阳煤一矿矿山位移在线监测系统的应用与研究

王瑞雪

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西　阳泉　045008）

引言

阳煤一矿始建于1956年，是山西首批现代化矿井，阳煤集团的主要矿井之一，具有完善的配套设施和生产系统，2006年核定生产能力750万t，考虑1.4的储量备用系数，矿井服务年限为62年。15号煤层属于厚煤层，其回采工作面为“U+Ⅰ”型巷道布置方式，即布置一条运输顺槽、一条回风顺槽、一条内错尾巷和一条顶板岩石走向高抽巷。15号煤层采煤方法为综采放顶煤一次采全高和大采高一次采全高采煤法，顶板管理均采用全部垮落法。一矿生产系统相对复杂，采掘工作面的顶板支护是安全生产的重要内容，巷道支护监测和围岩控制是矿井矿压工作的重点，对管理好工作面顶板，实现顶板支护安全和工作面高产高效的基础保障。

1　现代监测系统概述

煤矿顶板动态监测系统是在传统的由人工采集井下顶板动态参数的工作方式的基础上，根据煤矿发展需求，研发的监控煤矿顶板动态参数的变化，并实时传输至井上，可以方便地用计算机处理接收到的井下数据，通过在地面显示器进行动态显示，也能根据矿井调度和监控要求，组建成矿井内部系统网络，实现各种数据的传送和共享。

实现了煤矿全自动实时监测的发展需求，改进了煤矿信号传输制式，使用总线模式传输，提高了系统稳定性和可靠性。由于使用一条总线传输，降低了线缆的成本，且安装维护方便。

2　KJ395矿山位移监测系统组成及参数

2.1　GWG400（A）本安型位移传感器（顶板）

1）用途：顶板离层位移的测量。

2）特点：稳定性强，精度高，量程大；抗干扰能力强，不受电磁干扰、温度、湿度、震动等因素影响；防水性能好，研制了多功能防护板（专利技术）；电压适应范围宽，常用的本安电源12 V、18 V、24 V均能应用，见表1。

表1　GWG400本安型位移监测仪（顶板）主要参数

2.2　GWG400（A）本安型位移传感器（两帮）

1）用途：两帮离层位移的测量。

2）特点：稳定性强，精度高，量程大；抗干扰能力强，不受电磁干扰、温度、湿度、震动等因素影响；电压适应范围宽，常用的本安电源12 V、18 V、24 V均能应用，见表2。

表2　GWG400本安型位移监测仪（两帮）主要参数

3　监测研究的主要内容

3.1　巷道

对巷道的两帮位移量、顶板下沉量及下沉变化进行监测，主要通过离层位移传感器进行。监测结果用来对巷道变形及破坏程度进行评价，对巷道的安全稳定性等状况做出判断。

主要通过锚杆载荷应力传感器进行监测顶帮支护的效果、锚杆的锚固力及变化规律。监测结果用来对锚杆受力情况、变化状况进行评价，衡量巷道支护效果，为进一步优化巷道支护参数提供资料。

3.2　液压支架

对工作面液压支架的监测，对液压支架的工作阻力进行记录并分析变化规律，对支架的适应性和支护效果进行评价，对端头支架的稳定性和安全性提供数据，对顶板的来压规律提供依据。

3.3　超前支承压力

监测超前支承压力的显著影响范围、支承压力高峰值、支承压力高峰位置以及前移速度等。主要通过中深钻孔埋设传感器进行。监测结果用来对工作面两巷及端头区域的支护超前支护范围和强度进行检验。

4　布置要求

按照工作面现场的地质条件和各种生产要素的分析，重点满足监测的技术要求，同时考虑经济性，提出优化的布置方式。如81204进风巷总计布置8组仪器，依照巷道实际条件，风、水管路，线路连接等情况设定。

5　资料的综合评价

系统根据工作面和巷道的实际记录数据，生成关于工作面支护状态和围岩位移变形的发展特点，经过各种模式的技术数据计算，形成监测数据分析资料，以便以规律性的数据支持现场安全生产和下一步的参数优化。

6　应用及效果分析

6.1　仪器安装

在81204工作面进风巷，根据巷道条件和支护观测方案，在距切巷350m布置第一组仪器，以后每隔50m安装一组仪器，总计安设了8组，每组设备包括一台顶板离层监测仪和两台两帮变形记录仪。

6.2　运行效果监测

经过矿技术人员三个月的监测、记录和分析，该系统实现了对巷道围岩的位移变化进行的实时在线动态监测。监测数据表明81204工作面进风巷掘进后，巷道整体稳定，顶板和两帮围岩位移变动不大，平均在20mm。随着周围采掘动压影响和切割巷大断面的施工，在进风巷和切割巷贯通50m范围，出现顶板浅部离层，两帮受力增加，巷道有顶帮位移，巷道断面出现收缩。顶板平均下沉45mm，两帮平均位移65mm。经分析，巷道围岩变形安全可控，均在安全范围内，巷道支护稳定可靠。

7　结语

本套系统实现了在线监测和分析，并通过电脑和现代通讯技术联系多部传感仪器集成体系，完成对各类工作面及巷道支护、围岩变化情况的及时分析和动态监控，同时通过上位机提供的历史数据曲线，可以方便掌握工作面压力变化趋势信息，准确记录顶板离层数据，把矿压资料进行科学分析，及时发现和掌握矿压变化规律，大大减少了人力投入，具有广阔的应用前景和推广价值。