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随着机械化采煤开采强度、深度的增加,瓦斯超限已经成为影响工作面安全高效生产的主要问题。工作面在回采过程中,会引起一定范围内的煤岩体应力大小,岩层结构、煤的孔隙裂隙发育程度及应力状态的变化,造成工作面不同区域内煤岩在原生裂隙的基础上产生新的裂隙,由此导致煤体内原赋存瓦斯状态、涌出特征发生改变。针对山西矿业集团XX煤矿1102工作面煤与瓦斯突出区域的特殊地质条件、顶板岩层结构、初次来压及周期来压过程、岩层移动特征等矿山压力显现对工作面瓦斯涌出状况明显不同于普通采高综采和放顶煤综采,必须深入研究煤与瓦斯突出区域大采高工作面矿山压力显现特征,才能提供采场围岩控制理论和数据支持,为煤与瓦斯突出区域条件下工作面安全高效生产打下坚实基础。
为了实现工作面安全高效生产,拟在山西矿业集团XX煤矿1102工作面建立完整的支架载荷、煤壁受力及变形等采动应力实时监测系统,完善工作面瓦斯涌出数据的搜集处理,研究在山西矿业集团XX煤矿1102工作面的顶底板围岩、支架类型及特点、工作面采高以及工作面采煤工艺方式及参数等条件下,直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压步距,初次来压与周期来压强度、超前支承压力影响范围及强度、侧向支承压力影响范围及强度等工作面矿压显现基本参数。掌握大采高工作面矿压显现与瓦斯涌出规律对于采场岩层控制与瓦斯超限治理具有十分重要的意义。
关键词:周期来压；瓦斯；液压支架监测
山西矿业集团XX煤矿1102工作面通过采用KJ1796煤矿顶板动态无线监测系统，现场研究了综采支架压力与采场瓦斯涌出变化之间的关系，本文主要介绍了KJ1796在线液压支架监测仪的安装与使用，分析了周期来压与采场瓦斯涌出的的内在联系，准确预报周期来压的到来，积极采取措施，从而大大减小瓦斯带来的灾害。
1、地质概况
XX煤矿1102工作面煤厚2.1m～4.5m，平均厚度3.5m。煤层倾角2～6°，平均4°。绝对瓦斯涌出量17.4m3/min。伪]顶0.3m粉砂质泥岩，直接顶12.0m粗砂岩，老顶0.9m泥岩。煤层硬度f2～3。
一般情况下，采场瓦斯涌出包括3部分，煤壁瓦斯涌出，落煤瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。对于煤壁瓦斯涌出，当采煤机不断割煤，新鲜煤壁不断暴露，瓦斯就沿着煤层的破坏裂隙向工作面涌出。采煤机落煤，把煤粉碎成各种块粒状煤，提高了煤的瓦斯解析强度，导致瓦斯涌出量增加。采空区瓦斯由采空区落煤、围岩顶板裂隙和邻近煤层涌出的瓦斯构成。
2、KJ1796在线液压支架监测仪的应用原理
2.1 系统概述
综采支架工作阻力监测系统用于煤矿综采工作面的支护工作阻力在线监测。系统现场总线采用标准433M无线传输，子站可连接64台矿用本安型无线数字压力计，矿用本安型无线数字压力计可现场实时显示支架工作阻力、最大工作阻力。本安型无线监控子站控制巡测下位矿用本安型无线数字压力计，将数据发送到上位监测主站。
2.2 主要设备介绍
2.2.1 YHY60W煤矿用本安型数字压力计主要用于综采支架压力检测，其它液压设备的压力检测。它采用电阻式压力传感器和微处理器控制的电子电路及干电池组成。仪器采用一体化设计，具有防水、防爆、抗冲击、灵敏度高、使用寿命长等特点。是传统的指针式压力表的理想替代产品。
2.2.2 KJ1796-F矿用本安型监测主站，主站作为数据通讯的转接站，可实现井上计算机与井下各监测点的交互通信，完成对井下数据的采集，最终转化为以太网信号上传至上位机。同时，主站与计算机网络不通的情况下，主站具备数据存储功能，等网络恢复后将数据进行上传。
2.2.3 KJ1796-FW矿用本安型无线监测子站，子站具有与传感器无线通讯功能，并能接收和显示传感器上传的数值。同时，子站具有将接收的传感器数据通过RS485总线上传至主站的功能。
2.2.4 系统结构与组成。1102工作面综采支架工作阻力监测系统采用配套KDW127/18B型隔爆兼本安电源供电。每台供电电源可负载一台本安型主站和一台本安型无线监控子站，矿用本安型无线数字压力计自带电池可工作10-12个月，以下为传送路线，矿用本安型无线数字压力计--矿用本安型无线监测子站--矿用本安型监测主站--井下环网--地面电脑--系统软件。
图1 系统布置拓扑图
3.1 监测方法
1102工作面共有64个综采液压支架，设置了8个测点，间距平均分布，每个测点连1个综采液压支架，分站的主机采用通道液压管和支架的支柱连接，主机与主机之间采用电源线连接，最后通过光纤与地面电脑连接。所观测的数据在线传送到XX煤矿煤矿地面调度室、地面区队、地面技术科、地面总工程师室。技术人员可以随时观测和分析数据，把异常数据随时反馈到上级领导那里，进而有效指导生产。
3.2 监测结果分析
XX煤矿煤矿采用煤矿顶板动态无线监测系统共连续监测到6次周期来压。
从现场监测到的6次周期来压与工作面瓦斯浓度监测的关系分析可知，该矿1102工作面的周期来压约为5～7天左右，根据工作面推进速度推进(5.0mnld)计算，工作面周期来压步距大约为25m～30m。周期来压时顶板活动剧烈，有时有响声，工作面部分片帮，支架压力明显增大，瓦斯浓度稍有提高，瓦斯的浓度增幅不大，瓦斯浓度增大趋势时间略滞后于支架压力增大趋势时间。
通过1个月的观测，共发生6次周期来压，通过来压前后压力的变化，瓦斯浓度的变化，片帮深度对比，各项指标在周期来压前后有一定的变化。在观测第一个周期来压之后，我们通过分析数据，预测了第二次周期来压，第三次周期来压，第四到第六次周期来压周期来压步距与实际误差仅为2m到3m。事实上，我们采用KJ1796煤矿顶板监测系统，我们预测周期来压的准确程度大大的得到提高。在周期来压之前，我们采取了预防措施，检查好泵站到工作面的供液管路，工作面综采支架补足压力，全部伸好护帮板，区队长跟班作业现场观测顶板与煤帮的压力变化，有漏液的液压支架随时修补。加大本煤层瓦斯抽放，增加本煤层底板瓦斯抽放，增大煤层瓦斯高位复抽，做好上尾巷瓦斯抽放工作，调节工作面通风风量，清除回风巷、入风巷、工作面障碍物，减小通风阻力，扩大工作面底板打眼覆盖面积，充分释放工作面瓦斯。在周期来压前后，加大瓦检员检查采煤工作面和上尾巷、回风巷的瓦斯检查力度，有情况随时向采煤施工队和调度汇报，做到有隐患及时处理。在周期来压前后，根据支架压力显现和瓦斯浓度的变化，适当放慢循环进度，使瓦斯得到充分释放，等到瓦斯浓度降到允许施工范围内，周期来压过去后，采煤工作面才步入正规循环。
4、周期来压外与瓦斯涌出量的关系
图2 支架工作阻力与工作面瓦斯浓度监测曲线图
从工作面瓦斯涌出来源来看,其主要有3部分;第一部分是超前工作面煤体内的瓦斯涌出,煤体开采过程中随着煤壁片帮及煤体受矿山压力作用使得一定范围内煤体产生变形形成裂隙,从而使大量瓦斯解析运移涌入工作面5～;第二部分为大采高工作面采空区内的遗留浮煤中解析出的瓦斯经过升浮、积聚运移等方式进入工作面;第三部分为临近未采动煤层受采动矿压影响而解析出的瓦斯,除其中一部分通过采动裂隙进入回采空间,其余的全部进入后方采空区参与瓦斯积聚和运移过程。
通过观测，瓦斯的涌出量在周期来压前后有较大的变化，平常瓦斯涌出量的变化幅度小，这与尾巷的冒落状况、顶底板岩性、顶板淋水情况，顶底板邻近煤层的赋存状态、采空区的影响、工作面的风流、循环进度的快慢、煤层瓦斯的抽放等各方面因素有一定的关系。虽然平常瓦斯的涌出量变化幅度不大，但不可疏忽。通过监测数据暴露出问题是，工作面有时有个别综采支架漏液，综采支架多数存在初撑力不足，综采支架没有顶靠工作面顶板。在综采支架都补足压力，同时加强在线液压传送系统的观测，探索出支架压力的变化与工作面瓦斯量涌出的变化之间内在更具体的联系,才能发挥出在线液压传送系统的更大效能。
5、结论
山西矿业集团XX煤矿1102工作面通过采用KJ1796煤矿顶板动态无线监测系统，现场研究了综采支架压力与采场瓦斯涌出变化之间的关系，得出以下结论;
5.1 山西矿业集团XX煤矿1102工作面周期来压期间支架工作阻力增加与工作面瓦斯浓度增加具有明显的一致性。当工作面来压显现剧烈时,瓦斯涌出量急剧增大,工作阻力降低时,工作面瓦斯浓度随之降低,瓦斯浓度增加高于支架工作阻力的增加。
5.2 山西矿业集团XX煤矿1102工作面支承压力对瓦斯涌出规律主要表现为;大采高条件下钻孔瓦斯涌出量与其所在位置支承压力大小成反比关系;支承压力增高区的钻屑量大,支承压力降低区的钻屑量较小。
5.3 通过该工作面的液压支架压力监测赫瓦斯涌出量，可为今后该矿安全生产提供有效数据支撑，同时可在该矿条件相近的工作面进行推广。
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