回采工作面矿压监测系统应用分析

张敏敏

（晋能控股煤业集团雁崖煤业公司，山西 大同 037031）

1 8307工作面概况

晋能控股煤业集团雁崖煤业公司8307工作面位于三盘区西翼，工作面东部、南部、西部为实煤区，北部为盘区西翼回风巷、皮带巷、辅运巷。

8307工作面走向长度为228 m，倾向长度为1 028 m，工作面采回采煤层为山西组4号煤层，4号煤层为半亮型、暗淡型煤，块状。本煤层属复杂结构煤层，总厚度为2.0～3.60 m，平均厚度为2.80 m，利用厚度为1.80～3.30 m，煤层中普遍含有1层夹石，局部含有2层夹石，夹石岩性为灰黑色砂质泥岩、黑色泥岩、灰褐色高岭岩[1-2]。

8307工作面采用综合机械化回采工艺，工作面回采期间采用ZZ10000/20/38四柱支撑掩护式支架进行支护顶板，采用SL300采煤机割煤，采用SGZ1000/1500刮板输送机运煤，其中工作面内共计安装131架液压支架，如表1所示[3]。

表1 支架基本参数

2 KJ385型矿山压力监测系统应用

为了保证8307工作面回采期间液压支架能够有效对顶板进行支护，决定对工作面液压支架安装一套KJ385型矿山压力监测系统。

2.1 监测系统组成

KJ385型矿山压力监测系统主要由中心分站、节点分站以及终端节点等部分组成。

1）中心分站主要由处理器、电源、通讯器、电路板等部分组成；节点分站主要由路由器以及电源组成，主要由于井下无线信号传输；终端节点主要由压力传感器、信号放大电路以及无线通讯模块等部分组成。

2）终端节点主要用于液压支架夜里信号收集并通过信号放大电路将信号放大，然后利用CC2530模块将信号传送至路由器内，最后传送至中心分站；中心分站对收集的压力信号进行计算分析，并将分析结果传送至地面主机系统内。

3）中心分站采用32位ARM处理器，电源供电电压为1.2 V，采用I/O通用接口，支持摄像头接入。

2.2 系统功能

1）监测功能：该系统在运行时主要利用安装在液压支架上的压力传感器实时监测支架受压情况，并把收集数据发送至中心分站，然后利用处理器进行数据分析，以及上传至地面，从而实现了地面对井下液压支架实时监控的目的。

2）报警功能：当工作面断层、应力区等特殊地段时，当顶板对支架产生较大压力，压力传感器会及时将压力数据上传至地面上位机上，并发出警报。

3）信号采集功能：该系统中压力传感器及时收集支架受压数据，并通过路由器将数据无线传输至中心分站进行储存。

4）储存功能：压力传感器监测的数据上传至主机系统后进行储存，储存时间达1 a以上，同时通过主机系统专用软件对液压支架压力绘制成曲线图，并进行查阅。

2.3 系统监控方案

1）井下通讯分站主要安装在工作面运输顺槽设备列车上，井下通讯主站安装在工作面头尾顺槽巷口处，共计安装两台1台运行1台备用，井下交换站共计安装5台，每隔300 m安装1台，如下页图1所示[4]。

图1 KJ385型矿山压力监测系统结构示意图

2）8307工作面共计安装13台传感器，分别安装在1号支架、14号支架、27号支架、40号支架、53号支架、66号支架、79号支架、92号支架、105号支架、118号支架以及131号支架上；每个传感器三个通道分别与液压支架千斤顶、前后立柱进行固定连接，从而监测支架工作阻力以及顶板压力情况。

3 矿压监测分析

8307工作面于2019年2月份初采，工作面沿4号煤层顶底板进行回采，工作面回采前500 m段共计揭露3条正断层，断层平均落差为1.5 m，倾角为50°，对工作面回采影响不大，但受构造应力及回采应力等集中应力作用，工作面顶板压力相对较大。

8307工作面回采至620 m处（5月11日）时对工作面液压支架安装了一套KJ385型矿山压力监测系统，截止5月27日系统已全部调试完成；系统在安装投入使用前20 d范围处于非正常状态，当工作面向前推进160 m后系统处于稳定状态，当系统处于稳定状态时在采煤期间以及检修期间分别采集5个支架压力情况，通过分析对比发现，在采煤期间支架受力支架工作阻力实时监控曲线处于不规则的曲线状态[5]，各个测点受力数据显示，支架千斤顶、前后立柱受力值位于22～39 MPa之间，未超过支架设计压力值；在检修班时液压支架工作阻力受力曲线处于规则状态，受理值区域稳定15～25 MPa之间。

4 应用效果

雁崖煤业公司对8307工作面回采期间液压支架安装了一套KJ385型矿山压力监测系统，通过该系统实时监测工作面液压支架工作阻力及受压情况，通过实际应用效果来看，8307工作面采用的ZZ10000/20/38四柱支撑掩护式支架满足工作面回采需求，保证了工作面回采安全；而且该系统对支架实时监测，当支架出现卸压、自降时能够及时发送至地面监控中心，确保检修人员能够准确快速的进行支架维修，取得了显著应用成效。