山西大峪矿103综采工作面为该矿15#煤首采工作面，东距矿井工业广场水平距离451 m；南侧为村庄，留设有保护煤柱；北侧、西侧均为耕地，开采对地面建筑及设施均无影响。随着工作面的推进，以及后续矿井生产建设的需要，需要了解该首采面矿压变化和巷体形变特征规律，为该矿本煤层工作面合理布置，回采方案、支护措施的选取等提供基础资料，为矿井安全生产提供有效保障[1-2]。

1 工作面概况

工作面设计(参见图1)走向长度371 m，平均采高4.5 m，长度100 m(中对中)，循环进尺0.7 m。区域的15#煤层平均厚度为4.2～6.2 m，平均4.6 m,倾角0～10°。该区域煤层为贫煤(PM)，裂隙较为发育，常见黄铁矿充填。煤层视(相对)密度为1.46 t/m3，真(相对)密度为1.48 t/m3。含1层夹矸，平均厚度0.3 m。煤层结构简单，工作面范围内总体南侧煤厚相对较厚，北侧较薄。顶板为K2灰岩，位于太原组下部，直接顶与基本顶无明显区分，该岩层含燧石条带。K2石灰岩顶板连续性好，岩石坚硬，不宜垮落，一般采空后放顶困难，需要强行放顶。届时需制定专项放顶安全技术措施。有时有薄层泥岩、砂质泥岩伪顶，厚度为0～0.5 m。底板为灰黑色泥岩、粉砂岩，厚度3.20～8.80 m，平均5.91 m，属软质岩，较宜管理，直接底于基本底无明显区分。

市场中生产者的合法权益能否受到有效的保护是市场正常运行的必要条件。司法和行政执法机关越能有效地维护生产者的合法权益，水利产业集聚水平越高。主要作用有两个：一是由于区域司法的日益完善，加强了对投资者产权保护的维护，降低了产业投资的风险，提高了区域资本运作效率，刺激了投资者的投资热情与积极性，扩大了相关产业的投资规模，同时也吸引同类企业纷纷进驻本地，从而有利于水利产业集聚水平的提升；二是在司法日益成熟、执法逐渐规范的情况下，生产者合法权益所受到的侵害会随之减少，经济损失也会相应减少，无疑增加了区域环境对投资者的吸引力，有利于提升水利产业集聚水平。

  

图1 综采工作面布置图

2 主要设计方案

2.1 综采支架工作阻力监测与分析

(1) 综采支架工作阻力在线监测系统布置

拟采取在线系统对工作面支架阻力进行监测。该系统与地面保持实时通讯，不间断显示阻力变化情况，自动汇总处理数据，向调度人员呈报过渡曲线，并引入矿压显现特征分析等技术模块，数据通过企业内网共享，由技术部门反馈处理意见。

如图3为103工作面部分岩层数值模拟实例。

103工作面支架阻力监测系统如图2所示。主要设备配置如表1所示。

 

表1 综采支架在线监测系统设备配置表

  

序号名 称单位数量1接收主机台12通讯单站台13顶板压力监测分站台84防护电缆(30m，带插头)个165端头电缆(30m，带插头)个46防爆接线盒(2通)台107延时防爆电源台28数据处理软件(网络版)套1

投资决策阶段是整个工程建设过程中的第一个环节。具体而言，决策阶段的主要内容是探讨建设项目能否合理进行，即论证建设工程实施的可能性。在决策阶段，项目成本的管理非常重要，因为这一阶段直接影响到后续的资本投资。为了减少不必要的资金浪费，确保企业的经济效益，在决策阶段要注意建筑成本的管理。具体而言，在决策阶段，我们需要收集大量的基本信息，从技术和可行性两方面分析和评估这些材料，并将收集的信息作为整体的参考数据，确保经济与技术有机结合，促进工程建设的顺利发展。

2.2 上覆岩层移动规律的数值模拟

通过模拟软件可以清楚地显示工作面各岩层的移动、破坏情况及不同岩层应力分布状况。对工作面回采后顶板“三带”的分布情况进行研究，找出“三带”的分布规律及岩层的移动破坏规律，为15#首采工作面顶板管理及支护强度提供依据。

该系统将工作面分为上、中、下三个区域进行监测，中部负责3～5个支架，上、下部各监测2～3个，总计安装十余个支架压力分机，每个压力分机配备3个接口，分别对应前后支柱和平衡千斤顶的阻力监测工作。相关主机及传感装置应在回采工作结束前安装到位。

在系统运行过程中要注意协调生产进度，及时整理数据。通过该系统可得到关于支架初始支撑强度、受力分散频度、末端阻力等信息，分析工作面岩移规律、评价来压强度，预估支架实际工作寿命、研究支架使用特性等方面提供基础支撑[3-5]。

  

图2 103综采工作面在线监测系统布置

  

图3 103工作面推进过程中顶板破坏过程数值模拟结果

  

图3 103工作面推进过程中顶板破坏过程数值模拟结果(续)

利用目前流行的数值计算软件UDEC，根据该工作面地质条件、开采技术水平，以及地质力学评估结果，建立数值计算模型，对直接顶断裂、老顶初次破段、老顶周期破段，以及开采过程中支承压力演化规律进行数值模拟[6-7]。

2.3 回采巷道变形观测

在对矿井工程设计和地质资料综合分析与评价基础上，在15#煤层选择3～5个典型区域取样，采用超声无损检测、电液伺服试验等实验手段(如图5、6)获得煤岩的基本物理力学参数、煤岩裂隙及其参数。采样地点有条件时要优先选择在初采工作面范围内。其参数主要包括：煤岩层的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、内聚力、内磨擦角、弹性模量、泊松比，煤岩层分层厚度、含水率、节理裂隙发育程度、RQD指标等指标，为顶板分类提供计算依据[8] 。

2.4 煤岩层物理力学参数试验研究

在103综采工作面回采巷回采巷道布置测点，对巷道进行持续观测。布置方法采用两帮或梯形断面上的三点收敛法(如图4), 测度断面间隔15～30 m，开采条件有较大变异时适度减小量距，一般布置4～5个点，在回采后36小时内安置到位。后期也可采用复变函数方法对纵向位移进行精确布控,以掌握全空间内最具形变特征点。通过周密布置后的变形观测方案，可为回采巷道形变发生、发展、稳定演变规律，工作面采动影响以及支护设计改进提供重要参考。本例中观测测点布置如图4所示。实际工作中主要使用钢尺测量，并安设顶板动态计量仪监控完成。

取肌原纤维沉淀加入2倍体积的蒸馏水，用高速匀浆机匀浆15 min，4 ℃过夜。分别取肌浆蛋白和肌原纤维蛋白样品 400 μL，加入 100 μL 5×的 SDS-PAGE样品处理液(10 mL 0.06 mol/L Tris-HCl，pH 6.8，5 mL甘油，1 g SDS，2.5 mL β -巯基乙醇，0.05 mg溴酚蓝，加蒸馏水定容至50 mL)，混匀，在沸水中煮沸5 min，冷藏备用，在使用前再加热2 min。

3.2.2 尿道狭窄 对尿道狭窄患者可试行尿道扩张，若扩张不满意，可行尿道内切开术；若狭窄严重，可考虑行暂时性经会阴尿道造口。

采样过程要注重差异化和代表性。可在每个采样点的顶板和两帮各取1组岩(煤)样，其中顶板不同岩层分别取样。若同一层位沿倾向方向岩性变化不一，还应当多角度且在不同部位加密采样。

  

图4 回采巷道变形观测测点布置

  

图5 电液伺服试验机图

  

图6 超声无损检测分析仪

为保持煤岩原始物性参数，应尽可能沿着与层理垂直方向上打钻取样，以减少岩体结构和状态的改变程度。确因岩石硬度较大或其他施工限制因素导致取样困难的，也可在采空区或已掘巷道煤壁中科学选择取样。煤样在工作面煤壁上选择比较完整煤块，直接顶和老顶试样则在采煤工作面采空区选取。

3 结语

矿压显现观测技术在煤矿安全生产中发挥着不可忽视的作用。通过制定科学合理的采场矿压显现观测设计方案，研究回采后工作面支承压力分布规律，确定工作面初次来压、周期来压的大小及其强度，研究支架受力大小及其动态变化，分析支架受力的合理性和适应性，通过地质实验了解煤岩物理力学性质，对于工作面开始生产后系统全面的开展工作会起到重要的基础性保障作用，也可以系统、全面地摸清本矿井矿压特征。同时，在具体实施观测方案过程中，应当大力推广使用最新的电子信息化技术和设备，可以技术人员更加及时、准确地收集数据，提高工作效率。

参考文献：

[1] 段军,梁智广,杨成华,等.超长工作面矿压显现规律研究[J].煤炭技术,2018,37(2):8-11.

[2] 任金龙.某矿13煤首采面初采期间矿压显现规律研究[J].中国新技术新产品,2014(13):80.

[3] 陈保,张凯,陈敏,等.浅埋煤层首采面矿压规律与支架适应性分析[J].煤矿机械,2015,36(10):232-234.

[4] 王家臣,王蕾,郭尧.基于顶板与煤壁控制的支架阻力的确定[J].煤炭学报,2014,39(8):1619-1624.

[5] 王永忠,王崧玮,山长昊,等.急倾斜分段开采液压支架合理工作阻力的确定[J].煤炭技术,2018,37(1):48-51.

[6] 张金虎,杨正凯.综采工作面矿压监测数据处理方法研究及应用[J].煤矿开采,2018,23(1):96-99+87.

[7] 王存海.数值模拟研究首采面矿压显现规律[J].中国新技术新产品,2012(20):181.

[8] 杨景超,甄坤坤,郑长龙,等.不规则煤岩的力学特性试验研究[J].煤炭技术,2017,36(12):33-35.