KZL-300型頂板離層在線監(jiān)測在80113回風(fēng)巷的應(yīng)用

李明鑫

（陽煤集團(tuán)新景公司生產(chǎn)技術(shù)部，山西 陽泉 045000）

為加強(qiáng)頂板管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板離層變化的有效監(jiān)測，新景公司首次引進(jìn)了KZL-300型巷道頂板離層自動(dòng)監(jiān)測報(bào)警裝置系統(tǒng)，選擇在蘆北15#煤采區(qū)80113回風(fēng)巷使用。

1 概況

80113回風(fēng)巷屬于15#煤下層巷道，矩形斷面，毛寬4.3m，凈寬4.0m，毛高2.9m，凈高2.8m。采用錨索+鋼帶+網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式，巷道頂板每排布置5根錨桿和1根短錨索，間距為0.76m，排距為0.8m。每四排順巷正中打兩根組合長錨索，配3m槽鋼加強(qiáng)支護(hù)，間距2.0m；兩幫每排布置3根錨桿，間距為0.8m，排距為0.85m。

80113回風(fēng)巷頂板巖性為：頂煤厚度在3.2～3.9m之間，平均厚度3.4m，煤層直接頂為泥巖，平均厚度0.9m，基本頂為石灰?guī)r和泥巖互層，厚度4.0m。

根據(jù)80113回風(fēng)巷的頂板、支護(hù)情況以及頂板離層觀測儀傳感器測繩的長度，確定對(duì)回風(fēng)巷頂板0～3.5m和3.5～7.0m高低端兩個(gè)層位的頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測。

2 頂板離層在線監(jiān)測裝置安裝

2.1 監(jiān)測裝置的安裝

80113回風(fēng)巷總長度2138m，5月17日開始安裝，6月4日調(diào)試成功，完成了數(shù)據(jù)的正常上傳，9月29日該套頂板離層在線監(jiān)測系統(tǒng)接入礦綜合信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)監(jiān)測瀏覽的預(yù)期目標(biāo)。

2.2 監(jiān)測站編號(hào)及安裝位置

在巷道開口位置和巷道1100m處分別安設(shè)1#、2#兩臺(tái)監(jiān)測分機(jī)，其中巷道開口位置的監(jiān)測分機(jī)為1#分機(jī)，另一臺(tái)監(jiān)測分機(jī)為2#分機(jī)。每臺(tái)監(jiān)測分機(jī)后面分別安設(shè)20個(gè)監(jiān)測站，監(jiān)測站的間距為50m。1#監(jiān)測分機(jī)所帶的20個(gè)監(jiān)測站，由近到遠(yuǎn)依次為1#～20#，2#監(jiān)測分機(jī)所帶的20個(gè)監(jiān)測站，由近到遠(yuǎn)依次為21#～40#。具體回風(fēng)巷頂板監(jiān)測站布置情況見圖1。

圖1 80113回風(fēng)巷頂板監(jiān)測站布置圖

每個(gè)監(jiān)測站的監(jiān)測儀器包括一個(gè)傳感器、一個(gè)報(bào)警器，傳感器安裝在頂板上，報(bào)警器安裝在幫上距底板1.5m的位置。傳感器與報(bào)警器用專用連接電纜連接，監(jiān)測站之間通過專用礦用拉力信號(hào)通信電纜，以報(bào)警器為連接點(diǎn)分別串聯(lián)到各自的監(jiān)測分機(jī)。監(jiān)測分站所檢測的數(shù)據(jù)通過光纜進(jìn)入井下的環(huán)網(wǎng)，并把監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳到信息平臺(tái)上。監(jiān)測站布置見圖2。

圖2 頂板離層在線監(jiān)測斷面布置圖

3 頂板離層在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測原理及傳輸方式

頂板離層在線監(jiān)測裝置可以同時(shí)監(jiān)測頂板高低端兩個(gè)不同層位的頂板離層情況。當(dāng)頂板發(fā)生離層時(shí)，傳感器通過測繩獲得頂板離層位移量，并通過自身的阻尼裝置，將機(jī)械位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，傳送到報(bào)警器，報(bào)警器可以從接受到的光電信號(hào)中提取頂板離層位移信號(hào)，并傳送到各自的監(jiān)測分機(jī)，由監(jiān)測分機(jī)把所有監(jiān)測站的頂板離層數(shù)據(jù)通過井下的環(huán)網(wǎng)上傳到信息平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)頂板離層在線監(jiān)測，見圖3。

4 頂板離層監(jiān)測結(jié)果及分析

80113工作面于4月13日開始回采，到11月5日已累計(jì)推進(jìn)800m。隨著工作面的推進(jìn)，回風(fēng)巷道頂板離層監(jiān)測站共拆除13個(gè)，期間對(duì)32#監(jiān)測站的報(bào)警器進(jìn)行了更換，確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確。利用系統(tǒng)軟件對(duì)5個(gè)月的頂板在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

（1）整理已拆除的27#～40#監(jiān)測站頂板離層數(shù)據(jù)，得到頂板離層量與工作面推進(jìn)度、周期來壓相關(guān)對(duì)比（見表1）。

圖3 監(jiān)測裝置傳輸路線圖

表1 頂板離層量與工作面推進(jìn)度、周期來壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，隨著工作面推進(jìn)，回風(fēng)巷頂板均出現(xiàn)不同程度的離層，最大離層量達(dá)到156mm，離層次數(shù)最多為4次，每次離層時(shí)間間隔在6～8d之間，期間工作面推進(jìn)步距為18～22m。由于該工作面礦壓觀測的周期來壓步距平均為18m，充分說明回風(fēng)巷頂板離層時(shí)間與工作面周期來壓有關(guān)，在工作面周期來壓時(shí)，回風(fēng)巷頂板有時(shí)會(huì)出現(xiàn)離層，但離層量不大（見圖4）。

圖4 29#監(jiān)測站頂板離層狀況圖

（2）整理已拆除的27#～40#監(jiān)測站頂板離層數(shù)據(jù)，得到頂板離層量與工作面推進(jìn)度、回風(fēng)巷超前支護(hù)距離對(duì)比（見表2）。

表2 頂板離層量與回風(fēng)巷超前支護(hù)距離數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，回風(fēng)巷頂板開始出現(xiàn)離層距工作面的最大距離為60m，巷道頂板出現(xiàn)離層量較大的范圍在距工作面33m之內(nèi)，工作面回采期間回風(fēng)巷實(shí)際超前支護(hù)距離在20～34m之間。這說明超前支護(hù)在一定程度上對(duì)巷道頂板的離層起到了控制作用。為了有效控制頂板的離層，超前支護(hù)的距離應(yīng)放大到60m。

（3）根據(jù)目前頂板離層監(jiān)測情況，結(jié)合系統(tǒng)軟件的分析可知，頂板離層量與工作面推進(jìn)度有直接關(guān)系?？拷ぷ髅娴南锏理敯咫x層量較大，遠(yuǎn)離工作面的巷道頂板離層量較小，頂板離層主要出現(xiàn)在工作面周期來壓期間。遠(yuǎn)離工作面的14#、17#、18#監(jiān)測站也出現(xiàn)頂板離層，結(jié)合巷道掘進(jìn)施工記錄分析認(rèn)為，掘進(jìn)期間有頂板層間水，由于水潤濕頂板的作用，使得溶于水的巖性頂板層間易出現(xiàn)離層現(xiàn)象，水對(duì)頂板離層起到促進(jìn)作用。這就說明頂板離層與地質(zhì)條件有一定關(guān)系，在頂板有層間水的情況下，頂板易發(fā)生離層情況，必須對(duì)此類頂板采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

5 結(jié)語

KZL-300型頂板離層在線監(jiān)測系統(tǒng)除具有頂板離層監(jiān)測功能外，還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測分機(jī)與報(bào)警器，報(bào)警器與報(bào)警器之間進(jìn)行半雙工通話，作為巷道的一種通訊工具使用，特別是在停電的情況下通訊功能依然保持。離層在線監(jiān)測系統(tǒng)可直觀清晰地觀測頂板的離層狀況，大大提高了頂板離層位移觀測效果和準(zhǔn)確性，能及早發(fā)現(xiàn)頂板離層失穩(wěn)的征兆，可有效防止頂板事故的發(fā)生。