基于KJ26位移监测系统的8204-2面巷道变形研究

黄燕波

1 引言

随着矿山采煤深度和开采难度不断的加大，与此同时开采过程中将会出现一系列的难题，比如，矿山压力将增大，巷道支护越发困难，围岩变形更加严重等等，这其中巷道围岩变形是最为重要的问题[1]，直接影响煤矿的安全开采，它是指工作面巷道在非自然因素作用下发生的变形，如形状或者尺寸的变化。巷道变形将会对井下生产、运输、通风、排水等均有不同程度的影响，甚至对矿工的生命造成威胁，因此对于煤矿安全生产来说，合理科学及时的掌握巷道变形情况、分析巷道变形趋势有着非常重要的作用[2]。现有阶段下，对巷道变形进行监测的手段主要是人工测量，该方法精度不高、而且效率低下[3-4]，本文采用KJ26 多基点位移监测系统，该监测系统可以实现对巷道变形的在线实时监测，并且能够对潜在的灾害实现及时预警，极大地提高了监测效率。

2 KJ26多基点位移监测系统

2.1 系统概述

KJ26多基点位移监测系统，专为同煤大唐塔山煤矿定制的一套多点位移计在线监测系统。系统采用环行总线结构，接入传感器可以用于全矿井多类型矿压参数监测，围岩变形的位移量测量。本系统的主要特点是全国首家一表同步监测12 路测点多点位移计。可以同步监测同截面内顶板下沉位移量和两帮岩体的变形情况。适用于各种顶板构造复杂，来压较大容易变形的巷道监测。

2.2 系统可监测内容及监测目的

观测的内容包括：通过巷道深部围岩的顶板岩层离层、两帮变形量。可掌握顶板活动规律与左右两帮变形情况综合分析两者之间规律，随时监控巷道顶板、左右两帮位移、变形情况，研究基于锚杆的支护体的结构稳定规律，判断顶板锚固区内、外围岩的离层情况以及锚杆支护参数的合理性。通过巷道变形情况监测分析、掌握巷道深部围岩活动规律，判断出巷道围岩变化趋势，确定巷道围岩位移的范围。

2.3 系统结构特征

综合数据监测系统主要由地面中心站监控主机和软件、KJ26-J信息传输接口、通讯电缆、矿用隔爆兼本质安全型电源箱、KJ26-F 井下矿用本安分站、YHY60表头、GUD200 矿用本安型位移传感器及防雷栅等单元构成。

监测系统分井下和井上两大部分，见图1。，硬件结构使用统一的总线地址编码，系统的实际布置上分站可以混合排列，监测服务器通过通讯协议区分数据类型。井上检测服务器（计算机）可接入矿区局域网络，支持网络在线监测和信息共享。

图1 KJ26矿山压力位移监测系统总体结构图（以太环网通讯模式）

本系统分为2 大部分：底层硬件及传输和上层软操作软件及联网。

（1）底层硬件实时监测采集位移变化数据，并经井下分站编译将数据通过井下环网传到监控室监控PC机；

（2）上层操作软件将接收到的数据按照一定的算法进行数据处理，并实时显示在监控PC 机界面上，将监控PC机接入局域网，实现局域网内数据共享。

整个巷道最大设置99个位移测站，每个测站同时检测巷道同一截面的两帮和顶板位移12个测点，其中左右两帮帮各布置5个位移测点，顶板布置2个位移测点。每帮根据高度平均分布5个位移测点5个测点深度分别为1 m、2 m、3 m、4 m、5 m。顶板2 个测点深度分别为8 m、10 m。

每个多点位移监测站通过RS-485 数据通讯线缆将数据通过电信号传输到通讯分站，通讯分站统一巡检编译99个多点位移监测分站数据，将数据通过网络编译分站输入井下环网。

图2 多点位移监测站平面安装结构图

3 具体实施方案

8204-2工作面是塔山矿设计的第一个双侧临空综放工作面，工作面在掘进及回采过程中的矿压显现强度的观测与分析显得尤为重要，是为后期塔山矿乃至集团公司同类型千万吨矿井特厚煤层综放工作面孤岛开采提供理论依据，为保证本工作面矿压观测数据的连续性、准确性、及时性，我们计划在工作面布置表面位移监测系统用于监测顶板、煤柱侧、采煤帮侧表面位移情况，本文由于篇幅限制，仅以5204-2巷表面位移监测为应用实例，具体方案如下：

5204-2巷表面位移监测系统的监测长度为1 150 m（包括煤柱变化段、见方段），共布置30个观测断面，分别监测顶板离层、两帮移近情况，其中顶板布置2个位移测点，两帮各布置5个位移测点。

具体布置见图3：

图3 5204-2巷测点布置图

4 效果考察

在8204-2工作面布置的24 个测点采位见表1，2019年1月16日8204-2工作面采位为800 m时开始监测至2019年2月24日采位1 049 m，目前为止，只有前12个测点已经全部被破坏，具体测试数据见表1。

表1 24个测点相关数据表

通过表1 中数据表明，随着监测时间及采位的变化，5204-2巷道顶底板最大移近量来看，整体呈现逐渐上升的趋势，在监测前期，巷道顶底板变形处于缓慢收敛阶段，在监测后期，巷道顶底板变形处于加速收敛阶段，说明巷道已进入二次变形阶段。

图4 1#-24#测点随工作面推进位移变化趋势

通过图4 表明，随着工作面的推进，5204-2巷道顶底板最大移近量来看，整体呈现逐渐下降的趋势；沿工作面走向：工作面距离测点72 m 以外时，测点的位移变化稳定。随着工作面的推进，在距离工作面41 m～72 m 时，各测点位移开始变化，在27 m 之外位移变化较明显。在距工作面27m左右，各测点位移发生突变，运动急剧加快，位移迅速增加，超前支承压力主要影响范围在27 m以内。

从测试结果来看，该监测系统对固定距离的测量没有产生偏差，能够准确测量连续变化的位移，各传感器工作正常，数据传输准确可靠，系统整体性能稳定。

5 结语

针对目前煤矿巷道变形监测技术落后的问题，设计了该监测系统，并已经应用于同煤大唐塔山煤矿有限公司。通过现场测试，各传感器数据准确可靠、系统整体性能稳定，能够对巷道变形进行在线实时监测，为煤矿安全生产提供了可靠的数据支持。