顶板动态监测系统在煤矿生产管理中的应用

白小宗

(西山煤电(集团)公司 总调度室，山西 太原 030053 )

随着国家对煤矿安全的日益重视及监管力度的不断强化，我国大部分煤矿都安装了顶板动态监测系统，加强了对顶板的监测监控。西山煤电(集团)公司杜儿坪矿建立的顶板动态监测系统，是矿—集团公司二级全方位对全矿井矿压在线监测的综合监测系统。它是利用网络、无线信息技术，通过KJ216 监测系统对煤岩层的赋存特点和物理力学性质、布点方式等进行分析研究，并将相关的实时数据发送至相关人员，增强了对井下顶板变化情况掌握的及时性，也为顶板管理决策提供科学透明的参考。杜儿坪矿经过多年实践应用，证明该系统运行可靠，对矿井顶板治理、保障安全生产、预防顶板事故具有重要意义。

1 工作原理

根据矿井顶板的安全现状及现有的矿山安全监测技术并通过矿井顶板测力计监测技术，变换和设计一个基于RS485 总线，系统RJ216 的实时监测系统，用AVR 单片机作为主控芯片。该系统由锚杆测力计监测，延伸、扩展通信站，监控主机和PC 平台。布局超过一个测力锚杆区域，每个测力锚杆连接到一个扩展进行监测。所有的一个区域连接到一个扩展通信站监视，主机监控所有监控分机通信站，监控主机与地面连接。基于RJ216 主从模式的系统，整个系统包括16 个扩展通信分站，每个扩展通信站有64 个分机监视器。扫描一个监控分机需2 s，0.5 可扫描整个系统，满足了该矿井的需求。

2 监测分析

1)主要巷道监测。

a)通过离层位移传感器(KGE30)主要监测顶板离层位置、速度变化，两帮变形区域，是为了连续监测顶板失稳的征兆，避免顶板事故的发生，识别巷道稳定性，评价所处的安全等级进行。

b)通过锚杆载荷应力传感器(KBY60)对巷道顶板、两帮锚固力及锚固力沿着锚杆长度变化规律进行监测，实现对顶板锚杆锚固力安全性能进行的评价，并实时进行数据监测。

2)回采工作面监测。

实时监测端头支架的工作阻力变化规律，提供最优的端头支护方式及参数，分区监测工作面内支架的工作阻力变化规律，可为评估支架效果及支架对顶板的适应性提供依据。

3)超前支承压力监测。

在超前顺槽钻孔内埋设传感器，对走向超前支承压力进行实时监测，其目的是确定超前支承压力的影响范围、峰值影响区及其大小，在保证采区巷道及周边巷道稳定性的前提下，实现工作面的安全高效回采，可为确定超前支护范围及预防冲击地压的发生提供可靠依据。

3 系统功能

1)软件系统功能。

顶板动态监测系统全部采用B/S 的网络结构，在服务器端安装了一套软件，系统在功能需求和系统分析的基础上分为:井上计算机动态模拟显示监测参数、报警;井下现场显示数据和报警;监测数据自动记录存储;分站及接收系统后备存储功能;连续实时监测曲线显示、分析;监测数据综合专业化分析;历史数据查询及报表输出;公司、矿顶板动态监测网络功能;短信自动群发报警(见图1)。

图1 KJ216 顶板动态监测系统示意图

a)井上、下数据报警模块。顶板动态监测系统及客户端能实时显示传感器测点的数据和图形，当测点数据超限时能自动报警并存储记录。井下的压力监测分站、各种传感器可实时监测数据，剔除了设备干扰及人为因素。通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。

b)数据存储查询模块。井上监测服务器能根据设置的记录周期将数据存储到数据库，数据采用动态存储技术，数据库采用SQL 数据库。

c)管理信息数据查询模块。软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析。CMPSES 监测分析软件综合了矿压理论数学模型，支持综合专业化数据分析。

d)无线信息发布模块。监测报警数据可通过GPRS 无线数据网络群发给相关人员。

2)井下系统功能。

KJ216 顶板动态监测系统井下部分包括:本安型分站、顶板离层监测传感器、锚杆/锚索应力监测传感器、钻孔应力传感器以及系统供电电源等。井下部分采用两级隔离485 总线，以太网数据传输。井下通讯主站单模光纤与井上的顶板监测服务器相连，见图2。

图2 井下KJ216 顶板动态设备分布图

4 典型案例

1)2006 年6 月，某矿采面上部三角带悬顶面积过大，工作面处于周期压力显现状态，但实际工作面下部多进9 m，形成了6°的仰斜开采，且工作面局部超高。在顶板离层、硬帮出现断裂的情况下，继续向前开采，每隔10 m 设1 个顶板离层测点，从KJ216 顶板动态监测系统，查看10 个顶板离层仪曲线，见图3，顶板离层量已经超过临界值，立即下达命令，要求队组停止生产，加强支护，及时避免了顶板事故的发生。

图3 离层传感器曲线图

2)根据杜儿坪矿回采工作面超前支承压力对冲击地压等现象有直接影响的现状，每隔10 m 安设1个钻孔应用传感器，通过传感器对超前支承压力进行测试，运用KJ216 软件进行智能化科学分析，得出工作面超前支承压力范围约为32 m，超前支承压力峰值约为18 MPa，距工作面6 ～8 m，应力集中系数约为2.1，为杜儿坪回采工作面的支护提供了依据。

5 结束语

顶板动态监测系统是预防顶板事故的基础保障，通过数据分析可以对井下顶板动态进行实时监测，根据井上计算机动态模拟显示监测参数及井下现场数据显示，如有异常立即报警，并且井下数据可以实现工作面无线传输、巷道局域网传输或电话线传输，监测数据在传输故障时自动记录存储。历史数据查询及报表输出，能形成局、矿顶板动态监测网络，根据目前的发展形势，顶板动态监测系统已经成为煤矿企业必须安装使用的监测系统，充分发挥其作用，可有效降低煤矿顶板事故发生率。