陽煤一礦礦山位移在線監測系統的應用與研究

王瑞雪

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西　陽泉　045008）

引言

陽煤一礦始建于1956年，是山西首批現代化礦井，陽煤集團的主要礦井之一，具有完善的配套設施和生產系統，2006年核定生產能力750萬t，考慮1.4的儲量備用系數，礦井服務年限為62年。15號煤層屬于厚煤層，其回采工作面為“U+Ⅰ”型巷道布置方式，即布置一條運輸順槽、一條回風順槽、一條內錯尾巷和一條頂板巖石走向高抽巷。15號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。一礦生產系統相對復雜，采掘工作面的頂板支護是安全生產的重要內容，巷道支護監測和圍巖控制是礦井礦壓工作的重點，對管理好工作面頂板，實現頂板支護安全和工作面高產高效的基礎保障。

1　現代監測系統概述

煤礦頂板動態監測系統是在傳統的由人工采集井下頂板動態參數的工作方式的基礎上，根據煤礦發展需求，研發的監控煤礦頂板動態參數的變化，并實時傳輸至井上，可以方便地用計算機處理接收到的井下數據，通過在地面顯示器進行動態顯示，也能根據礦井調度和監控要求，組建成礦井內部系統網絡，實現各種數據的傳送和共享。

實現了煤礦全自動實時監測的發展需求，改進了煤礦信號傳輸制式，使用總線模式傳輸，提高了系統穩定性和可靠性。由于使用一條總線傳輸，降低了線纜的成本，且安裝維護方便。

2　KJ395礦山位移監測系統組成及參數

2.1　GWG400（A）本安型位移傳感器（頂板）

1）用途：頂板離層位移的測量。

2）特點：穩定性強，精度高，量程大；抗干擾能力強，不受電磁干擾、溫度、濕度、震動等因素影響；防水性能好，研制了多功能防護板（專利技術）；電壓適應范圍寬，常用的本安電源12 V、18 V、24 V均能應用，見表1。

表1　GWG400本安型位移監測儀（頂板）主要參數

2.2　GWG400（A）本安型位移傳感器（兩幫）

1）用途：兩幫離層位移的測量。

2）特點：穩定性強，精度高，量程大；抗干擾能力強，不受電磁干擾、溫度、濕度、震動等因素影響；電壓適應范圍寬，常用的本安電源12 V、18 V、24 V均能應用，見表2。

表2　GWG400本安型位移監測儀（兩幫）主要參數

3　監測研究的主要內容

3.1　巷道

對巷道的兩幫位移量、頂板下沉量及下沉變化進行監測，主要通過離層位移傳感器進行。監測結果用來對巷道變形及破壞程度進行評價，對巷道的安全穩定性等狀況做出判斷。

主要通過錨桿載荷應力傳感器進行監測頂幫支護的效果、錨桿的錨固力及變化規律。監測結果用來對錨桿受力情況、變化狀況進行評價，衡量巷道支護效果，為進一步優化巷道支護參數提供資料。

3.2　液壓支架

對工作面液壓支架的監測，對液壓支架的工作阻力進行記錄并分析變化規律，對支架的適應性和支護效果進行評價，對端頭支架的穩定性和安全性提供數據，對頂板的來壓規律提供依據。

3.3　超前支承壓力

監測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。主要通過中深鉆孔埋設傳感器進行。監測結果用來對工作面兩巷及端頭區域的支護超前支護范圍和強度進行檢驗。

4　布置要求

按照工作面現場的地質條件和各種生產要素的分析，重點滿足監測的技術要求，同時考慮經濟性，提出優化的布置方式。如81204進風巷總計布置8組儀器，依照巷道實際條件，風、水管路，線路連接等情況設定。

5　資料的綜合評價

系統根據工作面和巷道的實際記錄數據，生成關于工作面支護狀態和圍巖位移變形的發展特點，經過各種模式的技術數據計算，形成監測數據分析資料，以便以規律性的數據支持現場安全生產和下一步的參數優化。

6　應用及效果分析

6.1　儀器安裝

在81204工作面進風巷，根據巷道條件和支護觀測方案，在距切巷350m布置第一組儀器，以后每隔50m安裝一組儀器，總計安設了8組，每組設備包括一臺頂板離層監測儀和兩臺兩幫變形記錄儀。

6.2　運行效果監測

經過礦技術人員三個月的監測、記錄和分析，該系統實現了對巷道圍巖的位移變化進行的實時在線動態監測。監測數據表明81204工作面進風巷掘進后，巷道整體穩定，頂板和兩幫圍巖位移變動不大，平均在20mm。隨著周圍采掘動壓影響和切割巷大斷面的施工，在進風巷和切割巷貫通50m范圍，出現頂板淺部離層，兩幫受力增加，巷道有頂幫位移，巷道斷面出現收縮。頂板平均下沉45mm，兩幫平均位移65mm。經分析，巷道圍巖變形安全可控，均在安全范圍內，巷道支護穩定可靠。

7　結語

本套系統實現了在線監測和分析，并通過電腦和現代通訊技術聯系多部傳感儀器集成體系，完成對各類工作面及巷道支護、圍巖變化情況的及時分析和動態監控，同時通過上位機提供的歷史數據曲線，可以方便掌握工作面壓力變化趨勢信息，準確記錄頂板離層數據，把礦壓資料進行科學分析，及時發現和掌握礦壓變化規律，大大減少了人力投入，具有廣闊的應用前景和推廣價值。