淺談頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)在河東煤礦的應用

張海榮

(汾西礦業(yè)集團 河東煤礦，山西 靈石 031300)

礦井采煤、掘進、巷修工作面頂板(片幫)事故較多，傷亡量大，嚴重影響煤炭生產持續(xù)和健康的發(fā)展。為了加強頂板管理，防止冒頂事故，保障職工安全作業(yè)，促進煤礦正常生產，提高經(jīng)濟效益，汾西礦業(yè)集團河東煤礦在普采向綜采技改的同時就首先在綜采工作面引進了KJ216 綜采液壓支架頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)，隨后在掘進順槽和開切眼時先后引入了圍巖移動和頂板壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)［1］。

該系統(tǒng)在河東煤礦應用之初，由于工人認識不足，加之系統(tǒng)適應煤礦惡略環(huán)境能力較差，導致設備故障較多，未能起到最佳的監(jiān)測效果;之后隨著國家對礦山頂板安全隱患排查力度的不斷加大，工人的認識和設備的改進都上了一個新臺階，這套監(jiān)測系統(tǒng)也真正為河東礦的生產安全起到了保駕護航的作用。本文綜合多年來KJ216 頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)在河東煤礦的應用狀況，探索出了一系列適用于煤礦生產的安裝技巧，同時摸索出了一套系統(tǒng)的管理辦法，并根據(jù)現(xiàn)場實踐提出了諸多對設備優(yōu)化的方案。

1 應用實踐

河東煤礦現(xiàn)有兩個綜采工作面和2 個掘進工作面，針對不同的支架型號和斷面尺寸分別安裝有2套綜采工作面頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)和3套圍巖移動、應力在線監(jiān)測系統(tǒng)，并在31008 大采高首采工作面安裝了一套超前應力在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1.1 安裝方案

根據(jù)汾西集團公司要求并結合該礦實際情況，在一采區(qū)31006 綜采工作面和四采區(qū)41001 綜采工作面均每隔8 個支架安裝1 個KJ216 綜采液壓支架在線監(jiān)測壓力表，實時監(jiān)測采煤過程中頂板的活動情況。

由于二采區(qū)31008工作面是集團公司首個雙層煤聯(lián)合一次采全高的大采高綜采工作面，兩順槽斷面尺寸寬度均大于5 m，切眼斷面更是達到了9.2 m。為了能更詳細精確地掌握掘進、回采期間頂板的活動規(guī)律，為后續(xù)的聯(lián)合開采積累經(jīng)驗，經(jīng)研究決定兩順槽內從停采線位置開始每隔30 m 安裝1 組錨桿應力傳感器和圍巖移動傳感器，切眼里每隔10 m 安裝1組，通過2 個儀器相互配合，更實時詳盡地掌握掘進、回采期間頂板的活動規(guī)律。為了實時監(jiān)測初采期間煤壁及煤柱內應力的分布情況，為超前支護的設計提供具體的技術參數(shù)，在該首采工作面還安裝了1套煤體超前應力在線監(jiān)測系統(tǒng)［2］。

二采區(qū)31009工作面與31008工作面不同，由于地質條件影響，巷道走向僅有400 余m。綜合考慮后決定仍沿用先前的只采10#煤層的方案，巷道斷面寬度為4.2 m，因此，根據(jù)規(guī)定并結合實際情況決定從停采線位置開始每隔50 m 安裝1 組頂板離層儀和錨桿應力傳感器。

以上是各掘進、回采工作面初步的安裝方案，如遇地質構造變化，應根據(jù)實際情況加密傳感器和加長離層儀的安裝深度。

1.2 安裝要求

傳感器必須嚴格按照廠家提供的安裝要求實施安裝，具體安裝要求如下［3－4］:

1)頂板離層儀。

必須用專用安裝桿安裝頂板離層儀，不得用錨索或鉆桿等代替安裝桿，且安裝桿必須用專用桿頭連接鋼絲繩錨爪頭;安裝前，首先用安裝桿按要求深度探入孔內查看深基點深度是否符合要求，孔深符合要求時再進行下一步安裝;頂板離層儀深基點爪頭用安裝桿捅到底，深基點深度必須大于正常錨索眼深度0.5 m以上;淺基點捅入2.5 m(剛進入9#煤層頂板);傳感器固定桿全部進入安裝孔內，離層儀器外盒必須緊貼頂板，離層儀外盒和頂板中間的金屬網(wǎng)必須剪掉，鋼絲繩必須拉緊;離層儀外盒上部緊固鋼絲繩的螺釘必須擰緊，把多余的鋼絲線剩下30 cm 左右后剪斷;離層儀孔深不符合要求或者安裝過程中錨爪遇障礙未捅到底且不可取出時，必須重新打孔安裝。

2)錨桿應力計。

安裝錨桿應力計的錨桿施工時，外露長度必須在120～150 mm;錨桿端頭先加墊1 片錨索托板，錨桿應力計平整端面緊貼錨索托板，帶凹槽的端面必須放入墊圈后用螺母擰緊，錨桿外露長度不符合要求必須重新補打安裝;為了更好地發(fā)揮錨桿主動支護的效果，錨桿必須用風動扳手緊固，預緊力至少達到20 kN 以上(即顯示窗口數(shù)值為20)。

1.3 監(jiān)控管理

該系統(tǒng)在該礦應用之初，由于沒有實踐經(jīng)驗，監(jiān)控管理力度不夠，導致數(shù)據(jù)傳輸不正?；虿徽鎸?，不能發(fā)揮儀器的最佳效果來服務生產。隨著時間的推移及國家對頂板隱患事故排查力度的加大，該礦不僅通過實踐磨練出了不少專業(yè)人才，而且還積累了豐富的實踐經(jīng)驗，并撰寫出了詳盡的頂板管理制度，通過多次的嚴格考核，該礦的監(jiān)控管理逐漸步入了正軌，并在實踐過程中為廠家提出了許多適用于礦山環(huán)境操作的設備優(yōu)化方面的建議。

2 設備優(yōu)化

隨著國家對煤礦安全事故監(jiān)控力度的不斷加大，市場上涌現(xiàn)出多種頂板在線監(jiān)控儀器，傳感器有油壓式、電阻式、儀表式、電子式等;傳輸方式有采集式、在線式的，有無線傳輸?shù)模灿杏芯€傳輸?shù)?，但工作原理都大同小異?/p>

隨著頂板在線監(jiān)測儀器的不斷更新，該礦在儀器使用方面也積累了寶貴的經(jīng)驗，不僅根據(jù)井下實際情況做了相應的調整，而且還通過實踐經(jīng)驗為廠家提出了許多適用于礦山環(huán)境操作的設備優(yōu)化方面的建議。針對該礦目前應用的山東尤洛卡生產的KJ216 頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)提出了如下建議:

1)傳輸方式須改成無線傳輸，但必須能經(jīng)受住井下變頻儀器的考驗，既要保證線路通暢，而且還需確保數(shù)據(jù)準確。

2)如不能實現(xiàn)暢通、準確的無線傳輸，須在現(xiàn)有有線傳輸?shù)幕A上把線路連接方式改成卡口連接，既避免了連接線路時的繁瑣，又避免了因接頭松動導致的傳輸中斷。

3)須把顯示窗和傳感器分離，顯示窗懸掛在幫上，既便于維護，也便于現(xiàn)場觀察。

4)頂板離層儀預緊螺絲須改裝在儀器下面，并改成人工旋鈕式的，既方便操作，也避免了因忘帶工具或工具損壞時而無法安裝。

5)儀器設備須按照煤礦常用工具型號設計，如型號較為特別，須配套專用的安裝工具。

6)地面分析軟件根據(jù)該礦要求改進后既簡潔明了，而且還便于操作。

3 應用效果

通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，該礦在多處有頂板安全隱患處及時采取了加強支護措施，多次把事故消滅在萌芽狀態(tài)，取得了較好的支護效果。31008 大采高工作面順槽及切眼內發(fā)生的幾起頂板隱患因及時支護而避免安全事故的事件均較為典型:

1)31008工作面切眼掘進過程中，隨著掘進迎頭的前移，切眼口25 m 位置錨桿測力計的數(shù)值持續(xù)增大。根據(jù)該現(xiàn)象，該礦立即采取加密補打粗錨索的方案加強支護，然而，就在方案制定的同時，靠近該測點處的2 根錨索相繼被拉斷，安排隊組及時補打，排除了安全隱患，該錨桿應力計測點數(shù)值開始趨于穩(wěn)定，變化速率明顯減小。

2)31008工作面材料順槽1 600 m 處測點數(shù)值變化速率較大，增長幅度也較高，頂板離層儀數(shù)值變化也較為明顯，下井實地勘察發(fā)現(xiàn)該位置前后20 m范圍內的壓力顯現(xiàn)十分明顯，錨索托板變形較為嚴重，多數(shù)呈現(xiàn)“倒扣狀鍋”的形態(tài)，且多處W 鋼帶被撕裂，究其原因主要是鄰近的31005 采空區(qū)形成時間較短，活動仍相當頻繁。經(jīng)研究決定采取補打長粗錨索的方案，加強支護后，變化速率趨于緩慢，但增幅仍較大，隨后在該段采取架棚支護措施聯(lián)合加強支護，效果較為明顯。

3)在線監(jiān)測實時提供的數(shù)值變化規(guī)律與實地勘察結果較為吻合，31008工作面多處位置根據(jù)監(jiān)測結論均采取了補打錨索的加強支護措施，截止目前加強支護效果十分明顯。

4 結論

河東煤礦自頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)應用以來，通過技術人員不斷地實踐和探索，該套系統(tǒng)在河東煤礦的應用逐步走向了成熟，多次成功發(fā)現(xiàn)頂板安全隱患，確保了該礦的安全生產，切實有效地履行了其“頂板守護神”的使命。具體成效如下:

1)通過實踐制定并完善了《河東煤礦頂板在線監(jiān)測管理考核制度》，使監(jiān)測方案的執(zhí)行有規(guī)可依、有章可循。

2)培養(yǎng)了一批素質較高的技術人才，不斷通過實踐優(yōu)化并完善了在線監(jiān)測方案。

3)通過幾次成功有效地事故排查，逐步扭轉了員工對頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)陳舊的抵觸情緒，使河東礦的全體員工對頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)的認識上了一個新臺階。

4)及時、有效地解決了頂板潛在的安全隱患，確保了生產的安全運行，為煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

［1］王鴻建，馮小龍，張劍英，等.基于PIC的煤礦液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］.煤炭工程，2009(10):13－15.

［2］任豐原，黃海寧，林 闖.無線傳感器網(wǎng)絡［J］.軟件學報，2003(07):23－25.

［3］趙洪磊，王英龍，張先毅.基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦井監(jiān)控系統(tǒng)［J］.山東輕工業(yè)學院學報(自然科學版)，2008(04):56－58.

［4］趙智民，崔建明.智能式頂板壓力監(jiān)測系統(tǒng)［J］.自動化與儀器儀表，2009(02):17－19.