淺談頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)在河?xùn)|煤礦的應(yīng)用

張海榮

(汾西礦業(yè)集團(tuán) 河?xùn)|煤礦，山西 靈石 031300)

礦井采煤、掘進(jìn)、巷修工作面頂板(片幫)事故較多，傷亡量大，嚴(yán)重影響煤炭生產(chǎn)持續(xù)和健康的發(fā)展。為了加強(qiáng)頂板管理，防止冒頂事故，保障職工安全作業(yè)，促進(jìn)煤礦正常生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，汾西礦業(yè)集團(tuán)河?xùn)|煤礦在普采向綜采技改的同時(shí)就首先在綜采工作面引進(jìn)了KJ216 綜采液壓支架頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)，隨后在掘進(jìn)順槽和開切眼時(shí)先后引入了圍巖移動(dòng)和頂板壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)［1］。

該系統(tǒng)在河?xùn)|煤礦應(yīng)用之初，由于工人認(rèn)識(shí)不足，加之系統(tǒng)適應(yīng)煤礦惡略環(huán)境能力較差，導(dǎo)致設(shè)備故障較多，未能起到最佳的監(jiān)測效果;之后隨著國家對(duì)礦山頂板安全隱患排查力度的不斷加大，工人的認(rèn)識(shí)和設(shè)備的改進(jìn)都上了一個(gè)新臺(tái)階，這套監(jiān)測系統(tǒng)也真正為河?xùn)|礦的生產(chǎn)安全起到了保駕護(hù)航的作用。本文綜合多年來KJ216 頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)在河?xùn)|煤礦的應(yīng)用狀況，探索出了一系列適用于煤礦生產(chǎn)的安裝技巧，同時(shí)摸索出了一套系統(tǒng)的管理辦法，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐提出了諸多對(duì)設(shè)備優(yōu)化的方案。

1 應(yīng)用實(shí)踐

河?xùn)|煤礦現(xiàn)有兩個(gè)綜采工作面和2 個(gè)掘進(jìn)工作面，針對(duì)不同的支架型號(hào)和斷面尺寸分別安裝有2套綜采工作面頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)和3套圍巖移動(dòng)、應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)，并在31008 大采高首采工作面安裝了一套超前應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1.1 安裝方案

根據(jù)汾西集團(tuán)公司要求并結(jié)合該礦實(shí)際情況，在一采區(qū)31006 綜采工作面和四采區(qū)41001 綜采工作面均每隔8 個(gè)支架安裝1 個(gè)KJ216 綜采液壓支架在線監(jiān)測壓力表，實(shí)時(shí)監(jiān)測采煤過程中頂板的活動(dòng)情況。

由于二采區(qū)31008工作面是集團(tuán)公司首個(gè)雙層煤聯(lián)合一次采全高的大采高綜采工作面，兩順槽斷面尺寸寬度均大于5 m，切眼斷面更是達(dá)到了9.2 m。為了能更詳細(xì)精確地掌握掘進(jìn)、回采期間頂板的活動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)的聯(lián)合開采積累經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)研究決定兩順槽內(nèi)從停采線位置開始每隔30 m 安裝1 組錨桿應(yīng)力傳感器和圍巖移動(dòng)傳感器，切眼里每隔10 m 安裝1組，通過2 個(gè)儀器相互配合，更實(shí)時(shí)詳盡地掌握掘進(jìn)、回采期間頂板的活動(dòng)規(guī)律。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測初采期間煤壁及煤柱內(nèi)應(yīng)力的分布情況，為超前支護(hù)的設(shè)計(jì)提供具體的技術(shù)參數(shù)，在該首采工作面還安裝了1套煤體超前應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)［2］。

二采區(qū)31009工作面與31008工作面不同，由于地質(zhì)條件影響，巷道走向僅有400 余m。綜合考慮后決定仍沿用先前的只采10#煤層的方案，巷道斷面寬度為4.2 m，因此，根據(jù)規(guī)定并結(jié)合實(shí)際情況決定從停采線位置開始每隔50 m 安裝1 組頂板離層儀和錨桿應(yīng)力傳感器。

以上是各掘進(jìn)、回采工作面初步的安裝方案，如遇地質(zhì)構(gòu)造變化，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加密傳感器和加長離層儀的安裝深度。

1.2 安裝要求

傳感器必須嚴(yán)格按照廠家提供的安裝要求實(shí)施安裝，具體安裝要求如下［3－4］:

1)頂板離層儀。

必須用專用安裝桿安裝頂板離層儀，不得用錨索或鉆桿等代替安裝桿，且安裝桿必須用專用桿頭連接鋼絲繩錨爪頭;安裝前，首先用安裝桿按要求深度探入孔內(nèi)查看深基點(diǎn)深度是否符合要求，孔深符合要求時(shí)再進(jìn)行下一步安裝;頂板離層儀深基點(diǎn)爪頭用安裝桿捅到底，深基點(diǎn)深度必須大于正常錨索眼深度0.5 m以上;淺基點(diǎn)捅入2.5 m(剛進(jìn)入9#煤層頂板);傳感器固定桿全部進(jìn)入安裝孔內(nèi)，離層儀器外盒必須緊貼頂板，離層儀外盒和頂板中間的金屬網(wǎng)必須剪掉，鋼絲繩必須拉緊;離層儀外盒上部緊固鋼絲繩的螺釘必須擰緊，把多余的鋼絲線剩下30 cm 左右后剪斷;離層儀孔深不符合要求或者安裝過程中錨爪遇障礙未捅到底且不可取出時(shí)，必須重新打孔安裝。

2)錨桿應(yīng)力計(jì)。

安裝錨桿應(yīng)力計(jì)的錨桿施工時(shí)，外露長度必須在120～150 mm;錨桿端頭先加墊1 片錨索托板，錨桿應(yīng)力計(jì)平整端面緊貼錨索托板，帶凹槽的端面必須放入墊圈后用螺母擰緊，錨桿外露長度不符合要求必須重新補(bǔ)打安裝;為了更好地發(fā)揮錨桿主動(dòng)支護(hù)的效果，錨桿必須用風(fēng)動(dòng)扳手緊固，預(yù)緊力至少達(dá)到20 kN 以上(即顯示窗口數(shù)值為20)。

1.3 監(jiān)控管理

該系統(tǒng)在該礦應(yīng)用之初，由于沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)控管理力度不夠，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不正?；虿徽鎸?shí)，不能發(fā)揮儀器的最佳效果來服務(wù)生產(chǎn)。隨著時(shí)間的推移及國家對(duì)頂板隱患事故排查力度的加大，該礦不僅通過實(shí)踐磨練出了不少專業(yè)人才，而且還積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并撰寫出了詳盡的頂板管理制度，通過多次的嚴(yán)格考核，該礦的監(jiān)控管理逐漸步入了正軌，并在實(shí)踐過程中為廠家提出了許多適用于礦山環(huán)境操作的設(shè)備優(yōu)化方面的建議。

2 設(shè)備優(yōu)化

隨著國家對(duì)煤礦安全事故監(jiān)控力度的不斷加大，市場上涌現(xiàn)出多種頂板在線監(jiān)控儀器，傳感器有油壓式、電阻式、儀表式、電子式等;傳輸方式有采集式、在線式的，有無線傳輸?shù)?，也有有線傳輸?shù)模ぷ髟矶即笸‘悺?/p>

隨著頂板在線監(jiān)測儀器的不斷更新，該礦在儀器使用方面也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，不僅根據(jù)井下實(shí)際情況做了相應(yīng)的調(diào)整，而且還通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為廠家提出了許多適用于礦山環(huán)境操作的設(shè)備優(yōu)化方面的建議。針對(duì)該礦目前應(yīng)用的山東尤洛卡生產(chǎn)的KJ216 頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)提出了如下建議:

1)傳輸方式須改成無線傳輸，但必須能經(jīng)受住井下變頻儀器的考驗(yàn)，既要保證線路通暢，而且還需確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2)如不能實(shí)現(xiàn)暢通、準(zhǔn)確的無線傳輸，須在現(xiàn)有有線傳輸?shù)幕A(chǔ)上把線路連接方式改成卡口連接，既避免了連接線路時(shí)的繁瑣，又避免了因接頭松動(dòng)導(dǎo)致的傳輸中斷。

3)須把顯示窗和傳感器分離，顯示窗懸掛在幫上，既便于維護(hù)，也便于現(xiàn)場觀察。

4)頂板離層儀預(yù)緊螺絲須改裝在儀器下面，并改成人工旋鈕式的，既方便操作，也避免了因忘帶工具或工具損壞時(shí)而無法安裝。

5)儀器設(shè)備須按照煤礦常用工具型號(hào)設(shè)計(jì)，如型號(hào)較為特別，須配套專用的安裝工具。

6)地面分析軟件根據(jù)該礦要求改進(jìn)后既簡潔明了，而且還便于操作。

3 應(yīng)用效果

通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，該礦在多處有頂板安全隱患處及時(shí)采取了加強(qiáng)支護(hù)措施，多次把事故消滅在萌芽狀態(tài)，取得了較好的支護(hù)效果。31008 大采高工作面順槽及切眼內(nèi)發(fā)生的幾起頂板隱患因及時(shí)支護(hù)而避免安全事故的事件均較為典型:

1)31008工作面切眼掘進(jìn)過程中，隨著掘進(jìn)迎頭的前移，切眼口25 m 位置錨桿測力計(jì)的數(shù)值持續(xù)增大。根據(jù)該現(xiàn)象，該礦立即采取加密補(bǔ)打粗錨索的方案加強(qiáng)支護(hù)，然而，就在方案制定的同時(shí)，靠近該測點(diǎn)處的2 根錨索相繼被拉斷，安排隊(duì)組及時(shí)補(bǔ)打，排除了安全隱患，該錨桿應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)數(shù)值開始趨于穩(wěn)定，變化速率明顯減小。

2)31008工作面材料順槽1 600 m 處測點(diǎn)數(shù)值變化速率較大，增長幅度也較高，頂板離層儀數(shù)值變化也較為明顯，下井實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)該位置前后20 m范圍內(nèi)的壓力顯現(xiàn)十分明顯，錨索托板變形較為嚴(yán)重，多數(shù)呈現(xiàn)“倒扣狀鍋”的形態(tài)，且多處W 鋼帶被撕裂，究其原因主要是鄰近的31005 采空區(qū)形成時(shí)間較短，活動(dòng)仍相當(dāng)頻繁。經(jīng)研究決定采取補(bǔ)打長粗錨索的方案，加強(qiáng)支護(hù)后，變化速率趨于緩慢，但增幅仍較大，隨后在該段采取架棚支護(hù)措施聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)，效果較為明顯。

3)在線監(jiān)測實(shí)時(shí)提供的數(shù)值變化規(guī)律與實(shí)地勘察結(jié)果較為吻合，31008工作面多處位置根據(jù)監(jiān)測結(jié)論均采取了補(bǔ)打錨索的加強(qiáng)支護(hù)措施，截止目前加強(qiáng)支護(hù)效果十分明顯。

4 結(jié)論

河?xùn)|煤礦自頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用以來，通過技術(shù)人員不斷地實(shí)踐和探索，該套系統(tǒng)在河?xùn)|煤礦的應(yīng)用逐步走向了成熟，多次成功發(fā)現(xiàn)頂板安全隱患，確保了該礦的安全生產(chǎn)，切實(shí)有效地履行了其“頂板守護(hù)神”的使命。具體成效如下:

1)通過實(shí)踐制定并完善了《河?xùn)|煤礦頂板在線監(jiān)測管理考核制度》，使監(jiān)測方案的執(zhí)行有規(guī)可依、有章可循。

2)培養(yǎng)了一批素質(zhì)較高的技術(shù)人才，不斷通過實(shí)踐優(yōu)化并完善了在線監(jiān)測方案。

3)通過幾次成功有效地事故排查，逐步扭轉(zhuǎn)了員工對(duì)頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)陳舊的抵觸情緒，使河?xùn)|礦的全體員工對(duì)頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)上了一個(gè)新臺(tái)階。

4)及時(shí)、有效地解決了頂板潛在的安全隱患，確保了生產(chǎn)的安全運(yùn)行，為煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王鴻建，馮小龍，張劍英，等.基于PIC的煤礦液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭工程，2009(10):13－15.

［2］任豐原，黃海寧，林 闖.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［J］.軟件學(xué)報(bào)，2003(07):23－25.

［3］趙洪磊，王英龍，張先毅.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井監(jiān)控系統(tǒng)［J］.山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(04):56－58.

［4］趙智民，崔建明.智能式頂板壓力監(jiān)測系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2009(02):17－19.