矿井辅助运输下山在线监测系统应用研究

姚志伟

（山西西山煤电股份有限公司，山西 太原 030000）

1 引言

马兰矿南五下组煤辅助运输下山，巷道断面大，顶板管理困难。受工作面回采影响，巷道多次受压，顶板管理任务也越来越艰巨。现有的矿压观测仪器，依靠原始的人工观测记录，工作效率低下，仪器易受井下环境影响，误差较大。巷道已安设的风、水管路，易受压出现跑冒滴漏，影响工作面正常生产[1-3]。对于井下管路使用情况，人工巡查容易发生漏查，并且不能实时监测管路情况，不能及时发现突发事件。采煤工作面密闭后，人员、带电设备没法进入，不能实时掌握里面积水情况，是矿井监测盲区[4-7]。针对上述问题，马兰矿引入在线监测系统，实时在线监测顶板及围岩动态情况、管路压力和采空区内水位高度情况，对灾害具有预警功能，为保障矿井安全提供技术服务。

2 南五下组煤辅助运输下山在线监测系统

2.1 监测点位布置

南五下组煤辅助运输下山长2700m，每隔100m左右安装一组监测点，共28组。每组分别安装光纤顶板离层传感器和光纤锚索应力传感器各一个。

在采区石门供水、供风管路上各安装一个光纤压力传感器，在18504辅运巷口安装另两个光纤压力传感器，用以监测该段供水、供风压力能否满足生产要求。

在18301工作面安装一个光纤水位传感器，用以监测密闭后的水位情况，另一个传感器备下个采完的工作面使用。

2.2 系统架构

此监测系统由井上的工控机、系统软件、井下矿用本安型光纤光栅解调仪YGSJ18(C)、光纤顶板离层传感器、光纤锚杆（索）应力传感器、光纤钻孔应力传感器、光纤水位传感器、光纤压力传感器及传输光缆等附件组成。

图1 南五下组煤辅助运输下山在线监测系统结构图

2.3 传感器的安装

（1）光纤顶板离层传感器现场安装

传感器有两个锚固端，分别对应深基点和浅基点。根据南一下组煤顶板岩层的柱状图计划深基点孔深7.5m，浅基点孔深2.5m，离层传感器应安装在顶板居中的位置，孔径与锚杆（索）直径一致。

图2 顶板离层传感器安装示意图

（2）光纤锚杆（索）应力传感器的安装

图3 光纤锚索应力传感器安装示意图

（3）光纤钻孔应力传感器安装

图4 光纤钻孔应力传感器安装示意图

（4）光纤水压、水位传感器的安装

光纤水位传感器垂直固定在密闭墙内侧巷道的侧帮上，传感器最底端离地0.5m高。光纤水压传感器安装在供水管道上。若是安装点附近装有压力表，可以用三通件转接光纤压力传感器和压力表；若是附近没有则需要切割一孔，把转接件焊接在管道上，然后再把光纤水压传感器安装在转接件上。

3 南五下组煤辅助运输下山在线监测系统特点

（1）系统以光波为传输介质，抗干扰能力强。

（2）可实现监测现场不需要供电就可以工作，避免了因铺设电缆造成的安全隐患。

（3）一台检测仪可以对多个物理量进行检测，提高了集成化水平，便于管理。

（4）对顶板和围岩进行全面实时在线监测，避免了只检测单一数据所带来的误差，提高了系统的灵敏度和准确度，为实时分析煤体冲击地压提供有效的数据保证。

（5）节省人力、物力和时间的同时，又避免人员到现场进行检测可能带来的人身危险。

（6）采用的通用软件开发方式、编程语言、标准的接口技术，为用户提供运行稳定、操作方便、界面友好的应用软件，应用软件具有较高的开放性，较强的组态性。

4 社会经济效益分析

4.1 应用情况及经济效益

（1）南五下组煤安装在线监测系统后，可实现辅助队组每班减少2人的目标，按每工300元计算，每年可节约64.8万元。

（2）南五下组煤辅运下山在线监测系统投入运行后，对巷道顶板和采空区积水情况起到了很好的预警作用，有效预防了顶板和水灾事故的发生，对矿井安全生产具有很好的社会和经济效益。

（3）在线监测系统可实时监测管路压力，预防和减少管路事故，保证井下工作面生产的连续性，经济效益明显。

4.2 社会效益

南五下组煤辅运下山在线监测系统投入运行后，对巷道顶板和采空区积水情况起到了很好的预警作用，有效预防了顶板和水灾事故的发生。在线监测系统有效保证辅运下山顶板安全，预防了矿井风水管路事故，保证了职工安全和采区正常生产，产生了积极的社会影响力。该在线监测系统可创造显著的经济社会效益，对西山矿区、霍州矿区、汾西矿区具备类似条件的矿井都具有广泛的推广意义。