陽(yáng)煤一礦礦山位移在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

王瑞雪

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦，山西　陽(yáng)泉　045008）

引言

陽(yáng)煤一礦始建于1956年，是山西首批現(xiàn)代化礦井，陽(yáng)煤集團(tuán)的主要礦井之一，具有完善的配套設(shè)施和生產(chǎn)系統(tǒng)，2006年核定生產(chǎn)能力750萬(wàn)t，考慮1.4的儲(chǔ)量備用系數(shù)，礦井服務(wù)年限為62年。15號(hào)煤層屬于厚煤層，其回采工作面為“U+Ⅰ”型巷道布置方式，即布置一條運(yùn)輸順槽、一條回風(fēng)順槽、一條內(nèi)錯(cuò)尾巷和一條頂板巖石走向高抽巷。15號(hào)煤層采煤方法為綜采放頂煤一次采全高和大采高一次采全高采煤法，頂板管理均采用全部垮落法。一礦生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，采掘工作面的頂板支護(hù)是安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，巷道支護(hù)監(jiān)測(cè)和圍巖控制是礦井礦壓工作的重點(diǎn)，對(duì)管理好工作面頂板，實(shí)現(xiàn)頂板支護(hù)安全和工作面高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)保障。

1　現(xiàn)代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的由人工采集井下頂板動(dòng)態(tài)參數(shù)的工作方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)煤礦發(fā)展需求，研發(fā)的監(jiān)控煤礦頂板動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化，并實(shí)時(shí)傳輸至井上，可以方便地用計(jì)算機(jī)處理接收到的井下數(shù)據(jù)，通過(guò)在地面顯示器進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，也能根據(jù)礦井調(diào)度和監(jiān)控要求，組建成礦井內(nèi)部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳送和共享。

實(shí)現(xiàn)了煤礦全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的發(fā)展需求，改進(jìn)了煤礦信號(hào)傳輸制式，使用總線模式傳輸，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。由于使用一條總線傳輸，降低了線纜的成本，且安裝維護(hù)方便。

2　KJ395礦山位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及參數(shù)

2.1　GWG400（A）本安型位移傳感器（頂板）

1）用途：頂板離層位移的測(cè)量。

2）特點(diǎn)：穩(wěn)定性強(qiáng)，精度高，量程大；抗干擾能力強(qiáng)，不受電磁干擾、溫度、濕度、震動(dòng)等因素影響；防水性能好，研制了多功能防護(hù)板（專利技術(shù)）；電壓適應(yīng)范圍寬，常用的本安電源12 V、18 V、24 V均能應(yīng)用，見(jiàn)表1。

表1　GWG400本安型位移監(jiān)測(cè)儀（頂板）主要參數(shù)

2.2　GWG400（A）本安型位移傳感器（兩幫）

1）用途：兩幫離層位移的測(cè)量。

2）特點(diǎn)：穩(wěn)定性強(qiáng)，精度高，量程大；抗干擾能力強(qiáng)，不受電磁干擾、溫度、濕度、震動(dòng)等因素影響；電壓適應(yīng)范圍寬，常用的本安電源12 V、18 V、24 V均能應(yīng)用，見(jiàn)表2。

表2　GWG400本安型位移監(jiān)測(cè)儀（兩幫）主要參數(shù)

3　監(jiān)測(cè)研究的主要內(nèi)容

3.1　巷道

對(duì)巷道的兩幫位移量、頂板下沉量及下沉變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)離層位移傳感器進(jìn)行。監(jiān)測(cè)結(jié)果用來(lái)對(duì)巷道變形及破壞程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)巷道的安全穩(wěn)定性等狀況做出判斷。

主要通過(guò)錨桿載荷應(yīng)力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)頂幫支護(hù)的效果、錨桿的錨固力及變化規(guī)律。監(jiān)測(cè)結(jié)果用來(lái)對(duì)錨桿受力情況、變化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，衡量巷道支護(hù)效果，為進(jìn)一步優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)提供資料。

3.2　液壓支架

對(duì)工作面液壓支架的監(jiān)測(cè)，對(duì)液壓支架的工作阻力進(jìn)行記錄并分析變化規(guī)律，對(duì)支架的適應(yīng)性和支護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)端頭支架的穩(wěn)定性和安全性提供數(shù)據(jù)，對(duì)頂板的來(lái)壓規(guī)律提供依據(jù)。

3.3　超前支承壓力

監(jiān)測(cè)超前支承壓力的顯著影響范圍、支承壓力高峰值、支承壓力高峰位置以及前移速度等。主要通過(guò)中深鉆孔埋設(shè)傳感器進(jìn)行。監(jiān)測(cè)結(jié)果用來(lái)對(duì)工作面兩巷及端頭區(qū)域的支護(hù)超前支護(hù)范圍和強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。

4　布置要求

按照工作面現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和各種生產(chǎn)要素的分析，重點(diǎn)滿足監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，提出優(yōu)化的布置方式。如81204進(jìn)風(fēng)巷總計(jì)布置8組儀器，依照巷道實(shí)際條件，風(fēng)、水管路，線路連接等情況設(shè)定。

5　資料的綜合評(píng)價(jià)

系統(tǒng)根據(jù)工作面和巷道的實(shí)際記錄數(shù)據(jù)，生成關(guān)于工作面支護(hù)狀態(tài)和圍巖位移變形的發(fā)展特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)各種模式的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算，形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析資料，以便以規(guī)律性的數(shù)據(jù)支持現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)和下一步的參數(shù)優(yōu)化。

6　應(yīng)用及效果分析

6.1　儀器安裝

在81204工作面進(jìn)風(fēng)巷，根據(jù)巷道條件和支護(hù)觀測(cè)方案，在距切巷350m布置第一組儀器，以后每隔50m安裝一組儀器，總計(jì)安設(shè)了8組，每組設(shè)備包括一臺(tái)頂板離層監(jiān)測(cè)儀和兩臺(tái)兩幫變形記錄儀。

6.2　運(yùn)行效果監(jiān)測(cè)

經(jīng)過(guò)礦技術(shù)人員三個(gè)月的監(jiān)測(cè)、記錄和分析，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道圍巖的位移變化進(jìn)行的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明81204工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)后，巷道整體穩(wěn)定，頂板和兩幫圍巖位移變動(dòng)不大，平均在20mm。隨著周圍采掘動(dòng)壓影響和切割巷大斷面的施工，在進(jìn)風(fēng)巷和切割巷貫通50m范圍，出現(xiàn)頂板淺部離層，兩幫受力增加，巷道有頂幫位移，巷道斷面出現(xiàn)收縮。頂板平均下沉45mm，兩幫平均位移65mm。經(jīng)分析，巷道圍巖變形安全可控，均在安全范圍內(nèi)，巷道支護(hù)穩(wěn)定可靠。

7　結(jié)語(yǔ)

本套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)和分析，并通過(guò)電腦和現(xiàn)代通訊技術(shù)聯(lián)系多部傳感儀器集成體系，完成對(duì)各類工作面及巷道支護(hù)、圍巖變化情況的及時(shí)分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)上位機(jī)提供的歷史數(shù)據(jù)曲線，可以方便掌握工作面壓力變化趨勢(shì)信息，準(zhǔn)確記錄頂板離層數(shù)據(jù)，把礦壓資料進(jìn)行科學(xué)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和掌握礦壓變化規(guī)律，大大減少了人力投入，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。