銀星二號煤礦礦山壓力監測系統應用效果及評價

王澤華 于浩楠 陳剛 連小勇

摘要：針對傳統礦壓監測系統數據量大、數據分析缺乏客觀性、不具備警報功能的問題，銀星二號煤礦引進KJ216/653集成礦壓監測系統，通過圍巖應力監測、錨桿錨索受力監測、圍巖移動監測、支架壓力監測四個子系統，實現了對綜采工作面、巷道頂板與圍巖的實時監測、管控和預警。

關鍵詞：集成礦壓監測系統;礦山壓力監測;監測預警

我國大部分煤礦都面臨開采頂板安全問題，且多數礦山在礦壓監測方面存在數據缺乏客觀性和數據分析不及時等情況[4]。一套包含礦壓數據實時監測、數據與礦壓分析、預警報警功能的系統，能有效減少頂板事故發生[5]。礦山壓力監測主要目的是保證工作面掘進和回采期間人員、設備安全。

1 銀星二礦礦壓監測系統架構

銀星二號煤礦礦壓監測系統包括綜采工作面支架壓力監測、巷道頂板圍巖移動監測、錨桿錨索受力監測、圍巖應力監測四個子系統。各子系統集成在一個KJ216/653礦壓監測系統，如圖1所示。整個監測系統井上、下系統架構。在綜采工作面三條順槽每隔50米安裝一組錨桿、錨索受力監測和圍巖移動監測。

實時監測巷道頂板錨桿錨索受力和頂板離層情況，當巷道頂板發生離層和錨桿錨索受力變化時，及時提示技術人員采取措施處理危險隱患;在綜采工作面回風順槽和運輸順槽上下口位置安裝圍巖應力監測系統，檢測煤巖支承應力的變化，實時監測工作面超前應力變化動態，實現對危險區和危險程度的實時監測預警;在綜采工作面液壓支架安裝支架壓力監測，實時監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律和運過程。綜采工作面礦壓監測系統采用多參數、多傳感器和計算機集成技術，對綜采工作面和超前巷道進行大面積全覆蓋的快速監測，從而對頂板壓力運動規律，超前巷道錨固質量和巷道穩定性進行全面分析，給出穩定性評價，預防預報頂板跨落事故。

2 銀星二礦礦壓監測系統功能

2.1 圍巖應力監測子系統

在綜采工作面回風順槽和膠帶運輸順槽30m、60m、924m、954m分別安裝兩組應力監測傳感器，通過分析各時期內各個測點在整個監測期隨時間和距離變化的應力監測情況，可得出各個測點在整個監測期間的應力數值情況以及在工作面回采過程中，各測點應力變化趨勢情況，通過分析綜采工作面超前影響距離為18.9m，應力升高幅度不大。

2.2.錨桿錨索受力子系統

在綜采工作面回風順槽、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，通過地面主機定期查看上傳數據，若傳感器壓力有增加趨勢，技術人員密切注意該地點頂板壓力變化狀態，及時下井落實井下安全隱患，若發生報警，及時處理;若傳感器顯示圍巖承受交變載荷作用，會使錨桿錨索在遠低于其破斷強度時發生斷裂失效，必須經現場查看，若發生錨桿、錨索失效，應及時采取補強措施。

2.3圍巖移動監測子系統

在綜采工作面回風順槽、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，通過地面主機定期查看上傳數據分析圍巖移動傳感器深基點和淺基點離層量，當離層發生在淺部時，由于錨桿和錨索共同起到了錨固作用，產生離層危險性較低，需密切關注該地點頂板變化情況;當離層發生在淺基點位置之上，深基點位置之下時，離層范圍內巖層重量都由錨索承擔，錨桿已經失效，若離層位置內巖層重量超過錨索極限破斷載荷，該位置將發生冒頂或片幫事故，此時危險性較高應立即采取治理措施;當離層超過深基點范圍，此時錨桿錨索支護作用均已失效，圍巖穩定大多時候是靠碎裂巖體的嵌固作用，一旦巖層失穩，將造成大面積冒頂或片幫事故。

2.4支架壓力監測子系統

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步距關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據分析，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，能否適應工作面頂板周期性的變化規律。

3 集成礦壓監測系統技術優勢

1）采用KJ216/653監測系統，礦壓監測數據可以實時自動記錄，數據不受人工干預，由計算機采用專業的礦壓分析算法客觀反應支架的運行狀態，分析工作面整面載荷頻度的分布規律，評價支架的運行工況，生成頂板二維、三維應力云圖、 word版的礦壓分析報告，為決策提供依據。

（2）監測傳感器采用全網無線異步喚醒技術，超低功耗設計，安裝時不用鋪設電纜，節省系統施工成本和后期維護費用。

3）電池窗、天線攜帶方便，無需打開蓋子即可進行更換，與地面監測服務器通訊時，支持多種通信方式，我礦采用最先進的以太環網總線傳輸模式。

（4）采用多徑路由協議，充分利用網絡中路由的冗余，網絡具有優異的自愈性、穩定性和極佳的數據吞吐量，即使在移動的組網環境下也能輕松應對。

4 工程應用效果

相較傳統方法，集成礦壓監測系統平臺運用多參數、多傳感器和計算機集成技術，對采礦工作面和超前巷道進行大面積全覆蓋的快速監測，從而對頂板壓力運動規律，超前巷道錨固質量和巷道穩定性進行全面分析，給出穩定性的評價，對頂板跨落形成頂板災害具有積極的預防預報作用，對頂板實現更有效的管控，防止頂板事故發生，對礦井安全生產具有十分重要的作用。

參考文獻：

[1]彭賜燈.礦山壓力與巖層控制研究熱點最新進展評述[J].中國礦業大學學報，2015，44（01）：1-8.

[2]康紅普，徐剛，王彪謀，等.我國煤炭開采與巖層控制技術發展40a及展望[J].采礦與巖層控制工程學報，2019，1（2），7-39

[3]張遠志，李培賢，賀小平，張闖，任強，羅波遠，王博，杜盼.KJ653礦壓監測系統在紅慶梁煤礦的應用實踐[J].設備管理與維修，2020（15）：125-127.