回采工作面礦壓監測系統應用分析

張敏敏

（晉能控股煤業集團雁崖煤業公司，山西 大同 037031）

1 8307工作面概況

晉能控股煤業集團雁崖煤業公司8307工作面位于三盤區西翼，工作面東部、南部、西部為實煤區，北部為盤區西翼回風巷、皮帶巷、輔運巷。

8307工作面走向長度為228 m，傾向長度為1 028 m，工作面采回采煤層為山西組4號煤層，4號煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬復雜結構煤層，總厚度為2.0～3.60 m，平均厚度為2.80 m，利用厚度為1.80～3.30 m，煤層中普遍含有1層夾石，局部含有2層夾石，夾石巖性為灰黑色砂質泥巖、黑色泥巖、灰褐色高嶺巖[1-2]。

8307工作面采用綜合機械化回采工藝，工作面回采期間采用ZZ10000/20/38四柱支撐掩護式支架進行支護頂板，采用SL300采煤機割煤，采用SGZ1000/1500刮板輸送機運煤，其中工作面內共計安裝131架液壓支架，如表1所示[3]。

表1 支架基本參數

2 KJ385型礦山壓力監測系統應用

為了保證8307工作面回采期間液壓支架能夠有效對頂板進行支護，決定對工作面液壓支架安裝一套KJ385型礦山壓力監測系統。

2.1 監測系統組成

KJ385型礦山壓力監測系統主要由中心分站、節點分站以及終端節點等部分組成。

1）中心分站主要由處理器、電源、通訊器、電路板等部分組成；節點分站主要由路由器以及電源組成，主要由于井下無線信號傳輸；終端節點主要由壓力傳感器、信號放大電路以及無線通訊模塊等部分組成。

2）終端節點主要用于液壓支架夜里信號收集并通過信號放大電路將信號放大，然后利用CC2530模塊將信號傳送至路由器內，最后傳送至中心分站；中心分站對收集的壓力信號進行計算分析，并將分析結果傳送至地面主機系統內。

3）中心分站采用32位ARM處理器，電源供電電壓為1.2 V，采用I/O通用接口，支持攝像頭接入。

2.2 系統功能

1）監測功能：該系統在運行時主要利用安裝在液壓支架上的壓力傳感器實時監測支架受壓情況，并把收集數據發送至中心分站，然后利用處理器進行數據分析，以及上傳至地面，從而實現了地面對井下液壓支架實時監控的目的。

2）報警功能：當工作面斷層、應力區等特殊地段時，當頂板對支架產生較大壓力，壓力傳感器會及時將壓力數據上傳至地面上位機上，并發出警報。

3）信號采集功能：該系統中壓力傳感器及時收集支架受壓數據，并通過路由器將數據無線傳輸至中心分站進行儲存。

4）儲存功能：壓力傳感器監測的數據上傳至主機系統后進行儲存，儲存時間達1 a以上，同時通過主機系統專用軟件對液壓支架壓力繪制成曲線圖，并進行查閱。

2.3 系統監控方案

1）井下通訊分站主要安裝在工作面運輸順槽設備列車上，井下通訊主站安裝在工作面頭尾順槽巷口處，共計安裝兩臺1臺運行1臺備用，井下交換站共計安裝5臺，每隔300 m安裝1臺，如下頁圖1所示[4]。

圖1 KJ385型礦山壓力監測系統結構示意圖

2）8307工作面共計安裝13臺傳感器，分別安裝在1號支架、14號支架、27號支架、40號支架、53號支架、66號支架、79號支架、92號支架、105號支架、118號支架以及131號支架上；每個傳感器三個通道分別與液壓支架千斤頂、前后立柱進行固定連接，從而監測支架工作阻力以及頂板壓力情況。

3 礦壓監測分析

8307工作面于2019年2月份初采，工作面沿4號煤層頂底板進行回采，工作面回采前500 m段共計揭露3條正斷層，斷層平均落差為1.5 m，傾角為50°，對工作面回采影響不大，但受構造應力及回采應力等集中應力作用，工作面頂板壓力相對較大。

8307工作面回采至620 m處（5月11日）時對工作面液壓支架安裝了一套KJ385型礦山壓力監測系統，截止5月27日系統已全部調試完成；系統在安裝投入使用前20 d范圍處于非正常狀態，當工作面向前推進160 m后系統處于穩定狀態，當系統處于穩定狀態時在采煤期間以及檢修期間分別采集5個支架壓力情況，通過分析對比發現，在采煤期間支架受力支架工作阻力實時監控曲線處于不規則的曲線狀態[5]，各個測點受力數據顯示，支架千斤頂、前后立柱受力值位于22～39 MPa之間，未超過支架設計壓力值；在檢修班時液壓支架工作阻力受力曲線處于規則狀態，受理值區域穩定15～25 MPa之間。

4 應用效果

雁崖煤業公司對8307工作面回采期間液壓支架安裝了一套KJ385型礦山壓力監測系統，通過該系統實時監測工作面液壓支架工作阻力及受壓情況，通過實際應用效果來看，8307工作面采用的ZZ10000/20/38四柱支撐掩護式支架滿足工作面回采需求，保證了工作面回采安全；而且該系統對支架實時監測，當支架出現卸壓、自降時能夠及時發送至地面監控中心，確保檢修人員能夠準確快速的進行支架維修，取得了顯著應用成效。