识，但压力集中的程度和范围是生产中直接需要的指标，具有研究的必要。研究工作面倾向矿山压力分布规律，为煤柱尺寸的合理留设提供理论依据，同时也是20201工作面相邻区段顺槽掘进位置的重要参考。三、工作面顺槽表面位移观测的意义超前支护阻力和表面位移观测可以直接反映现有支护手段及支护参数下的围岩控制效果、间接获取工作面推进各时期支承压力的分布规律及顶板运动规律。顺槽支护参数的选择是否合理，需要通过对其受力状况的监测来评价，以达到安全、经济、有效的目的。第二节 工作面矿压观测设计方案一、矿压观测的内容根据观测的内容和目的，采煤工作面矿压观测般有两种方式，即综合观测和专项观测。综合观测是从开切眼起，分班连续观测采煤工作面矿压显现参数，直至第三次周期来压以后为止。有时也可分23个以上阶段观测，每个阶段的时间应包括12次周期来压。来压不明显时，也不应少于100个正规循环。专项观测是为查明影响矿压显现的因素或研究单项矿压课题，如推进速度、落煤、放顶对顶底板移近量的影响等，可从某一时刻开始进行矿压观测，当达到预期目的时即可结束。这项工作可根据具体情况与综合观测穿插进行。为了分析该综采面煤系地层及顶板结构类型，掌握开采过程中顶板矿压显现规律及支架的工作方式、受载特性及合理工况，进一步分析该煤层煤岩活动规律及采场围岩破坏特征，寻求直接顶和老顶在开采过程中形成的结构型式及其稳定性，该工作面的观测主要内容有：（1） 工作面综采支架工作阻力监测；（2） 工作面综采支架活柱下缩量观测；（3）工作面运输、回风顺槽表面位移观测；（4）工作面运输、回风顺槽超前支护受力监测；（5）采场支护质量与顶板动态统计观测。二、矿压观测拟解决的问题（1）通过分析矿压观测资料，并结合实际观测，确定采煤工作面顶板运动规律：直接顶初次冒落步距，老顶初次来压步距，老顶周期来压步距，直接顶厚度，老顶厚度，直接顶分类，老顶分级，分析顶板来压强度。（2）对工作面液压支架工作效果评价：评价工作面现有支架的支护方法和支护强度与顶底板条件的适应性，提出改进的技术方案和管理措施。（3）对工作面顺槽支护强度分析：通过顺槽矿压观测，评价现行支护方案与变形的适应性。三、 矿压观测的方案1、矿压观测测站总体布置沿工作面线长方向布置3个测站，工作面总长度为227m，1号测站和3号测站距离工作面运输顺槽和回风顺槽的距离各为20 m左右，2号测站布置在工作面的中部。测站布置如图2.2.1所示。在工作面运输和回风顺槽各布置2个超前支护压力测站A1、A2和B1、B2，第一个测站距离工作面煤壁距离为10 m，相邻测站间距为10m。同时，在运输和回风顺槽各布置2个巷道顶板下沉量测站A3、A4和B3、B4，第一个测站距离工作面煤壁距离为30 m，相邻测站间距为30 m。顺槽内各测站随工作推进不断报废而循环布置，保证各测站的数量不变，直到观测工作结束。图2.2.1 工作面矿压观测测站布置示意图2、工作面支架工作阻力监测支架工作阻力以压力传感器每5架支架监测1架。20201工作面共布置154架支架，支架监测从第8架开始到第143架支架，实际监测支架数为28架。监测28架支架工作阻力共需14台监测分站，56个压力传感器。3、支架顶梁下沉量和活柱下缩量监测支架顶梁下沉量观测在3个测站进行。顶梁下沉量以位移传感器监测，每个测站设置2个位移传感器，均安设在有压力传感器的支架上：1号测站为13号和18号支架；2号测站为73号和78号支架；3号测站为133号和138号支架。工作面支架顶梁下沉量观测共需6个位移传感器。活柱下缩量的观测一般与顶梁下沉量观测同时进行，主要是为了预防支架顶梁下沉量由于设备的故障而无法采集到数据。测量液压支架活柱下缩量时，采用标点法观测活柱，用直尺量取固定柱上台至活柱上顶油管螺母最下一个棱的距离。为观测循环内的下缩量，应在每次移架前、后各观测1次，测量结果记人表中。下缩量的观测要特别注意安全阀的开启状况，以便区分开启前、后的活柱下缩量。开启前活柱下缩量主要是柱腔内的液体弹性压缩及微渗漏造成的下缩，数值很小，大都在10mm以内，其值主要取决于柱腔内乳化液的容量。在遇有安全阀开启时，要及时测读1次，并在记录表注明。当发现液压系统故障漏液等现象造成活柱不正常下缩时，应及时记录发生的时间及现象。4、采场支护质量与顶板动态统计观测在工作面沿工作面全长每15台支架统计观测采高，支柱倾斜度、顶梁仰角、顶板台阶数目和高度、端面距、端面破碎度、片帮深度等，每天观测一次。5、顺槽矿压观测主要观测运输顺槽、回风顺槽的顶底板移近量和两帮移近量。在工作面回风顺槽、运输顺槽内，从切眼开始至工作面前方约60m，按照一定间距各布置观测站，对其进行巷道内的超前支护压力，顶底板移近量和两帮移近量观测。（1）超前支承压力显现观测超前支护每个顺槽各布置2个观测站，间距为10m，即在两顺槽A1、A2和B1、B2观测站的单体柱上安设压力传感器。2顺槽超前支护共需2台监测分站，4个压力传感器。（2）顶板下沉量和两帮移近量观测点布置顶板下沉量每个顺槽各布置2个观测站，间距为30m，即在运输和回风顺槽A3、A4和B3、B4测站安设位移传感器。2顺槽顶板下沉量共需4个位移传感器。两帮移近量使用测枪、钢卷尺等工具。每天测量1次。工作面自动监测系统共需16台监测分站，60个压力传感器，10个位移传感器。（其中台监测分站，4个压力传感器备用）。四、检测系统设置1、系统功能本系统应用计算机软硬件、数据库、电子电路、防爆本安电源、数字通讯技术等实现工作面矿压、支架工况及支护矿压状态监测：通过使用压力传感器对工作面支架的前后立柱的工作阻力的监测可连续地掌握顶板压力的变化情况和准确预测顶板初次来压及周期来压，采取有效防范措施，减少和排除顶板压力对生产和安全的不良影响。同时可以及时发现损坏或不能正常工作的支架，还能够检查支架操作的初撑力是否符合要求，以检查和保证工作面的支护质量。地面中心实时接收监测数据，进行分析、存储，以表格或图形的形式显示实时数据，当数据超限时通过语音报警，并根据每个支柱上的压力和工作阻力分析沿工作面倾向的方向矿山压力的分布状态，显示沿工作面倾向矿压分布图。对于个别应力集中的支架通过减小或增加附近液压支架的支撑力达到应力平衡。根据安装在巷道里的压力传感器和位移传感器测定的巷道压力和顶板位移，形成巷道矿压应力分布图。对历史数据实现自动保存，可以随时提取。监测分站通过各种状态指示灯和自检程序随时进行分析诊断，判断故障原因。主控接口通过通讯指示灯判断与分站和通讯情况。计算机判断各监测点的监测情况、通讯情况以及网络发送情况等。2、系统工作原理 KJ110N型综采工作面矿压监测系统由地面计算机网络、监测中心（可24小时连续不间断工作的服务器）、井上数据传输接口、井下数据传输接口、井下中心站、井下分站、单模光纤、电缆、各类传感器及与其它系统的联接接口组成。整个系统采用分步式架构。 顶板的位移量、老顶与伪顶之间的离层量、工作面的推进度传感器:当顶板下沉或老顶与伪顶之间产生下沉量后，老顶和伪顶之间的距离变长，即增加了钢丝绳的长度，钢丝绳从传感元件中拉出后带动传感元件转动，引起元件内阻发生变化，由于桥路电压恒定，导致惠斯登电桥的元件臂一侧中心点电流发生变化，输出电讯号，该电讯号就反映了此时工作面顶板位移量。压力传感器采用压阻原理测量顶板压力量。由金属膜电阻及可调电位器W组成惠斯登电桥，当环境中顶板压力引起元件内阻发生变化，由于桥路电压恒定，必然导致惠斯登电桥的元件臂一侧中心点电压发生变化，输出电讯号，该电讯号就反映了此时工作面顶板压力的变化量。讯号经A/D转换器转换变成智能信号后送到单片机89C52进行数据运算、处理、显示。各监测分站又不停地对所收到的各测点信号(负荷量、开停、流量、锚杆监测、支架压力、顶板压力等)进行检测变换和处理，时刻等待井下传输接口提取数据，以便把检测的参数送到地面传输接口。井下传输接口中七个单片机采用分步式与挂在自已支路上的各个监测分站进行轮流通信，存储在数据存储器里，井下传输接口主通讯程序将每个单片机采集到的数据汇总存储到主数据存储器里，等待井上传输接口提取数据。地面传输接口将收到的各种数据处理后，同时传给地面计算机。计算机将收到的实时信息进行处理和存盘，并实时以表格或图形显示实时监测数据，并根据每个支柱上的压力和工作阻力分析沿工作面倾向的方向矿山压力的分布状态，显示沿工作面倾向的方向的矿压分布图。超限或异常故障时，地面中心站语音报警。以及各种参数的实时或历史数据、曲线、图形和报表展示。监控人员也可以通过打印机打印出各种报表和趋势分析图。3、系统结构及参数（1）地面中心站1）监测主机：中心站采用研华P4 2.8G工控机作为监测主机，辅助设备包括打印机、UPS电源、市电避雷器、通讯线路避雷器、投影仪和电视墙、网络交换机、服务器和配套设备等。系统结构见图2.2.2所示。2）KJ110-J1地面用传输接口 （a） 供电电源额定值：交流220V 允许偏差：-10+10； （b） 接口与主机通讯：2路RS232； 传输速率：19200bps； （c） 与井下用数据传输接口：1路 通讯方式：单模矿用光纤传输;传输距离： 20km（单模 矿用光纤）； 传输速率：57600bps； （d） 与井上分站接口：1路（矿用电缆）， 传输速率：1200bps； 传输距离：15km 传输方式：时分制、主从、基带；（2）井下1）KJ110-J2井下用传输接口井下用传输接口与地面用传输接口之间采用单模光纤进行信号传输，与分站采用金属电缆进行信号传输，采用1主多从并行通讯结构。（a）供电电源：交流127/220/660V，允许偏差：-20+10）；图2.2.2 系统结构图（b）与地面用传输接口通讯 1路单模矿用光纤传输 传输距离：20km（矿用单模光纤）传输速率：576000bps（c） 与井下分站 并行通讯路数：6路传输速率：1200bps传输距离：15km传输方式：并行时分制、多主从、基带；2）监测分站（a）工作电压：9V 24VDC（本安电源）（b）作电流：180mA（c）监测参数及量程：模拟量通道：4路,4路可任意按压力(060Mpa)、顶板位移（量程：0800mm）、顶板离层（量程：0800mm）或工作面推进度（量程：030m）运行，采用遥控器及跳线设置；（d）基本测量误差：0.2% FS；（e）电缆连接长度：不小于2Km（传输电缆的截面积为1.5mm2时） 3）压力传感器测量范围：060 MPa基本测量误差：0.2% FS；显示方式：四位红色数码管显示工作电压：9V 18VDC工作电流：70mA(18 VDC)防爆型式：Exib I4）、位移、顶板离层传感器测量范围：0800mm基本测量误差：2% （位移变化误差的2%）显示方式：四位红色数码管显示工作电压：9V 18VDC工作电流：70mA(18 VDC)4、软件（1）监测系统的软件系统采用了基于WINDOWS的多线程技术，将应用程序分配给多个线程，更有效地利用CPU时间，对不同的线程设置不同的优先级和不同的状态，可以完全控制程序片段的执行，保证了系统的可靠性和稳定性。以大型数据库SQL Sever 2000作为监控软件的标准数据库；系统可兼容oracle、DB2等数据库。（2）KJ110N系统用户界面易操作，能满足为当时主流技术的通用产品，并满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求；系统软件有详细的用户在线帮助文件和操作使用说明书。5、系统配置（1）地面中心站地面中心站的监控主机选用工业控制计算机,双机热备份，一台工作，一台备用。主机通过传输接口与地面、井下各分站通讯。中心站主机可以显示各类监测数据、曲线、实时动态模拟图形,可制作灵活多变的报表。矿井局域网组成后，在网络上的任一台授权的工作站上能够显示所有测点的数据曲线。（2）井下设备配置在井下中央变所安装一台J2型传输接口与地面传输光缆连接。用于与井下分站之间、与地面J1型中控站之间的数据和控制指令的传输。6、数据采集全部由KJ110系统采集到的数据通过一定的形式展现出来，让杂乱无章的数据变得有规律可循，使之清晰化、条理化。由监测系统采集的数据每天进行计算机数据分析处理，观测完毕进行综合分析处理。由此收集数据需整理在每个观测支架阻力整理表和全部支架阻力整理表中。（1）数值显示以KJ110报表的形式显示，报表部分分为统计日报表和数据查询两大部分。统计日报表由统计时间、分站号、通道号等组成统计条件供数据收集人员选择，它只能统计一天范围内的数据。数据查询也是由统计时间、分站号、通道号等组成统计条件供数据收集人员选择，它能统计任意范围内的数据。此类数据只能进行现场选择查看记录，而不能直接收集。KJ110系统中主要提供了下面所示的数据报表及其查询数据报表如图2.2.3所示，数据查询如图2.2.4所示。 图2.2.3 数据报表 图2.2.4 数据查询模拟量日报表可统计所测数据的最大值（及出现最大值的时刻）、最小值、平均值、设定报警、报警次数、累计报警时间、馈电异常次数、馈电异常累计时间。统计数据可通过打印进行收集，也可通过输出到Excel进行保存收集。界面分别见图2.2.5和图2.2.6所示。（2）数值显示在所装KJ110系统监测计算机上装入数据生成器。数据生成器可以系统默认方式生成数据，也可以手动备份方式生成数据。图2.2.5 模拟量日报表查询面图系统默认生成数据只有在自动备份的情况下才可以有效，以系统默认每几分钟自动生成依次数据。而手动备份生成数据中，可根据收集数据人员要求情况进行调节数据生成时间。从而将KJ110系统初步采集的数据进行进一步处理，使数据量减少，数据更加清晰化、条理化，更加减少了数据统计人员的工作量。数据生成器界面如下图2.2.7所示。图2.2.6 模拟量报警日报表图2.2.7 数据生成器界面数值显示除以上三种方式外，还有一种方式，就是可在KJ110N矿压综合监测系统主界面中双击某个支架前柱或后柱实时显示压力调出。KJ110N矿压综合监测系统主界面如图2.2.8所示，在界面中调出的任意一个支架前柱或后柱实时压力界面如图2.2.9所示。图2.2.8 矿压综合监测系统主界面图2.2.9 任意一个支架前柱或后柱实时压力界面（3）曲线显示以KJ110报表数据生成曲线的形式显示，曲线部分分为平面曲线和三维图形两大部分。1）平面曲线部分可在KJ110N矿压综合监测系统主界面中看出，包括实时监测曲线，界面如图2.2.10所示。单参数分析，界面如图2.2.11所示。支架工阻实时曲线，界面如图2.2.12所示。自定义数据、曲线查询。除此之外，在某个时间段任意分站和任意通道的各个支架前柱或后柱压力平均趋势图可在KJ110N矿压综合监测系统主界面中调出。2）三维图形部分也可在KJ110矿压综合监测系统主界面中看出，即综合参数分析图形界面如图2.2.13所示。平面曲线和三维图形比数值显示更能直观、形象清楚地反映出工作面受压情况。图2.2.10 实时监测曲线图2.2.11 单参数分析界面2.2.12 支架工阻实时曲线界面图2.2.13 任意一个支架前柱或后柱压力平均趋势五、各种观测记录需要的设备和表格除了自动监测系统提供的设备外，观测期间还需要卷尺等一些常规观测设备以及观测记录表格和整理表格，整理表格包括工作面统计观测整理表、每个观测支架阻力整理表、全部支架阻力整理表、活柱下缩量整理表、巷道两帮移近量整理表、巷道顶底板移近量整理表、超前支护阻力整理表。部分表格如下：表2-2-1 活柱下缩量观测记录表测站观测时工作面推进距离： m活柱下缩量读数mm升架后移架前左前柱右前柱左前柱右前柱测站一测站二测站三表2-2-2 巷道表面位移观测记录表年 月 日 班 工作面推进距离 m测 区两帮距离/mm测区距工作面煤壁距离/m运输顺槽一二回风顺槽一二表2-2-3 工作面统计观测 年 月 日 班 工作面推进距离 m项目工作面段（从1号面到150号面每15架为1段）12345678910移架前移架后冒顶长度（mm）冒顶宽度（mm）冒顶高度（mm）片帮深度（mm）老塘悬顶深度（m）台阶下沉个数（个）台阶下沉落差（mm）裂隙条数裂隙方向裂隙宽度（mm）安全阀开启状况表2-2-4 液压支架支架阻力日常整理表工作面推进距离初撑力平均工作阻力最大工作阻力表2-2-5 活柱下缩量整理表时间工作面推进m测 站循环下沉量mm平均下沉量mm六、数据处理（1）由监测系统采集的数据每天进行计算机数据分析处理，观测完毕进行综合分析处理。（2）巷道固定测区数据由人工进行处理。（3）由人工测得的其它内容，包括统计观测采高，支柱倾斜度、顶梁台阶、顶梁仰角、接顶距、梁端距、片帮深度以及冒顶形态随工作面向前推进、煤炭采落过程中的变化情况，先按记录分班整理。第三章 矿压观测结果与分析按照矿压观测计划，对20201工作面液压支架工作阻力、活柱下缩量、运输、回风顺槽的位移和超前支护阻力进行了观测。观测获得大量第一手数据，通过对数据进行分析，研究其工作面矿压显现规律和支架的承载状况及运转特性，指导工作面生产。第一节 工作面支架工作阻力监测结果及分析按前后柱对8#、13#143#共28架支架的实际工作阻力进行整理，统计值包括支架每一作业循环的平均工作阻力、最大工作阻力和前柱后柱平均工作阻力对比。一、工作面观测支架的工作阻力2009年4月20日，KJ110N型综采工作面综合监测系统在工作面开始安装，安装承接单位为西科测控公司，2009年5月6日调试完毕正式开始矿压数据观测记录。开始观测时，由于监测系统处于初始阶段，受系统本身因素的影响以及对系统维护不到位和经常断电影响，导致数据采集量少，缺少完整性。本报告为矿压观测的第一阶段，时间由2009年5月6日至5月25日，历时将近20天，工作面推进到113m处。在观测期间，除了5月69、18、19日以及5月20日的监测系统故障比较多外，其它时间基本实现了支架阻力每5分钟一个数据的连续监测。当监测系统出现障时，现场专职监测人员采用人工方法也基本完成了每循环的数据采集。在8#、13#143#28架支架立柱上安设的支架工作阻力监测设备可对工作面每推进循环的数据进行处理，得到各观测支架的平均工作阻力和最大工作阻力。其中58、78和93#架支架由于观测中采集的数据连续性很差，故将其数据剔除，共整理出25架支架阻力（强度）观测数据，25架支架平均工作阻力随工作面推进的变化曲线见图3.1.13.1.25。图3.1.1 8#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.2 13#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.3 18#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.4 23#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.5 28#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.6 33#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.7 38#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.8 43#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.9 48#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.10 53#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.11 63#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.12 68#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.13 73#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.14 83#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.15 88#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.16 98#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.17 103#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.18 108#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.19 113#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.20 118#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.21 123#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.22 128#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.23 133#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.24 138#平均工作阻力随工作面推进距离变化图3.1.25 143#平均工作阻力随工作面推进距离变化老顶初次来压之前，各测点支架大部分都在额定初撑力之下工作，虽然工作阻力总的趋势是不断上升，但变化并不大。周期来压时，支架在初撑力和额定工作阻力之间工作，只有极个别支架超过额定工作阻力，非周期来压期间，相当部分支架工作阻力仍小于初撑力。 二、工作面支架偏载情况分析对8#、13#143#架支架前后柱平均工作阻力进行对比，分析支架偏载情况，各支架前后柱平均工作阻力如图3.1.263.1.50所示。图3.1.26 8#支架前后柱工作阻力分布图3.1.27 13#支架前后柱工作阻力分布图3.1.28 18#支架前后柱工作阻力分布图3.1.29 23#支架前后柱工作阻力分布图3.1.30 28#支架前后柱工作阻力分布图3.1.31 33#支架前后柱工作阻力分布图3.1.32 38#支架前后柱工作阻力分布图3.1.33 43#支架前后柱工作阻力分布图3.1.34 48#支架前后柱工作阻力分布图3.1.35 53#支架前后柱工作阻力分布图3.1.36 63#支架前后柱工作阻力分布图3.1.37 68#支架前后柱工作阻力分布图3.1.38 73#支架前后柱工作阻力分布图3.1.39 83#支架前后柱工作阻力分布图3.1.40 88#支架前后柱工作阻力分布图3.1.41 98#支架前后柱工作阻力分布图3.1.42 103#支架前后柱工作阻力分布图3.1.43 108#支架前后柱工作阻力分布图3.1.44 113#支架前后柱工作阻力分布图3.1.45 118#支架前后柱工作阻力分布图3.1.46 123#支架前后柱工作阻力分布图3.1.47 128#支架前后柱工作阻力分布图3.1.48 133#支架前后柱工作阻力分布图3.1.49 138#支架前后柱工作阻力分布图3.1.50 143#支架前后柱工作阻力分布由图3.1.263.1.50可以定性得出：（1）8、13、28、103、123、128、133、138、143支架偏载较小；（2）33、38、63、73支架安全阀开启存在问题，工作面推进过程中存在架阻力高于额定工作阻力41MPa；（3）23、38、43、48、53支架偏载较大，工作阻力波动较大，运行不平稳，有时候没有压力； （4）88、98、103等支架阻力相对较大，初次来压后，支架阻力相当一部分在30 40 MPa之间工作。工作面其它位置支架的前后柱偏载轻微。三、工作面支架初撑力和工作阻力分布分析在第一阶段观测过程中，对支架的工作阻力进行了统计分析，得到了工作面初撑力频率分布直方图3.1.51和工作阻力频率分布直方图3.1.52。由初撑力分布频率图可知，工作面支架初撑力主要集中在1020 MPa，初撑力小于20 Mpa（为额定初撑力63.5%）的占整个统计架次的75%，达到额定初撑力的只占4.3%。，平均初撑力仅为15 Mpa，为额定初撑力的48%。说明工作面支架初撑力太低。由工作阻力分布频率图可知，工作阻力大于30MPa的架次占测试架次的21.7%，其中达额定工作阻力41MPa的只占6.2%，在非来压期间绝大部分架次在初撑力以下工作，而处于额定工作阻力状态的架次基本都是在顶板来压的时候。图3.1.51 工作面支架初撑力频率分布直方图图3.1.52 工作面支架工作阻力频率分布直方图四、工作面支架平均工作阻力（1）支架平均阻力图3.1.53为工作面25个综采支架立柱工作阻力平均值随工作面推进距离的变化曲线。图3.1.53 25个支架平均工作阻力随工作面推进距离变化曲线由工作面支架平均工作阻力随工作面推进距离的变化曲线可知，支架平均工作阻力普遍较低，大部分在24Mpa左右工作，均低于支架初撑力，即使最大平均工作阻力也没有超过37Mpa，均低于支架额定工作阻力。这表明表明支架额定工作阻力仍具有一定潜力。（2）老顶来压步距的确定由工作面支架立柱的平均工作阻力及25个支架立柱工作阻力随工作面推进距离的变化规律可以得出，工作面顶板运动经历了直接顶初次垮落、老顶初次来压和若干老顶周期来压等关键阶段，每一阶段的顶板破断运动状况，均可以通过支架的工作阻力监测数据得到全面反映。确定老顶来压步距和强度，采取的主要判据有：1）矿压观测中普遍采用的数理统计判据： （3.1）式中：各循环支架载荷平均值；s均方差。 根据来压判据可知，老顶初次来压步距为50m，初次来压后出现5次周期来压，其周期来压步距最大13.6 m，最小9.6m，平均10.9m，如图3.1.46所示。图3.1.46 工作面老顶来压判据2）为了对老顶来压判断更为准确，除工作面支架平均工作阻力随工作面推进距离的变化曲线外，还可结合其他统计观测结果综合分析。判定工作面顶板运动参数见表3-1-2。表3-1-2 工作面来压特征表来压次数来压步距/m经历平均载荷/MPa最大载荷/MPa台阶下沉冒顶片帮天数推进距离/m个数下沉/mm直接顶初次冒落2812810.5有无老顶初次来压5025036.445.7有有周期来压（1）10.4160.428.539.600有有周期来压（2）13.617431.242.400有有周期来压（3）11.2185.23242.300有有周期来压（4）9.6194.826.236.300无无周期来压（5）9.61104.427.137.000有无（3）老顶周期来压强度动载系数是衡量老顶周期来压强度的指标 (3.2)式中：老顶周期来压时支护阻力平均值；老顶非周期采压期间支护阻力平均值。根据观测数据总汇表和支架载荷最大读数平均值，利用公式计算可得来压时动载系数如表3-1-3所示。表3-1-3 支架动载系数来压次序123456平均36.428.531.23226.227.130.245.739.642.442.336.337.040.551.261.401.361.321.391.371.35从表3-1-3可以看出，20201工作面老顶来压时动载系数1.261.40，平均1.35，来压强度不是太高，只是属于有明显周期来压顶板。总体分析来看，20201综采工作面顶板各阶段来压强度不高，顶板管理难度中等。五、工作面支架活柱下缩量活柱下缩量是研究工作面顶板及上覆岩层运动的比较重要的参数，它不仅能够准确的反映采场矿压显现的强烈程度，探求支架与围岩的相互关系，为设计和选择支架服务，同时又可借助活柱下缩量的周期性变化的规律来推断上覆岩层运动规律和运动范围等特征。（1）数据处理根据观测的每循环活柱下缩量，求出其循环平均值及循环最大平均值。 (3.3)式中 每个测点的观测次数；观测循环, 测点的每次测得的活柱下缩量值。各测点测读总次数。第观测循环中，各测点各次活柱下缩量读数总和的平均值；（2）总体分析当工作面推进50m老顶初次来压时，活柱下缩量达最大，为21mm，是平时的2.8倍。当工作面向前又推进10.4m，即工作面推进到距开切眼60.4m时，活柱下缩量出现峰值，为13.8mm，为平时的1.7倍。这是工作面第一次周期来压。活柱下缩量与工作面推进距离的关系见图3.1.47。图3.1.47 活柱下缩量与推进距离的关系由图可知，工作面第二、三、四、五次周期来压，同样活柱下缩量与支架平均工作阻力变化规律完全对应。六、煤层底板对开采的影响南梁煤矿2-2煤层底板容许比压为2.6MPa,属于类极软底板，并根据20105等多个单体炮采工作面顶板来压时支柱插底量最大竟达500mm之多的实践，防止20201综采面液压支架陷底至关重要。因为2柱支顶掩护式支架对底板比压呈三角形分布，即使支架对底板平均比压小于底板容许比压，底座尖端的比压很容易超过底板容许比压，而4柱支撑掩护式支架因对底板比压呈梯形分布，比压分布优于2柱支顶掩护式支架。2柱支顶掩护式支架一般优先用于2类松软以上的底板，因此对于底板极软的20201工作面支架架型选用了4柱支撑掩护式支架。20201工作面正常推进速度比神东公司矿井小得多，仅为