黃燕波

1 引言

隨著礦山采煤深度和開采難度不斷的加大，與此同時開采過程中將會出現(xiàn)一系列的難題，比如，礦山壓力將增大，巷道支護越發(fā)困難，圍巖變形更加嚴重等等，這其中巷道圍巖變形是最為重要的問題[1]，直接影響煤礦的安全開采，它是指工作面巷道在非自然因素作用下發(fā)生的變形，如形狀或者尺寸的變化。巷道變形將會對井下生產(chǎn)、運輸、通風、排水等均有不同程度的影響，甚至對礦工的生命造成威脅，因此對于煤礦安全生產(chǎn)來說，合理科學及時的掌握巷道變形情況、分析巷道變形趨勢有著非常重要的作用[2]?，F(xiàn)有階段下，對巷道變形進行監(jiān)測的手段主要是人工測量，該方法精度不高、而且效率低下[3-4]，本文采用KJ26 多基點位移監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對巷道變形的在線實時監(jiān)測，并且能夠?qū)撛诘臑暮崿F(xiàn)及時預警，極大地提高了監(jiān)測效率。

2 KJ26多基點位移監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

KJ26多基點位移監(jiān)測系統(tǒng)，專為同煤大唐塔山煤礦定制的一套多點位移計在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用環(huán)行總線結(jié)構(gòu)，接入傳感器可以用于全礦井多類型礦壓參數(shù)監(jiān)測，圍巖變形的位移量測量。本系統(tǒng)的主要特點是全國首家一表同步監(jiān)測12 路測點多點位移計。可以同步監(jiān)測同截面內(nèi)頂板下沉位移量和兩幫巖體的變形情況。適用于各種頂板構(gòu)造復雜，來壓較大容易變形的巷道監(jiān)測。

2.2 系統(tǒng)可監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測目的

觀測的內(nèi)容包括：通過巷道深部圍巖的頂板巖層離層、兩幫變形量?？烧莆枕敯寤顒右?guī)律與左右兩幫變形情況綜合分析兩者之間規(guī)律，隨時監(jiān)控巷道頂板、左右兩幫位移、變形情況，研究基于錨桿的支護體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定規(guī)律，判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的離層情況以及錨桿支護參數(shù)的合理性。通過巷道變形情況監(jiān)測分析、掌握巷道深部圍巖活動規(guī)律，判斷出巷道圍巖變化趨勢，確定巷道圍巖位移的范圍。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)主要由地面中心站監(jiān)控主機和軟件、KJ26-J信息傳輸接口、通訊電纜、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱、KJ26-F 井下礦用本安分站、YHY60表頭、GUD200 礦用本安型位移傳感器及防雷柵等單元構(gòu)成。

監(jiān)測系統(tǒng)分井下和井上兩大部分，見圖1。，硬件結(jié)構(gòu)使用統(tǒng)一的總線地址編碼，系統(tǒng)的實際布置上分站可以混合排列，監(jiān)測服務器通過通訊協(xié)議區(qū)分數(shù)據(jù)類型。井上檢測服務器（計算機）可接入礦區(qū)局域網(wǎng)絡，支持網(wǎng)絡在線監(jiān)測和信息共享。

圖1 KJ26礦山壓力位移監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（以太環(huán)網(wǎng)通訊模式）

本系統(tǒng)分為2 大部分：底層硬件及傳輸和上層軟操作軟件及聯(lián)網(wǎng)。

（1）底層硬件實時監(jiān)測采集位移變化數(shù)據(jù)，并經(jīng)井下分站編譯將數(shù)據(jù)通過井下環(huán)網(wǎng)傳到監(jiān)控室監(jiān)控PC機；

（2）上層操作軟件將接收到的數(shù)據(jù)按照一定的算法進行數(shù)據(jù)處理，并實時顯示在監(jiān)控PC 機界面上，將監(jiān)控PC機接入局域網(wǎng)，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享。

整個巷道最大設置99個位移測站，每個測站同時檢測巷道同一截面的兩幫和頂板位移12個測點，其中左右兩幫幫各布置5個位移測點，頂板布置2個位移測點。每幫根據(jù)高度平均分布5個位移測點5個測點深度分別為1 m、2 m、3 m、4 m、5 m。頂板2 個測點深度分別為8 m、10 m。

每個多點位移監(jiān)測站通過RS-485 數(shù)據(jù)通訊線纜將數(shù)據(jù)通過電信號傳輸?shù)酵ㄓ嵎终荆ㄓ嵎终窘y(tǒng)一巡檢編譯99個多點位移監(jiān)測分站數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡編譯分站輸入井下環(huán)網(wǎng)。

圖2 多點位移監(jiān)測站平面安裝結(jié)構(gòu)圖

3 具體實施方案

8204-2工作面是塔山礦設計的第一個雙側(cè)臨空綜放工作面，工作面在掘進及回采過程中的礦壓顯現(xiàn)強度的觀測與分析顯得尤為重要，是為后期塔山礦乃至集團公司同類型千萬噸礦井特厚煤層綜放工作面孤島開采提供理論依據(jù)，為保證本工作面礦壓觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準確性、及時性，我們計劃在工作面布置表面位移監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測頂板、煤柱側(cè)、采煤幫側(cè)表面位移情況，本文由于篇幅限制，僅以5204-2巷表面位移監(jiān)測為應用實例，具體方案如下：

5204-2巷表面位移監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測長度為1 150 m（包括煤柱變化段、見方段），共布置30個觀測斷面，分別監(jiān)測頂板離層、兩幫移近情況，其中頂板布置2個位移測點，兩幫各布置5個位移測點。

具體布置見圖3：

圖3 5204-2巷測點布置圖

4 效果考察

在8204-2工作面布置的24 個測點采位見表1，2019年1月16日8204-2工作面采位為800 m時開始監(jiān)測至2019年2月24日采位1 049 m，目前為止，只有前12個測點已經(jīng)全部被破壞，具體測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 24個測點相關(guān)數(shù)據(jù)表

通過表1 中數(shù)據(jù)表明，隨著監(jiān)測時間及采位的變化，5204-2巷道頂?shù)装遄畲笠平縼砜?，整體呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，在監(jiān)測前期，巷道頂?shù)装遄冃翁幱诰徛諗侩A段，在監(jiān)測后期，巷道頂?shù)装遄冃翁幱诩铀偈諗侩A段，說明巷道已進入二次變形階段。

圖4 1#-24#測點隨工作面推進位移變化趨勢

通過圖4 表明，隨著工作面的推進，5204-2巷道頂?shù)装遄畲笠平縼砜?，整體呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢；沿工作面走向：工作面距離測點72 m 以外時，測點的位移變化穩(wěn)定。隨著工作面的推進，在距離工作面41 m～72 m 時，各測點位移開始變化，在27 m 之外位移變化較明顯。在距工作面27m左右，各測點位移發(fā)生突變，運動急劇加快，位移迅速增加，超前支承壓力主要影響范圍在27 m以內(nèi)。

從測試結(jié)果來看，該監(jiān)測系統(tǒng)對固定距離的測量沒有產(chǎn)生偏差，能夠準確測量連續(xù)變化的位移，各傳感器工作正常，數(shù)據(jù)傳輸準確可靠，系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語

針對目前煤礦巷道變形監(jiān)測技術(shù)落后的問題，設計了該監(jiān)測系統(tǒng)，并已經(jīng)應用于同煤大唐塔山煤礦有限公司。通過現(xiàn)場測試，各傳感器數(shù)據(jù)準確可靠、系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定，能夠?qū)ο锏雷冃芜M行在線實時監(jiān)測，為煤礦安全生產(chǎn)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。