我国煤矿顶板管理与安全技术现状中国矿大张农

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1、我国煤矿顶板管理与安全技术现状简述张农1 ，杨树勇2 ，阚甲广11 中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2 中国煤炭工业协会行业协调部，北京，100713摘要：本文在分析国内煤矿顶板事故现状及分类的基础上，从地质保障技术及装备、顶板控制技术及装备、顶板监测技术及装备等方面分析了顶板安全管理技术现状，同时结合国家出台的相关法律法规及顶板管理实践，总结了顶板管理经验。我国顶板安全管理的形势依然严峻，需在地质保障、顶板控制和监测技术、管理等方面系统创新，以不断提高我国煤矿顶板安全管理技术水平。关键词：煤矿顶板；安全管理；地质保障；控制技术；监测1 国内顶板事故现状1.1 煤矿事故以顶

2、板为主，顶板事故逐年减少近十年，在各类煤矿事故中，顶板事故总起数和总死亡人数均为最高，如图1所示。事故起数前五名为：顶板事故共发生12931起，占52.9%；运输事故共发生3951起，占16.2%；瓦斯事故共发生2899起，占11.9%；机电事故共发生929起，占3.8%；水灾事故共发生764起，占3.1%。事故死亡人数前五名为：顶板事故死亡15045人，占38.0%；瓦斯事故死亡12035人，占30.0%；运输事故死亡4375人，占11.0%；水灾事故死亡3183人，占8.0%；机电事故死亡908人，占2%。顶板事故虽然不像瓦斯、水灾、火灾事故一次死亡多人，但是发生次数非常频繁，总死亡人数仍

3、位居各类事故之首，是目前和今后我国煤矿事故治理的重中之重。a、按事故起数分 b、按死亡人数分 图1 全国煤矿事故类型分类图我国煤矿顶板事故总起数和总死亡人数逐年下降。顶板事故总起数由2003年的2140起下降到2012年的374起，下降幅度82.5%，平均每年减少176.6起；顶板事故总死亡总人数由2003年的2455人下降到2012年的465人，下降幅度81.0%，平均每年减少199人；平均每起顶板事故死亡人数却有2003年的1.15人上升到2012年的1.24人，上升幅度7.8%。近十年我国煤矿顶板事故总起数、死亡人数、平均每起顶板事故死亡人数如图2所示。图2 我国煤矿顶板事故死亡人数变化

4、图1.2顶板事故分类1.2.1按发生地点分类顶板事故按照发生地点可分为采场顶板事故、巷道顶板事故和其他地点顶板事故等三大类。由图3可知，近年巷道顶板事故共发生293起，占总顶板事故起数的39%；共死亡565人，占总顶板事故死亡人数的39%；平均每起事故死亡1.928人。近九年采场顶板事故共发生289起，占总顶板事故起数的38%；共死亡570起，占总顶板事故死亡人数的40%；平均每起事故死亡1.972%。巷道顶板事故较采场顶板事故更加频繁，但平均每起顶板事故死亡人数较采场顶板事故少。a、按事故起数分 b、按死亡人数分 图3 顶板事故按发生地点统计图全国煤矿顶板事故起数、死亡人数按地点分类如图4所

5、示，由图可知，2008年之前采场顶板事故无论从发生起数和死亡人数均大于巷道顶板事故，但巷道顶板事故一直显上升趋势，所占比例逐渐增大，到2008年，巷道顶板事故在发生起数和死亡人数上首次超过采场顶板事故，从2008年开始一直到2012年，巷道顶板事故所占比例一直大于采场顶板事故所占比例。a、按事故起数分 b、按死亡人数分 图4 煤矿顶板事故按发生地点分类图1.2.2 按省份分类图5 2006-2008年部分省区煤矿顶板事故变化图图6 2006-08年部分省煤矿顶板事故百万吨死亡率分布图顶板事故分布的不均匀性充分体现出我国煤炭分布的不均匀性和开采地质条件的复杂性，统计2006年至2008年的事故起

6、数和百万吨死亡率（图5、6），表明我国顶板事故大部分集中在西南地区，近年这一特点有加强的趋势，西南矿区顶板灾害的防治应该是今后我国顶板防治的重点。1.2.3 按企业类型分类2010-2012全国顶板事故总起数和总死亡人数比例如图7所示。近三年内顶板事故发生起数和死亡人数最多为乡镇煤矿，分别发生1153起，死亡1368人，占总数的半数以上，均为70%，；其次为地方煤矿，分别发生312起，死亡336人，分别占总数的19%和17%；最少的是国有重点煤矿，分别发生176起，死亡251人，分别占总数的11%和13%。a、按事故起数分 b、按死亡人数分 图7 全国顶板事故按企业类型分类图由图8可知，三年内

7、乡镇煤矿顶板事故无论从发生起数还是死亡人数下降幅度均为最大，究其原因，国家关闭了一批不符合规定的乡镇煤矿，从而使乡镇煤矿的安全管理人员、生产技术人才相对集中，矿井的机械化程度相对提高，煤矿的开采技术装备和安全生产管理水平获得提升，顶板事故相应减少。a、按事故起数分 b、按死亡人数分 图8 2010-2012年全国顶板事故起数按企业类型分布图2地质保障技术及装备煤矿顶板事故与顶板地质情况紧密相关，因此顶板探测对预防顶板事故具有重要的意义。2.1煤矿精细地质构造高分辨三维地震勘探技术三维地震勘探技术引人煤矿以来，经过十几年的发展，仪器装备和软件得到了快速的发展，技术不断成熟，探测精度不断提高。目前

8、，三维地震勘探可基本查明落差5 m以上的断层和波幅大于5 m的褶曲，解释35 m的断点，圈定直径大于20 m的地质异常体（如陷落柱、冲刷无煤带及火成岩侵人体等），在条件较好的地区精度更高。三维地震勘探成果现已成为采区设计和综采工作面布置的重要依据。三维地震勘探作为煤矿地质保障系统的核心技术，以其成本低、速度快、效果好、经济效益和社会效益明显等优点受到煤矿企业的青睐和重视，现已成为煤矿采区精细勘探的首选技术之一。特别是近5年来，三维地震勘探技术的应用愈来愈广泛，取得了显著的地质勘探效果。2.2矿井突水灾害源高分辨探测技术与方法利用电磁法对水的敏感性，展了地面和井下电磁法探测技术和仪器装备的开发研

9、究。其中地面电磁法包括瞬变电磁场法、高分辨自动电阻率法、大地电磁测深(AMT/MT)、可控源声频大地电磁测深(CSAMT)、磁偶源频率测深技术等，用于地下含水构造等低阻地质异常体的探测，及煤矿采区水文地质条件补充勘探。井下电磁法主要包括直流电法和音频电透视法等，被广泛用于探测工作面煤层顶底板含水构造、探查巷道侧帮和掘进前方的断裂破碎带、隐伏含水、导水构造、老空积水、潜在突水点等。目前这些水害探测技术已经比较成熟，在我国东部一些大水矿区得到广泛的应用。2.3其他井下构造探测技术除了三维地震勘探技术和电磁法探测技术外，我国还进行了井下槽波地震探测技术及弹性波CT层析成像技术和井下瑞利波探测技术的探

10、索研究和实践，取得了较好的地质效果。其中槽波勘探主要用于探测综采工作面范围内落差大于1/2煤层厚度的小断层、直径15 m的冲刷无煤区、陷落柱等，探测距离最大可达1000 m以上。但由于其设备庞大，井下施工复杂，而且受煤层的槽导性影响较大，探测效果不稳定，目前已逐渐退出市场。瑞利波勘探主要用于掘进巷道超前探测小断层、陷落柱、采空区、煤层厚度变化、煤层顶、底板构造探测和瓦斯防突检测等，探测距离可达5080 m，近年来先后进行了仪器的更新换代和资料处理软件的升级，探测深度和精度均不断提高，且仪器轻便、操作简单，受到煤矿地质人员的青睐。3 采场顶板控制技术及装备3.1液压支架及配套装备十五以来，国家对

11、煤炭开采装备方面给予了重大支持，开展了一系列的技术攻关，在薄煤层、中厚煤层、大采高和大倾角液压支架技术及装备取得了一批重大科研成果。1）大采高煤层由煤科总院、神华集团及骨干煤机制造企业开展的“年产600万t综采成套装备技术”中研制了首套具有二级护帮和准刚性稳定机构的大采高液压支架，在采高达到时仍可有效控制煤帮；以及具有自主知识产权的支架电液控制系统，实现了高负荷条件下支架的自动移架。后来又进一步研发了7.2超大采高综采成套装备，首次实现了7以上超大采高一次采全高技术，研制出首套支护高度7.2、中心距2.05、工作阻力18800的超大采高液压支架，实现了7特厚煤层采煤方法的突破。2）薄煤层天地科

12、技股份有限公司与冀中能源峰峰集团和中国矿业大学等单位合作，自主研发了基于滚筒式采煤机的薄煤层自动化综采成套装备，发明了板式新结构、超大伸缩比薄煤层智能型液压支架，突破液压支架工作阻力决定最小高度的极限，使支架最小高度降低到0.45m，实现了0.61.3薄煤层安全高效开采。3）大倾角煤层天地科技股份有限公司等单位在国家“十一五”科技支撑计划课题和国家“863”计划课题等资助下，研制了大倾角工作面液压支架及电液控制系统、大功率大倾角电牵引采煤机、刮板输送机成套装备，发明了大倾角低位放顶煤液压支架，创新“自撑邻拉底推顶挤” 刚柔并行的液压支架防倒防滑装置，突破了35°56°大倾角

13、煤层综采、综放开采的关键技术难题。4）特厚煤层“十一五”国家科技支撑计划重点项目“特厚煤层大采高综放成套技术与装备”针对我国1420特厚煤层条件，开展了大采高综采放顶煤开采工艺、工作面装备、巷道支护、辅助设备、安全保障及技术标准化等成套技术与装备研发，创新研制了世界首台工作阻力15000、最大高度5.2的大采高放顶煤液压支架，实现了1420特厚煤层大采高放顶煤工作面采放均衡生产，达到了年产量1000万的目标。3.2特殊顶板赋存条件控制技术1）破碎顶板控制技术控制破碎直接顶最简单的方法是采用全封闭式的方法。如采用及时移架，整体顶梁，长侧护板封闭架间空隙，采用伸缩梁、折叠梁及时封闭端面顶板。此外在

14、局部冒顶片帮严重，有地质构造的地段，可采用锚杆或注浆固化的方法，以改善围岩力学性质。对端面距过大而引起频繁冒顶的工作面，应提高顶梁端部的支撑能力及采取及时支护的移步工作方式，对顶梁上有浮矸接顶不良的情况，应推广带压移架或擦顶前移。2）坚硬顶板控制技术开采坚硬顶板的煤层，采后顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程规定时，必须停止采煤，采取措施强制放顶。国内控制坚硬顶板的主要方法有爆破等，其爆破顶板的处理方法有很多种，如循环式浅孔爆破、步距式深孔爆破、超前深孔预裂爆破等，但因超前深孔预裂爆破不影响工作面生产故应用最为广泛。爆破后能有效地破碎坚硬顶板，降低应力集中程度，从而大幅度消除冲击危险。3）冲击矿压

15、区域顶板受冲击地压威胁的煤矿应有专人负责冲击地压预测预报和防治工作。对冲击地压煤层，巷道支护不得使用刚性支架。开拓巷道、永久硐室不得布置在冲击地压煤层中。开采冲击地压煤层时应采取垮落法管理顶板，切顶支架应有足够的工作阻力，采空区中所有支柱必须全部回撤，一般不得留有煤柱。开采应力集中区煤层和回收煤柱时，必须制定防治冲击地压的安全措施。4）大采高煤壁片帮冒顶防治对于大采高开采来说，一般可以通过提高支架的初撑力和支护阻力以及改善并合理利用伸缩梁和护帮装置有利于缓解煤壁片帮，此外，适当降低采高，减小空顶距，加快工作面推进速度也可以有效降低煤壁片帮。在采用一般技术措施无法达到很好的效果时，可采用压注和锚

16、注化学浆液加固煤体或顶板。3.3工作面特殊地点及时期控制技术1）工作面端头顶板控制技术工作面端头的顶板控制，可采用端头液压支架与超前支护液压支架，实现工作面端头的超前机械化支护，相对于传统的单体支柱和金属顶梁支护系统具有更高的控顶能力。2）工作面末采时间顶板控制技术可采用预铺金属网保护撤架空间、采取适宜的撤架方向及次序、利用掩护支架维护足够的工作空间，为安全、高效的回收支架创造条件。尤其在大倾角煤层及分层开采的网下工作面，更应重视撤架后围岩活动规律。采取护架辅助巷的方法，也可以在一定条件下加快撤架速度，改善架后空间围岩控制效果。4 巷道顶板控制技术及装备随着矿井开采深度、强度增加，煤矿生产地质

17、条件日趋复杂，复杂困难条件下的深部高地应力、强烈采动影响、松软破碎围岩巷道及特大端面巷道和硐室等所占比例越来越大，巷道维护困难已成为制约煤矿安全高效开采的瓶颈，巷道围岩控制是煤矿开采中亟待解决的关键问题之一。十五以来，在国家的大力支持下，巷道围岩控制技术不断创新，取得了长足的发展，具体表现在以下几个方面：4.1金属支架支护 在传统矿用工字钢材及U型钢材的基础上进行了支架材质及结构设计优化，改进了支架本身的力学性能，提高了支架承载能力；研究和发展了力学性能较好、使用可靠、方便的拉杆、背板等连接组件；研究、设计了多种新型实用可缩性金属支架；提出了确定巷道断面和选择支架的重要方法；重视巷旁充填和壁后

18、充填方法，研制了多种巷道壁厚充填材料，形成了成熟的壁厚充填工艺，大大提高了支架的承载能力。4.2锚杆索及注浆支护 锚杆支护方面：研制了系列高强度锚杆，杆体最大屈服强度高达600MPa，完善了金属网、钢带等组合构件，开发了小孔径预应力锚索；形成了不同的锚杆结构，如机械式、粘结式及摩擦式，同时形成了不同变形特质的刚性锚杆（小变形）、柔性可伸长锚杆（增阻式及恒阻式，大变形）；研究出多种锚固方式，如端头锚固、全长锚固、无预应力的被动承载型锚固和高强预应力主动承载锚固；摸索出多种实用的锚杆支护结构形式，在稳定围岩条件下成功应用单体锚杆支护形式，在松散破碎围岩条件下采用组合锚杆（锚网、锚梁网等）支护形式，

19、在复杂围岩条件下采用了联合支护（锚喷、锚架、锚注等）支护形式，在大断面条件下采用了锚杆桁架等支护形式；改进了锚杆施工机具，形成了多种型号的单体顶、帮锚杆钻机、锚杆台车以及掘进、支护一体化的掘锚机组；研发了专用的锚杆（索）预紧机具，如扭矩倍增器、扭矩扳手、张拉千斤顶等，可以提供几百N.m到数千N.m不等的扭矩；喷射混凝土施工机具得到了进一步发展，研制了多种型号的干、湿式混凝土喷射机，同时机载式临时支护机也随着锚杆支护作业的需要应运而生。注浆加固方面：掌握了随机裂隙岩体、遇水弱化泥质围岩注浆渗流与控制规律；形成了巷道滞后注浆力学分析方法、控制技术及施工工艺；研制了超细水泥基注浆材料、聚氨酯基化学注

20、浆材料及聚氨酯、硅酸盐复合浆材。4.3沿空巷道支护方面提出了沿空巷道围岩大小结构稳定性原理，沿空巷道基本顶三角块结构力学模型及其稳定性分析，确定了护巷窄煤柱的合理宽度，沿空巷道旁支护体的主要参数；形成了以“三高”锚杆巷内基本支护+巷内辅助加强支护+巷旁充填墙体支护的三位一体整体控制技术；研制了巷内自移式巷内辅助加强支架、综合机械化模板支架以及快速留巷充填工艺系统；研制了高水充填材料以及CHCT巷旁充填材料。5 顶板管理规定与经验5.1强化科技和装备2012年国家安全监管总局发布了关于加强安全生产科技创新工作的决定（安监总科技2012119号），明确提出以防范事故、提高安全科技保障能力为目标，加

21、强关键技术与装备科技攻关，煤矿领域要突出防治瓦斯、水、顶板、冲击地压、火、地温等灾害，开展灾害防治和监测预警、深部矿井地质灾害防治、中小煤矿机械化开采等关键技术与装备研究。注重筛选和大力推广对于事故防治切实有效的先进适用技术、工艺，切实提高企业防范事故能力。煤矿领域要重点推广顶板安全综合监测预警等先进适用技术。2008年，国家安全监管总局和国家煤矿安监局发布了关于加强煤矿顶板管理工作的通知（安监总煤行2008176号），明确指出：煤矿企业要积极推进支护方式改革，推广应用顶板支护新技术、新工艺、新材料，推广采掘机械化，推广锚杆、锚索、锚网、锚喷等支护技术，组织对冲击地压、“三软”煤层、复合顶板、

22、极破碎顶板等支护技术难题的科技攻关。禁止使用巷道式、高落式非正规采煤方法，仓储式采煤法以及回采工作面使用木支柱支护(800mm以下煤层除外)和金属摩擦支柱支护的，必须在规定期限内予以淘汰。积极开展软岩支护、冲击地压、区域性采空区大面积悬顶、复合顶板、极破碎围岩的监测与控制等方面的技术研究工作。加大资金的投入力度，推动矿井采掘装备持续更新，大力提高采掘机械化程度，逐步提高综采两巷超前支护和搬运、安撤机械化程度，实现掘进装备配套和运输连续化，不断提升采掘装备水平和辅助运输水平，提高工作面单产单进水平和安全保证能力，降低工人劳动强度，改善井下安全生产条件，有效防止顶板事故的发生。5.2完善技术措施2

23、008年，国家安全监管总局和国家煤矿安监局发布了关于加强煤矿顶板管理工作的通知（安监总煤行2008176号），明确指出：每个采掘工作面、巷道维修工程都要制定作业规程和安全技术措施，遇有过老巷、煤柱、地质构造破碎带等特殊情况时，要及时补充安全技术措施，并按规定审批、组织作业人员学习贯彻后，方可组织实施。要加强对作业人员顶板管理知识的教育培训工作，增强防范顶板事故的意识和能力，切实做到严格执行敲帮问顶制度，严禁空顶作业。优化开采布局，从源头上为顶板安全管理提供便利。全国煤矿企业严格按照煤矿安全规程和行业技术规范进行。采区、采煤工作面布置及回采顺序要科学、合理， 应根据矿井地质条件，合理确定设计方案

24、，减少孤岛采煤和带采煤柱现象。相邻煤层联合开采的，要选择好上下层之间合理的开采错距，避免应力叠加。主要巷道布置要尽量避开构造应力集中区。采掘工作面支护方式、支护强度设计要科学合理可靠。强化地质探测，为顶板质量评估提供可靠地质数据。全国各煤矿企业尤其是整合矿井应加大矿井地质勘探力度，查明矿井地质情况，加强地质资料的分析研究，掌握煤层赋存情况、地质构造、顶底板岩性、煤岩物理力学参数和矿压显现规律，抓好采区、采掘工作面地质情况的预测预报工作，为顶板管理提供可靠的基础资料。完善各项规程、技术措施，确保顶板管理有据可依，有章可循。要按照煤矿安全规程和行业技术规范，根据所采煤层顶底板岩性和矿压显现情况，制

25、定采掘工程支护设计方案，确定相应的支护方式和支护参数；条件发生变化时，要及时进行调整。采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。采煤工作面遇顶底板松软或破碎、过断层、过老空、过煤柱或冒顶区以及托伪顶开采时，必须制定安全措施。近年来发生的煤矿顶板事故已经反映了部分煤矿企业对作业规程学习不认真，传达不全面，贯彻不到位。例如2012年5月20日，辽宁省沈阳焦煤有限责任公司清水二井煤矿发生一起顶板事故，造成12人被困，其中3人获救、9人死亡。据初步分析，事故原因是：巷道掘进时采用锚杆、锚索挂网喷浆支护，但锚索支护不及时；因遇到地质构造带顶板压力增大，原有支护方式强度不够，该矿决定采用架棚（

26、架设36U型钢可缩支架）方式加强支护，但施工时未采取有效的安全技术措施，发生大面积冒顶，导致事故发生。5.3紧抓现场管理煤矿企业要高度重视顶板管理工作，明确分管负责人和分管业务部门，配备足够的专业技术人员，健全完善有关规章制度，明确岗位责任。加强基层作业人员建设，充分发挥基层作业人员在顶板管理中的作业。切实加强基层作业人员建设，特别是加强基层作业人员的培训和安全教育，提高他们的素质，使他们在顶板管理中发挥积极的作用。加强现场管理需要突出重点，例如过老巷、过采空区、过煤柱、过地质构造带、跨巷、巷道贯通、工作面（头）初采初放（开口）、工作面收尾、过（维修）垮冒区等，必须由总工程师（技术负责人）编制

27、专门的安全技术措施。除加强现场顶板管理以外，还结合具体情况，在总结经验的基础之上，制定顶板系列标准和规范，作为日常顶板管理工作的依据，保证顶板管理工作的有章可循，有制度可依。5.4加强检查监测2008年，国家安全监管总局和国家煤矿安监局发布了关于加强煤矿顶板管理工作的通知（安监总煤行2008176号），明确指出：煤矿企业要加强矿井地质勘探和地质资料的分析研究，以及矿压观测工作，掌握煤层赋存情况、地质构造、顶底板岩性、煤岩物理力学参数和矿压显现规律，抓好采区地质情况的预测预报工作，为顶板管理提供基础资料。煤矿企业应定期开展顶板压力观测工作，建立矿压资料档案，为制定针对性控顶安全措施提供依据。初次

28、放顶、初次来压及周期来压，工作面收尾及地质构造带必须制定专项措施。各煤矿企业对于新开采的煤层，尤其要首采工作面做好矿压动态监测工作，为以后采掘工作面支护设计、选择合理支护参数提供第一手资料。6 顶板监测技术及装备6.1 顶板监测技术发展历程随着矿压理论的发展和完善，矿压监测技术得到系统发展。顶板监测技术作为矿压监测技术的重要组成部分，其发展始于70年代，大致经历了4个发展阶段，各个阶段具有典型的时代特征。顶板监测技术发展历程见表1。表1 顶板监测技术发展历程一览代别发展阶段时间特点代表性技术/产品I机械监测70年代80年代初以机械结构为主工艺比较粗糙；数据人工采集；测量精度低顶板动态仪、圆图记

29、录仪、测杆、测枪、巷道断面收敛仪、液压枕、顶板离层仪II电子监测80年代初90年代应用传感器测量技术；CMOS数字电路的低功耗设计；蓄电池仪表供电方式；报警及数字显示钢弦式压力盒、应变式压力检测仪、数显式顶板动态仪、巷道断面收敛仪和数字式顶板下沉速度报警仪III智能监测90年代90年代末数据自动采集、存储及通讯；具备了一定的分析和处理功能；低功耗和仪器小型化；标准的数字通讯接口电脑动态仪、防爆激光断面检测仪、综采压力记录仪、单体支柱压力记录仪、锚杆锚索测力记录仪、超声波围岩松动圈测量仪、便携式电磁辐射检测仪IV智网监测90年代末至今多功能数据处理分析；以太网接口；海量存储技术；智能化传感器；信

30、息共享煤矿顶板灾害监测系统、基于光纤光栅传感技术的煤矿顶板安全在线监测系统、电磁辐射检测仪和围岩破裂带微震监测技术6.2 顶板监测技术及装备现状从90年代末，顶板监测技术开始大量应用嵌入式计算机技术和以太网技术，监测设备不仅具有PC计算机的数据处理及分析功能，而且还可接入到网络，打破了矿压监测的地域界限，实现了矿区局域网的信息共享，标志着顶板监测技术进入智网监测阶段。代表性技术有基于传感器的煤矿顶板安全在线监测技术、岩体/煤体内部应力场电磁波辐射探测技术和围岩破裂带微震监测技术，三者均可实现井下矿压数据的实时采集、传输与地面数据的在线处理及预警，体现了现阶段顶板监测技术的最高水平，三大技术介绍

31、如下：1）基于传感器的煤矿顶板安全在线监测技术该技术通过各种不同功能的传感器（如应力传感器、位移传感器、应变传感器、光纤传感器等）将监测指标的不同形式的物理量（如应力、应变、位移、压力等）转变成便于记录及再处理的数字信号或者光信号，通过相应的信号处理仪器对监测的数据进行处理，处理结果上传至监控主机，构成一套合理的煤矿顶板安全在线监测系统。较为典型的有煤炭科学研究总院开采设计研究分院研制的“KJ21煤矿顶板灾害监测系统”和中国矿业大学研制的“基于光纤光栅传感技术的煤矿顶板安全在线监测系统”，二者的区别在于前者采用钢弦式、压阻式等传统传感器，后者则采用新型光纤传感器。光纤传感技术具有灵敏度高、抗干

32、扰能力强、耐高温、抗腐蚀、质量轻、体积小、传输损耗小、复用性好、维护费用低等诸多传统传感技术不可比拟的优点。2）煤岩体内部应力场电磁波辐射探测技术煤岩体在受载变形过程中有不同程度的电磁辐射产生，电磁辐射强度与载荷有很好的一致性。该技术利用这一原理，通过监测电磁辐射幅值和脉冲数两个参数来分析煤岩体内部应力场集中程度及分布情况，进而预测煤层冲击矿压危险性。较为典型的的设备有中国矿业大学研制的KBD7电磁辐射监测仪，该设备可以传感器形式挂接到KJ系列煤矿安全监测系统联网运行，有效预测范围为722米，最大可达50米；预测无冲击危险的准确率达100%，有冲击危险的准确率达70%以上。3）围岩破裂带微震监

33、测技术矿山开采过程中，采掘工作面附近岩层会产生应力集中现象，从而导致煤岩体的破裂，伴随着能量的释放，形成矿震，能量以震动波的形式传播出去。微震监测技术就是利用地震传感器捕捉这些地震波信号并提取识别其携带的破裂源的信息，最终确定破裂的发生时间、空间位置以及强度。代表性的设备有SOS微震监测系统，该系统可对矿井矿震信号进行远距离（最大10 km）、实时、动态、自动监测，根据观测到的微震能量水平、震动位置变化规律捕捉冲击矿压危险信息，并进行冲击矿压预测预报。6.3 存在的问题虽然目前我国顶板监测技术处于智网监测阶段，设备为第IV代水平，较传统监测技术及设备有了质的飞跃，但我国现有煤矿顶板监测技术及设

34、备并不能够完全满足安全高效开采对顶板监测的要求，具体体现在以下6个方面：1）煤矿顶板监测设备“新老并存、老多新少”以三大技术为代表的第IV代监测设备在全国多个矿区得到了成功应用，但就煤矿系统而言，新型顶板监测设备应用偏少，第II代甚至第I代的监测设备还在大量使用。2）煤矿顶板监测设备复用率低顶板监测设备大多可重复使用，但在实际应用中，因为缺乏有效保护或者拆卸困难，复用率极低，造成了资源的巨大浪费。3）监测设备研制滞后，指标体系更新支护技术装备的发展使得原本为顶板事故隐患的指标不再需要预警，同时随着开采条件趋于复杂，新型监测指标不断出现、急需预警，而现有监测设备及预警技术更新慢，不能满足监测及预

35、警要求。4）设备投入大、人力投入少顶板监测重视程度不够，虽然在设备方面投入不断加大，但在人力方面投入少，相当一部分煤矿没有专门矿压数据分析人员及矿压设备维护人员，观测资料得不到充分解读及分析。,5）监测设备生产厂家“厂多厂小、大厂偏少”据不完全统计，目前我国生产顶板监测相关设备的厂家多达1200家，且普遍规模较小，研发能力弱、力量散，只有个别依托高校及规模较大的厂家具有新品研制能力。7 结束语近年来煤矿顶板安全管理取得长足进步，我国煤矿顶板事故总起数和总死亡人数逐年下降，系统总结顶板管理技术创新及经验意义重大。但随着采深增加，煤矿开采条件趋于复杂，矿顶板安全技术和管理提出了更高的要求，我国顶板

36、安全管理的形势依然严峻。需在地质保障、顶板控制和监测技术、管理等方面系统创新，以不断提高我国煤矿顶板安全管理技术水平。经过几十年的发展，地质探测及保障系统技术初步实现了顶板地质条件的精细化勘查，但从总体上看，目前的矿井地质保障系统技术仍然不够成熟和完善，对地质条件的探测精度还不能完全满足生产的要求。以矿井地质规律分析技术方法为基础，以先进的计算机信息处理技术为先导，物探和钻探技术相结合，建立起一套采区和工作面地质条件探测和评价综合配套技术，对煤矿采区、综采工作面和掘进巷道前方开采地质条件进行综合探查和评价，准确查明和预测影响开采的各种地质因素，不断提高探测精度，并将地质探测和采区揭露的地质信息

37、实现一体化动态管理，快速、准确、实时地为矿井安全高效生产提供地质保障，是以后煤矿地质保障技术发展的主要方向和相关科技人员的基本任务。顶板监测监控技术初步融合了计算机技术、光纤通信技术和传感器技术，更趋智能化、高效化和网络化，弥补了传统监测设备的诸多不足，但由于矿山压力的复杂性及地质条件、开采状况、控制手段的多样性，现有监测技术及设备并不能够完全满足安全高效开采对顶板监测的要求，因此发展信息化、智能化的顶板监测技术仍极为迫切。参考文献1 侯朝炯团队.巷道围岩控制M.徐州:中国矿业大学出版社,2013.2 陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制M.徐州:中国矿业大学出版社,2004.3 王国法.煤炭

38、综合机械化开采技术与装备发展J.煤炭科学与技术,2013,41(9):44-48,90.4 晨春翔.中国煤矿锚杆支护技术现状和发展趋势C /煤炭科学研究总院.现代煤炭科学技术理论与实践-煤炭科学研究总院50周年院庆科技论文集.北京:煤炭工业出版社,2007.5 国家安全监管总局，国家煤矿安监局. 关于加强煤矿顶板管理工作的通知EB/OL. 国家安全生产监管管理总局网，2008-09-28. 6 国家安全监管总局，国家煤矿安监局. 关于近期三起煤矿顶板事故的通报EB/OL. 国家安全生产监管管理总局网，2012-05-25. 7 国家安全监管总局. 关于加强安全生产科技创新工作的决定EB/OL.

39、 国家安全生产监管管理总局网，2012-09-19. 8 董书宁.煤矿安全高效生产地质保障技术现状与展望J.煤炭科学技术,2007,35(3):1-5.9 李恒堂,雷宝林,杨光明.我国煤矿地质保障系统技术发展现状和前景J.煤田地质与勘探,2005,33(增刊):9-13.10 韩德馨,彭苏萍.我国煤矿高产高效矿井地质保障系统研究回顾及发展构想J.中国煤炭,2002,28(2):5-10.11 程建远.中国煤矿采区地展勘探技术的回顾与展望J.煤田地质与勘探, 2004,32(增刊):30-35.12 彭苏萍.建立与完善我国煤矿高产高效矿井地质保障系统的几个问题.中国科协第31次“青年科学家论坛”

40、论文集北京:煤炭工业出版社,1998.13 疏礼春.煤矿顶板动态在线监测系统J.煤矿安全,2012,43(10):92-96.14 韩望月. 煤矿顶板动态监测系统的应用研究J.太原城市职业技术学院学报,2013,(7):183-184.15 付东波,徐刚.煤矿顶板与冲击地压综合监测系统应用实例分析J.煤炭科学技术,2013,41(增刊):14-16.16 王恩元,刘晓斐,李忠辉,何学秋电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用J. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）, 2012,31(5):642-645.17 张明伟,窦林名,王占成,郑玉友.深井SOS微震监测系统建设与应用J.煤矿开采, 2010,15(2):16-20.18 姜福兴.微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应用J.岩土工程学报, 2002,24(2):147-149.23