KZL-300型顶板离层在线监测在80113回风巷的应用

李明鑫

（阳煤集团新景公司生产技术部，山西 阳泉 045000）

为加强顶板管理，实现对顶板离层变化的有效监测，新景公司首次引进了KZL-300型巷道顶板离层自动监测报警装置系统，选择在芦北15#煤采区80113回风巷使用。

1 概况

80113回风巷属于15#煤下层巷道，矩形断面，毛宽4.3m，净宽4.0m，毛高2.9m，净高2.8m。采用锚索+钢带+网联合支护方式，巷道顶板每排布置5根锚杆和1根短锚索，间距为0.76m，排距为0.8m。每四排顺巷正中打两根组合长锚索，配3m槽钢加强支护，间距2.0m；两帮每排布置3根锚杆，间距为0.8m，排距为0.85m。

80113回风巷顶板岩性为：顶煤厚度在3.2～3.9m之间，平均厚度3.4m，煤层直接顶为泥岩，平均厚度0.9m，基本顶为石灰岩和泥岩互层，厚度4.0m。

根据80113回风巷的顶板、支护情况以及顶板离层观测仪传感器测绳的长度，确定对回风巷顶板0～3.5m和3.5～7.0m高低端两个层位的顶板离层情况进行监测。

2 顶板离层在线监测装置安装

2.1 监测装置的安装

80113回风巷总长度2138m，5月17日开始安装，6月4日调试成功，完成了数据的正常上传，9月29日该套顶板离层在线监测系统接入矿综合信息平台，实现了多机监测浏览的预期目标。

2.2 监测站编号及安装位置

在巷道开口位置和巷道1100m处分别安设1#、2#两台监测分机，其中巷道开口位置的监测分机为1#分机，另一台监测分机为2#分机。每台监测分机后面分别安设20个监测站，监测站的间距为50m。1#监测分机所带的20个监测站，由近到远依次为1#～20#，2#监测分机所带的20个监测站，由近到远依次为21#～40#。具体回风巷顶板监测站布置情况见图1。

图1 80113回风巷顶板监测站布置图

每个监测站的监测仪器包括一个传感器、一个报警器，传感器安装在顶板上，报警器安装在帮上距底板1.5m的位置。传感器与报警器用专用连接电缆连接，监测站之间通过专用矿用拉力信号通信电缆，以报警器为连接点分别串联到各自的监测分机。监测分站所检测的数据通过光缆进入井下的环网，并把监测的数据上传到信息平台上。监测站布置见图2。

图2 顶板离层在线监测断面布置图

3 顶板离层在线监测装置的监测原理及传输方式

顶板离层在线监测装置可以同时监测顶板高低端两个不同层位的顶板离层情况。当顶板发生离层时，传感器通过测绳获得顶板离层位移量，并通过自身的阻尼装置，将机械位移数据转换成光电信号，传送到报警器，报警器可以从接受到的光电信号中提取顶板离层位移信号，并传送到各自的监测分机，由监测分机把所有监测站的顶板离层数据通过井下的环网上传到信息平台上，实现顶板离层在线监测，见图3。

4 顶板离层监测结果及分析

80113工作面于4月13日开始回采，到11月5日已累计推进800m。随着工作面的推进，回风巷道顶板离层监测站共拆除13个，期间对32#监测站的报警器进行了更换，确保了监测数据的真实准确。利用系统软件对5个月的顶板在线监测数据进行了分析。

（1）整理已拆除的27#～40#监测站顶板离层数据，得到顶板离层量与工作面推进度、周期来压相关对比（见表1）。

图3 监测装置传输路线图

表1 顶板离层量与工作面推进度、周期来压数据统计表

由上述统计结果分析可知，随着工作面推进，回风巷顶板均出现不同程度的离层，最大离层量达到156mm，离层次数最多为4次，每次离层时间间隔在6～8d之间，期间工作面推进步距为18～22m。由于该工作面矿压观测的周期来压步距平均为18m，充分说明回风巷顶板离层时间与工作面周期来压有关，在工作面周期来压时，回风巷顶板有时会出现离层，但离层量不大（见图4）。

图4 29#监测站顶板离层状况图

（2）整理已拆除的27#～40#监测站顶板离层数据，得到顶板离层量与工作面推进度、回风巷超前支护距离对比（见表2）。

表2 顶板离层量与回风巷超前支护距离数据统计表

由上述统计结果分析可知，回风巷顶板开始出现离层距工作面的最大距离为60m，巷道顶板出现离层量较大的范围在距工作面33m之内，工作面回采期间回风巷实际超前支护距离在20～34m之间。这说明超前支护在一定程度上对巷道顶板的离层起到了控制作用。为了有效控制顶板的离层，超前支护的距离应放大到60m。

（3）根据目前顶板离层监测情况，结合系统软件的分析可知，顶板离层量与工作面推进度有直接关系。靠近工作面的巷道顶板离层量较大，远离工作面的巷道顶板离层量较小，顶板离层主要出现在工作面周期来压期间。远离工作面的14#、17#、18#监测站也出现顶板离层，结合巷道掘进施工记录分析认为，掘进期间有顶板层间水，由于水润湿顶板的作用，使得溶于水的岩性顶板层间易出现离层现象，水对顶板离层起到促进作用。这就说明顶板离层与地质条件有一定关系，在顶板有层间水的情况下，顶板易发生离层情况，必须对此类顶板采取加强支护措施。

5 结语

KZL-300型顶板离层在线监测系统除具有顶板离层监测功能外，还可以实现监测分机与报警器，报警器与报警器之间进行半双工通话，作为巷道的一种通讯工具使用，特别是在停电的情况下通讯功能依然保持。离层在线监测系统可直观清晰地观测顶板的离层状况，大大提高了顶板离层位移观测效果和准确性，能及早发现顶板离层失稳的征兆，可有效防止顶板事故的发生。