王澤華 于浩楠 陳剛 連小勇

摘要：針對傳統(tǒng)礦壓監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)分析缺乏客觀性、不具備警報(bào)功能的問題，銀星二號煤礦引進(jìn)KJ216/653集成礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，通過圍巖應(yīng)力監(jiān)測、錨桿錨索受力監(jiān)測、圍巖移動(dòng)監(jiān)測、支架壓力監(jiān)測四個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對綜采工作面、巷道頂板與圍巖的實(shí)時(shí)監(jiān)測、管控和預(yù)警。

關(guān)鍵詞：集成礦壓監(jiān)測系統(tǒng);礦山壓力監(jiān)測;監(jiān)測預(yù)警

我國大部分煤礦都面臨開采頂板安全問題，且多數(shù)礦山在礦壓監(jiān)測方面存在數(shù)據(jù)缺乏客觀性和數(shù)據(jù)分析不及時(shí)等情況[4]。一套包含礦壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)與礦壓分析、預(yù)警報(bào)警功能的系統(tǒng)，能有效減少頂板事故發(fā)生[5]。礦山壓力監(jiān)測主要目的是保證工作面掘進(jìn)和回采期間人員、設(shè)備安全。

1 銀星二礦礦壓監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

銀星二號煤礦礦壓監(jiān)測系統(tǒng)包括綜采工作面支架壓力監(jiān)測、巷道頂板圍巖移動(dòng)監(jiān)測、錨桿錨索受力監(jiān)測、圍巖應(yīng)力監(jiān)測四個(gè)子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)集成在一個(gè)KJ216/653礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)井上、下系統(tǒng)架構(gòu)。在綜采工作面三條順槽每隔50米安裝一組錨桿、錨索受力監(jiān)測和圍巖移動(dòng)監(jiān)測。

實(shí)時(shí)監(jiān)測巷道頂板錨桿錨索受力和頂板離層情況，當(dāng)巷道頂板發(fā)生離層和錨桿錨索受力變化時(shí)，及時(shí)提示技術(shù)人員采取措施處理危險(xiǎn)隱患;在綜采工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽上下口位置安裝圍巖應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，檢測煤巖支承應(yīng)力的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測工作面超前應(yīng)力變化動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警;在綜采工作面液壓支架安裝支架壓力監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測支架立柱壓力變化，通過分析支架立柱壓力變化，揭示頂板壓力的變化規(guī)律和運(yùn)過程。綜采工作面礦壓監(jiān)測系統(tǒng)采用多參數(shù)、多傳感器和計(jì)算機(jī)集成技術(shù)，對綜采工作面和超前巷道進(jìn)行大面積全覆蓋的快速監(jiān)測，從而對頂板壓力運(yùn)動(dòng)規(guī)律，超前巷道錨固質(zhì)量和巷道穩(wěn)定性進(jìn)行全面分析，給出穩(wěn)定性評價(jià)，預(yù)防預(yù)報(bào)頂板跨落事故。

2 銀星二礦礦壓監(jiān)測系統(tǒng)功能

2.1 圍巖應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)

在綜采工作面回風(fēng)順槽和膠帶運(yùn)輸順槽30m、60m、924m、954m分別安裝兩組應(yīng)力監(jiān)測傳感器，通過分析各時(shí)期內(nèi)各個(gè)測點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測期隨時(shí)間和距離變化的應(yīng)力監(jiān)測情況，可得出各個(gè)測點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測期間的應(yīng)力數(shù)值情況以及在工作面回采過程中，各測點(diǎn)應(yīng)力變化趨勢情況，通過分析綜采工作面超前影響距離為18.9m，應(yīng)力升高幅度不大。

2.2.錨桿錨索受力子系統(tǒng)

在綜采工作面回風(fēng)順槽、膠帶運(yùn)輸順槽和軌道順槽每隔50米安裝一組錨桿/索傳感器，通過地面主機(jī)定期查看上傳數(shù)據(jù)，若傳感器壓力有增加趨勢，技術(shù)人員密切注意該地點(diǎn)頂板壓力變化狀態(tài)，及時(shí)下井落實(shí)井下安全隱患，若發(fā)生報(bào)警，及時(shí)處理;若傳感器顯示圍巖承受交變載荷作用，會使錨桿錨索在遠(yuǎn)低于其破斷強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂失效，必須經(jīng)現(xiàn)場查看，若發(fā)生錨桿、錨索失效，應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

2.3圍巖移動(dòng)監(jiān)測子系統(tǒng)

在綜采工作面回風(fēng)順槽、膠帶運(yùn)輸順槽和軌道順槽每隔50米安裝一組圍巖移動(dòng)傳感器，通過地面主機(jī)定期查看上傳數(shù)據(jù)分析圍巖移動(dòng)傳感器深基點(diǎn)和淺基點(diǎn)離層量，當(dāng)離層發(fā)生在淺部時(shí)，由于錨桿和錨索共同起到了錨固作用，產(chǎn)生離層危險(xiǎn)性較低，需密切關(guān)注該地點(diǎn)頂板變化情況;當(dāng)離層發(fā)生在淺基點(diǎn)位置之上，深基點(diǎn)位置之下時(shí)，離層范圍內(nèi)巖層重量都由錨索承擔(dān)，錨桿已經(jīng)失效，若離層位置內(nèi)巖層重量超過錨索極限破斷載荷，該位置將發(fā)生冒頂或片幫事故，此時(shí)危險(xiǎn)性較高應(yīng)立即采取治理措施;當(dāng)離層超過深基點(diǎn)范圍，此時(shí)錨桿錨索支護(hù)作用均已失效，圍巖穩(wěn)定大多時(shí)候是靠碎裂巖體的嵌固作用，一旦巖層失穩(wěn)，將造成大面積冒頂或片幫事故。

2.4支架壓力監(jiān)測子系統(tǒng)

綜采工作面每8架液壓支架安裝一組支架壓力傳感器共安裝20組，通過分析支架工作阻力隨推進(jìn)步距關(guān)系曲線來推斷基本頂周期來壓步距。通過綜采工作面支架工作載荷數(shù)據(jù)分析，可以得到工作面上部、中部、下部周期來壓步距和來壓強(qiáng)度，通過計(jì)算支架平均工作阻力與額定初撐力的比值，可以得到支架初撐力是否適中，支架初撐力管理是否到位，通過支架來壓時(shí)平均工作阻力與額定工作阻力的比值可判斷支架選型是否合適，能否適應(yīng)工作面頂板周期性的變化規(guī)律。

3 集成礦壓監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

1）采用KJ216/653監(jiān)測系統(tǒng)，礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄，數(shù)據(jù)不受人工干預(yù)，由計(jì)算機(jī)采用專業(yè)的礦壓分析算法客觀反應(yīng)支架的運(yùn)行狀態(tài)，分析工作面整面載荷頻度的分布規(guī)律，評價(jià)支架的運(yùn)行工況，生成頂板二維、三維應(yīng)力云圖、 word版的礦壓分析報(bào)告，為決策提供依據(jù)。

（2）監(jiān)測傳感器采用全網(wǎng)無線異步喚醒技術(shù)，超低功耗設(shè)計(jì)，安裝時(shí)不用鋪設(shè)電纜，節(jié)省系統(tǒng)施工成本和后期維護(hù)費(fèi)用。

3）電池窗、天線攜帶方便，無需打開蓋子即可進(jìn)行更換，與地面監(jiān)測服務(wù)器通訊時(shí)，支持多種通信方式，我礦采用最先進(jìn)的以太環(huán)網(wǎng)總線傳輸模式。

（4）采用多徑路由協(xié)議，充分利用網(wǎng)絡(luò)中路由的冗余，網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)異的自愈性、穩(wěn)定性和極佳的數(shù)據(jù)吞吐量，即使在移動(dòng)的組網(wǎng)環(huán)境下也能輕松應(yīng)對。

4 工程應(yīng)用效果

相較傳統(tǒng)方法，集成礦壓監(jiān)測系統(tǒng)平臺運(yùn)用多參數(shù)、多傳感器和計(jì)算機(jī)集成技術(shù)，對采礦工作面和超前巷道進(jìn)行大面積全覆蓋的快速監(jiān)測，從而對頂板壓力運(yùn)動(dòng)規(guī)律，超前巷道錨固質(zhì)量和巷道穩(wěn)定性進(jìn)行全面分析，給出穩(wěn)定性的評價(jià)，對頂板跨落形成頂板災(zāi)害具有積極的預(yù)防預(yù)報(bào)作用，對頂板實(shí)現(xiàn)更有效的管控，防止頂板事故發(fā)生，對礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的作用。

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