银星二号煤矿矿山压力监测系统应用效果及评价

王泽华 于浩楠 陈刚 连小勇

摘要：针对传统矿压监测系统数据量大、数据分析缺乏客观性、不具备警报功能的问题，银星二号煤矿引进KJ216/653集成矿压监测系统，通过围岩应力监测、锚杆锚索受力监测、围岩移动监测、支架压力监测四个子系统，实现了对综采工作面、巷道顶板与围岩的实时监测、管控和预警。

关键词：集成矿压监测系统;矿山压力监测;监测预警

我国大部分煤矿都面临开采顶板安全问题，且多数矿山在矿压监测方面存在数据缺乏客观性和数据分析不及时等情况[4]。一套包含矿压数据实时监测、数据与矿压分析、预警报警功能的系统，能有效减少顶板事故发生[5]。矿山压力监测主要目的是保证工作面掘进和回采期间人员、设备安全。

1 银星二矿矿压监测系统架构

银星二号煤矿矿压监测系统包括综采工作面支架压力监测、巷道顶板围岩移动监测、锚杆锚索受力监测、围岩应力监测四个子系统。各子系统集成在一个KJ216/653矿压监测系统，如图1所示。整个监测系统井上、下系统架构。在综采工作面三条顺槽每隔50米安装一组锚杆、锚索受力监测和围岩移动监测。

实时监测巷道顶板锚杆锚索受力和顶板离层情况，当巷道顶板发生离层和锚杆锚索受力变化时，及时提示技术人员采取措施处理危险隐患;在综采工作面回风顺槽和运输顺槽上下口位置安装围岩应力监测系统，检测煤岩支承应力的变化，实时监测工作面超前应力变化动态，实现对危险区和危险程度的实时监测预警;在综采工作面液压支架安装支架压力监测，实时监测支架立柱压力变化，通过分析支架立柱压力变化，揭示顶板压力的变化规律和运过程。综采工作面矿压监测系统采用多参数、多传感器和计算机集成技术，对综采工作面和超前巷道进行大面积全覆盖的快速监测，从而对顶板压力运动规律，超前巷道锚固质量和巷道稳定性进行全面分析，给出稳定性评价，预防预报顶板跨落事故。

2 银星二矿矿压监测系统功能

2.1 围岩应力监测子系统

在综采工作面回风顺槽和胶带运输顺槽30m、60m、924m、954m分别安装两组应力监测传感器，通过分析各时期内各个测点在整个监测期随时间和距离变化的应力监测情况，可得出各个测点在整个监测期间的应力数值情况以及在工作面回采过程中，各测点应力变化趋势情况，通过分析综采工作面超前影响距离为18.9m，应力升高幅度不大。

2.2.锚杆锚索受力子系统

在综采工作面回风顺槽、胶带运输顺槽和轨道顺槽每隔50米安装一组锚杆/索传感器，通过地面主机定期查看上传数据，若传感器压力有增加趋势，技术人员密切注意该地点顶板压力变化状态，及时下井落实井下安全隐患，若发生报警，及时处理;若传感器显示围岩承受交变载荷作用，会使锚杆锚索在远低于其破断强度时发生断裂失效，必须经现场查看，若发生锚杆、锚索失效，应及时采取补强措施。

2.3围岩移动监测子系统

在综采工作面回风顺槽、胶带运输顺槽和轨道顺槽每隔50米安装一组围岩移动传感器，通过地面主机定期查看上传数据分析围岩移动传感器深基点和浅基点离层量，当离层发生在浅部时，由于锚杆和锚索共同起到了锚固作用，产生离层危险性较低，需密切关注该地点顶板变化情况;当离层发生在浅基点位置之上，深基点位置之下时，离层范围内岩层重量都由锚索承担，锚杆已经失效，若离层位置内岩层重量超过锚索极限破断载荷，该位置将发生冒顶或片帮事故，此时危险性较高应立即采取治理措施;当离层超过深基点范围，此时锚杆锚索支护作用均已失效，围岩稳定大多时候是靠碎裂岩体的嵌固作用，一旦岩层失稳，将造成大面积冒顶或片帮事故。

2.4支架压力监测子系统

综采工作面每8架液压支架安装一组支架压力传感器共安装20组，通过分析支架工作阻力随推进步距关系曲线来推断基本顶周期来压步距。通过综采工作面支架工作载荷数据分析，可以得到工作面上部、中部、下部周期来压步距和来压强度，通过计算支架平均工作阻力与额定初撑力的比值，可以得到支架初撑力是否适中，支架初撑力管理是否到位，通过支架来压时平均工作阻力与额定工作阻力的比值可判断支架选型是否合适，能否适应工作面顶板周期性的变化规律。

3 集成矿压监测系统技术优势

1）采用KJ216/653監测系统，矿压监测数据可以实时自动记录，数据不受人工干预，由计算机采用专业的矿压分析算法客观反应支架的运行状态，分析工作面整面载荷频度的分布规律，评价支架的运行工况，生成顶板二维、三维应力云图、 word版的矿压分析报告，为决策提供依据。

（2）监测传感器采用全网无线异步唤醒技术，超低功耗设计，安装时不用铺设电缆，节省系统施工成本和后期维护费用。

3）电池窗、天线携带方便，无需打开盖子即可进行更换，与地面监测服务器通讯时，支持多种通信方式，我矿采用最先进的以太环网总线传输模式。

（4）采用多径路由协议，充分利用网络中路由的冗余，网络具有优异的自愈性、稳定性和极佳的数据吞吐量，即使在移动的组网环境下也能轻松应对。

4 工程应用效果

相较传统方法，集成矿压监测系统平台运用多参数、多传感器和计算机集成技术，对采矿工作面和超前巷道进行大面积全覆盖的快速监测，从而对顶板压力运动规律，超前巷道锚固质量和巷道稳定性进行全面分析，给出稳定性的评价，对顶板跨落形成顶板灾害具有积极的预防预报作用，对顶板实现更有效的管控，防止顶板事故发生，对矿井安全生产具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]彭赐灯.矿山压力与岩层控制研究热点最新进展评述[J].中国矿业大学学报，2015，44（01）：1-8.

[2]康红普，徐刚，王彪谋，等.我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望[J].采矿与岩层控制工程学报，2019，1（2），7-39

[3]张远志，李培贤，贺小平，张闯，任强，罗波远，王博，杜盼.KJ653矿压监测系统在红庆梁煤矿的应用实践[J].设备管理与维修，2020（15）：125-127.