銀星二號煤礦礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果及評價

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、圍巖移動監(jiān)測、支架壓力監(jiān)測四個子系統(tǒng)，實現(xiàn)了對綜采工作面、巷道頂板與圍巖的實時監(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)分析不及時等情況[4]。一套包含礦壓數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)與礦壓分析、預(yù)警報警功能的系統(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、巷道頂板圍巖移動監(jiān)測、錨桿錨索受力監(jiān)測、圍巖應(yīng)力監(jiān)測四個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)集成在一個KJ216/653礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。整個監(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)測和圍巖移動監(jiān)測。

實時監(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，及時提示技術(shù)人員采取措施處理危險隱患;在綜采工作面回風(fēng)順槽和運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，實時監(jiān)測工作面超前應(yīng)力變化動態(tài)，實現(xiàn)對危險區(qū)和危險程度的實時監(jiān)測預(yù)警;在綜采工作面液壓支架安裝支架壓力監(jiān)測，實時監(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，從而對頂板壓力運動規(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，預(yù)防預(yù)報頂板跨落事故。

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，通過分析各時期內(nèi)各個測點在整個監(jiān)測期隨時間和距離變化的應(yīng)力監(jiān)測情況，可得出各個測點在整個監(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頂板壓力變化狀態(tài)，及時下井落實井下安全隱患，若發(fā)生報警，及時處理;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)及時采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

2.3圍巖移動監(jiān)測子系統(tǒng)

在綜采工作面回風(fēng)順槽、膠帶運輸順槽和軌道順槽每隔50米安裝一組圍巖移動傳感器，通過地面主機(jī)定期查看上傳數(shù)據(jù)分析圍巖移動傳感器深基點和淺基點離層量，當(dāng)離層發(fā)生在淺部時，由于錨桿和錨索共同起到了錨固作用，產(chǎn)生離層危險性較低，需密切關(guān)注該地點頂板變化情況;當(dāng)離層發(fā)生在淺基點位置之上，深基點位置之下時，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，此時危險性較高應(yīng)立即采取治理措施;當(dāng)離層超過深基點范圍，此時錨桿錨索支護(hù)作用均已失效，圍巖穩(wěn)定大多時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)可以實時自動記錄，數(shù)據(jù)不受人工干預(yù)，由計算機(jī)采用專業(yè)的礦壓分析算法客觀反應(yīng)支架的運行狀態(tài)，分析工作面整面載荷頻度的分布規(guī)律，評價支架的運行工況，生成頂板二維、三維應(yīng)力云圖、 word版的礦壓分析報告，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，安裝時不用鋪設(shè)電纜，節(jié)省系統(tǒng)施工成本和后期維護(hù)費用。

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，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)平臺運用多參數(shù)、多傳感器和計算機(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，從而對頂板壓力運動規(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，對頂板跨落形成頂板災(zāi)害具有積極的預(yù)防預(yù)報作用，對頂板實現(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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