白小宗

(西山煤電(集團(tuán))公司 總調(diào)度室，山西 太原 030053 )

隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全的日益重視及監(jiān)管力度的不斷強(qiáng)化，我國(guó)大部分煤礦都安裝了頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)了對(duì)頂板的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。西山煤電(集團(tuán))公司杜兒坪礦建立的頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是礦—集團(tuán)公司二級(jí)全方位對(duì)全礦井礦壓在線監(jiān)測(cè)的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它是利用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線信息技術(shù)，通過(guò)KJ216 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煤巖層的賦存特點(diǎn)和物理力學(xué)性質(zhì)、布點(diǎn)方式等進(jìn)行分析研究，并將相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至相關(guān)人員，增強(qiáng)了對(duì)井下頂板變化情況掌握的及時(shí)性，也為頂板管理決策提供科學(xué)透明的參考。杜兒坪礦經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐應(yīng)用，證明該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，對(duì)礦井頂板治理、保障安全生產(chǎn)、預(yù)防頂板事故具有重要意義。

1 工作原理

根據(jù)礦井頂板的安全現(xiàn)狀及現(xiàn)有的礦山安全監(jiān)測(cè)技術(shù)并通過(guò)礦井頂板測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，變換和設(shè)計(jì)一個(gè)基于RS485 總線，系統(tǒng)RJ216 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用AVR 單片機(jī)作為主控芯片。該系統(tǒng)由錨桿測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)，延伸、擴(kuò)展通信站，監(jiān)控主機(jī)和PC 平臺(tái)。布局超過(guò)一個(gè)測(cè)力錨桿區(qū)域，每個(gè)測(cè)力錨桿連接到一個(gè)擴(kuò)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所有的一個(gè)區(qū)域連接到一個(gè)擴(kuò)展通信站監(jiān)視，主機(jī)監(jiān)控所有監(jiān)控分機(jī)通信站，監(jiān)控主機(jī)與地面連接?；赗J216 主從模式的系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括16 個(gè)擴(kuò)展通信分站，每個(gè)擴(kuò)展通信站有64 個(gè)分機(jī)監(jiān)視器。掃描一個(gè)監(jiān)控分機(jī)需2 s，0.5 可掃描整個(gè)系統(tǒng)，滿足了該礦井的需求。

2 監(jiān)測(cè)分析

1)主要巷道監(jiān)測(cè)。

a)通過(guò)離層位移傳感器(KGE30)主要監(jiān)測(cè)頂板離層位置、速度變化，兩幫變形區(qū)域，是為了連續(xù)監(jiān)測(cè)頂板失穩(wěn)的征兆，避免頂板事故的發(fā)生，識(shí)別巷道穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)所處的安全等級(jí)進(jìn)行。

b)通過(guò)錨桿載荷應(yīng)力傳感器(KBY60)對(duì)巷道頂板、兩幫錨固力及錨固力沿著錨桿長(zhǎng)度變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板錨桿錨固力安全性能進(jìn)行的評(píng)價(jià)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

2)回采工作面監(jiān)測(cè)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)端頭支架的工作阻力變化規(guī)律，提供最優(yōu)的端頭支護(hù)方式及參數(shù)，分區(qū)監(jiān)測(cè)工作面內(nèi)支架的工作阻力變化規(guī)律，可為評(píng)估支架效果及支架對(duì)頂板的適應(yīng)性提供依據(jù)。

3)超前支承壓力監(jiān)測(cè)。

在超前順槽鉆孔內(nèi)埋設(shè)傳感器，對(duì)走向超前支承壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其目的是確定超前支承壓力的影響范圍、峰值影響區(qū)及其大小，在保證采區(qū)巷道及周邊巷道穩(wěn)定性的前提下，實(shí)現(xiàn)工作面的安全高效回采，可為確定超前支護(hù)范圍及預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生提供可靠依據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

1)軟件系統(tǒng)功能。

頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全部采用B/S 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在服務(wù)器端安裝了一套軟件，系統(tǒng)在功能需求和系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上分為:井上計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)、報(bào)警;井下現(xiàn)場(chǎng)顯示數(shù)據(jù)和報(bào)警;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄存儲(chǔ);分站及接收系統(tǒng)后備存儲(chǔ)功能;連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線顯示、分析;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合專業(yè)化分析;歷史數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表輸出;公司、礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)功能;短信自動(dòng)群發(fā)報(bào)警(見(jiàn)圖1)。

圖1 KJ216 頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

a)井上、下數(shù)據(jù)報(bào)警模塊。頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及客戶端能實(shí)時(shí)顯示傳感器測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和圖形，當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超限時(shí)能自動(dòng)報(bào)警并存儲(chǔ)記錄。井下的壓力監(jiān)測(cè)分站、各種傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，剔除了設(shè)備干擾及人為因素。通訊分站可實(shí)時(shí)顯示每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并有報(bào)警狀態(tài)指示。

b)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢模塊。井上監(jiān)測(cè)服務(wù)器能根據(jù)設(shè)置的記錄周期將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。

c)管理信息數(shù)據(jù)查詢模塊。軟件支持服務(wù)器端和客戶端的歷史曲線和測(cè)線加權(quán)數(shù)據(jù)分析。CMPSES 監(jiān)測(cè)分析軟件綜合了礦壓理論數(shù)學(xué)模型，支持綜合專業(yè)化數(shù)據(jù)分析。

d)無(wú)線信息發(fā)布模塊。監(jiān)測(cè)報(bào)警數(shù)據(jù)可通過(guò)GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)群發(fā)給相關(guān)人員。

2)井下系統(tǒng)功能。

KJ216 頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)井下部分包括:本安型分站、頂板離層監(jiān)測(cè)傳感器、錨桿/錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器、鉆孔應(yīng)力傳感器以及系統(tǒng)供電電源等。井下部分采用兩級(jí)隔離485 總線，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。井下通訊主站單模光纖與井上的頂板監(jiān)測(cè)服務(wù)器相連，見(jiàn)圖2。

圖2 井下KJ216 頂板動(dòng)態(tài)設(shè)備分布圖

4 典型案例

1)2006 年6 月，某礦采面上部三角帶懸頂面積過(guò)大，工作面處于周期壓力顯現(xiàn)狀態(tài)，但實(shí)際工作面下部多進(jìn)9 m，形成了6°的仰斜開(kāi)采，且工作面局部超高。在頂板離層、硬幫出現(xiàn)斷裂的情況下，繼續(xù)向前開(kāi)采，每隔10 m 設(shè)1 個(gè)頂板離層測(cè)點(diǎn)，從KJ216 頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，查看10 個(gè)頂板離層儀曲線，見(jiàn)圖3，頂板離層量已經(jīng)超過(guò)臨界值，立即下達(dá)命令，要求隊(duì)組停止生產(chǎn)，加強(qiáng)支護(hù)，及時(shí)避免了頂板事故的發(fā)生。

圖3 離層傳感器曲線圖

2)根據(jù)杜兒坪礦回采工作面超前支承壓力對(duì)沖擊地壓等現(xiàn)象有直接影響的現(xiàn)狀，每隔10 m 安設(shè)1個(gè)鉆孔應(yīng)用傳感器，通過(guò)傳感器對(duì)超前支承壓力進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)用KJ216 軟件進(jìn)行智能化科學(xué)分析，得出工作面超前支承壓力范圍約為32 m，超前支承壓力峰值約為18 MPa，距工作面6 ～8 m，應(yīng)力集中系數(shù)約為2.1，為杜兒坪回采工作面的支護(hù)提供了依據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是預(yù)防頂板事故的基礎(chǔ)保障，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以對(duì)井下頂板動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)井上計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)及井下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，如有異常立即報(bào)警，并且井下數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)線傳輸、巷道局域網(wǎng)傳輸或電話線傳輸，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸故障時(shí)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)。歷史數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表輸出，能形成局、礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)目前的發(fā)展形勢(shì)，頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為煤礦企業(yè)必須安裝使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分發(fā)揮其作用，可有效降低煤礦頂板事故發(fā)生率。