顶板动态监测系统应用(200801)x

1、 煤矿顶板安全监测系统应用 （顶板动态监测系统） 一、概 述 （一）我国煤矿顶板安全现状 在各类煤矿事故中，顶板事故仍居首位。据统计20012005年在煤矿各类事故中，顶板事故死亡人数占40%左右，近几年来呈上升趋势。顶板瓦斯机电运输放炮水害火灾其他事故起数死亡人数 图1 20012005我国煤矿事故类别分析 （二）影响顶板安全的主要因素 近年来生产能力的不断提高、开采强度不断增大，开采深度每年增加1020m，顶板安全等问题越来越凸现，主要体现在以下四个面： 1 以锚杆支护为主要形式的巷道支护稳定性问题。 2 回采工作面超前支撑应力作用对巷道支护的影响。 3 回采工作面支护稳定性和安全性 。

2、4 采场构造应力和采动引起的应力场运动而引发的动 压（冲击地压）问题。（三） 在顶板安全管理上存在主要问题 1、顶板安全（矿压）监测手段落后，获得的数据可靠性差。 2、数据处理和分析方法落后，影响了指导安全生产的实时性。 3、缺乏专业的顶板安全管理工程技术人员。 4、企业管理者对顶板安全管理的重视程度和投入力度不够。 （四）煤矿顶板安全监测技术的发展现状 1、煤矿顶板安全监测系统的出现和应用，可实现对全矿井 顶板安全在线监测。 2、可借助矿井局域网平台，做到了矿压监测信息共享。 3、顶板安全监测系统具备了多元参数监测和关联分析。 4、将专家的顶板监测理论应用到数据分析中，并通过计算 机软件实现

3、，做到了对顶板安全辅助分析和预测、预警。 二、煤矿顶板安全监测系统建立的基本条件 1 我国大多数大、中型矿井已经建立起计算机局域网络平台，硬件资源的建立为实现顶板安全监测系统联网提供了前提条件。 2 我国煤矿建立了完善的矿井通讯网络，顶板动态监测系统可作为子系统接入矿井电话网络、光纤网络、工业以太环网。可构成最经济的监测系统。 3 我国大、中型矿井已建立了完善的矿压监测管理体制和专业技术队伍，矿压监测工作已日常化。 4 目前我国煤矿顶板安全监测的技术和手段较落后，对新技术装备的需求及企业管理者对顶板安全的重视为系统的推广创造了条件。 三、煤矿顶板安全监测系统结构与组成三、煤矿顶板安全监测系统结

4、构与组成 （一）系统功能组成 顶板动态监测系统从功能上分四个组成部分：1）工作面支架、支柱工作阻力监测；2）顶板、围岩离层运动监测；3）锚网支护应力监测；4）煤、岩支撑应力监测。监测分析计算机网络工作面支护 阻力监测顶 板 围 岩 离层监测锚杆、锚索应力监测煤、岩支撑 应力监测图2 KJ216顶板动态监测组成部分 1回采工作面支护阻力监测 监测工作面支架或支柱的工作阻力。通过对支护设备液压系统的压力监测计算出支护设备对顶板的支护强度。通过连续 监测支架的工作阻力，分析顶板的周期来压规律，为工作面的安全、高效生产提供决策依据。 工作面支护阻力监测意义主要表现在以下几个方面： 确定顶板周期来压得步

5、距和强度； 分析和验证支架对顶板条件的适应性； 掩护式支架合理接顶状态的调整； 预测可能的顶板事故； 监测支架液压系统的故障率，便于系统维护； 为领导提供可靠的信息，便于正确的指导生产。 2煤矿采场及巷道顶板离层监测 用于回采或掘进巷道顶板动态监测普遍采用离层检测方法。主要监测巷道围岩和顶板的松动离层，通过顶板离层传感器监测顶板内不同基点的相对位移量。通过在巷道顶板安装顶板离层传感器，并且实现实时连续监测，能动态的掌握顶板运动过程，对可能发生的顶板事故提前预警。 顶板离层监测意义主要表现在以下几个方面： 能实时的掌握顶板的运动规律，预测和预警危险的发生。 通过监测顶板离层位置、离层速度变 化，

6、用于确定两帮内显著变 形区域，判断顶板及两帮破坏范围，对巷道稳定性进行识别，对 巷道所处的安全等级进行评价。 通过监测数据分析巷道支护参数的合理性。 3锚网巷道锚杆、锚索支护应力监测 通过对锚网巷道锚杆或锚索的支护应力监测，采用了载荷应力监测技术，可以反映出锚杆的初始锚固力、锚杆受力的变化状态和变化规律。锚杆应力监测意义表现在以下几个方面： 分析掘进巷道支护稳定过程，评价巷道施工工程质量。 分析工作面回采过程外应力场作用对锚网巷道的影响。 以及评价锚网支护的效果。 锚杆支护应力监测可与顶板离层监测形成对比关联分析。确定 顶板支护参数设计的合理性。 对锚网支护潜在的顶板危险因素进行预测。 4超前

7、煤、岩支撑应力监测 受采动影响采场上覆岩层的运动诱发的应力作用是造成巷道变形、顶板冒落甚至发生冲击地压的主要原因。通过在煤层或岩层中安装应力监测传感器（钻孔应力传感器）检测煤岩支撑应力的变化。煤岩支撑应力监测的意义： 分析回采工作面外应力场的范围大小、运动过程。 分析应力场作用的范围、强度和运动方向，为冲击地压防治的卸 压措施实施提供依据。 钻孔应力监测也可以用于采场预留煤柱的承载力监测，用于合理 确定预留煤柱的大小。 （二） KJ216顶板动态井上部分 井上部分包括（图3）： 1）数据接收单元、监测服务器（系统配置）； 2）矿井办公局域网和客户端（矿方现有设备）； 3）基于Web访问模式的

8、CMPSES 监测分析软件。 井下监测网络矿区广域网Web服务器数据处理PC监测服务器矿井局域网 图 3 顶板动态监测系统井上网络组成图 （三）井下部分硬件组成 KJ216顶板动态监测系统井下部分包括：通讯主站、测区通讯分站、测区压力监测分机、顶板离层监测传感器、锚杆/锚索应力监测传感器、钻孔应力传感器以及防爆型供电电源、通讯电缆组成。 井下部分采用两级隔离485总线，通讯主站下位总线连接测区通讯分站，最大可连接16个测区分站。测区通讯分站下位总线可连接压力分机、离层总线式传感器、锚杆总线式传感器、钻孔应力总线式传感器。 以太环网交换机井上监测服务器图顶板动态监测系统井下部分组成示意图通讯主站

9、RS-485总线通讯分站通讯分站通讯分站通讯分站顶板离层监测传感器锚杆应力传感器煤岩钻孔应力传感器综采支架监测分机KJ95工业光纤以太 环网监控系统井上井下回采工作面及巷道监测掘进巷道监测图KJ216顶板动态监测系统接入KJ95监控系统实例Web 服务器PC用户监测服务器矿井局域网四、KJ216顶板动态监测系统现场布置KJ216顶板动态监测系统可同时监测个测区，每个测区可同时监测多元参数。 采空 区 井上通讯主站2芯2芯 通讯分站 通讯分站127V压力监测分机图KJ216系统采场布置示意图立柱高压腔平衡千斤顶前探梁1. 压力监测分机KJ10高压油管图综才压力监测分机安装示意图主要功能特点： 一

10、体化结构设计，钢制外壳，防护等级。可同时显示初撑力、末阻力、工作阻力。专用压力传感器，过载能力。技术参数：量程MPa 总线接口RS-485 通道数显示 （LED背光）电源V 、KGE30 顶板离层传感器 KGE 30传感器采用了储能式角位移转换测量技术，机械部分和变送器采用组合式结构，便于安装和回收。KGE30可用于顶板或两帮。 图 KGE30离层位移传感器结构图主要功能：用户设定独立报警值，超限自动声、光报警。 光控数字显示。 测量范围大，基点深度达25m。 低成本，可重复使用。技术参数：量程300/500测量精度分辨率mm接口电源 顶板离层传感器的安装 深基点浅基点传感器接线盒煤矿巷道电缆

11、顶板安装要求： 钻孔深度 100mm 基点安装深度 300mm 图10 KGE30传感器安装示意图. 锚杆锚索应力传感器采用应变式弹性体结构，安装在锚杆螺栓与托盘之间或锚索索具与托盘之间，测量锚杆锚索轴向载荷应力。图11 锚杆锚索应力传感器结构图功能特点： 具有较高的测量精度和灵敏度。 长期稳定测量。 安装回收方便技术参数： 量程300KN 锚杆锚索直径25mm 精度 输出2.5V 电源18V 锚杆、锚索应力传感器的安装顶板传感器接线盒煤矿巷道电缆测安装要求： 适用于端头锚固的锚杆 或锚索。 锚杆螺纹外露段 100mm 图12锚杆锚索应力传感器的安装示意图. 钻孔应力传感器采用单轴弹性体应变式

12、被动测量方法，用于煤体或岩体承载应力监测，可测量垂直应力，也可以用于水平应力检测。特点：小钻孔深部安装，安装方便。受力方向可调节，具有较高灵敏度。技术参数： 量程12.4/25 MPa 4% 输出2.5V 钻孔3540 深度m图13钻孔应力传感器结构图钻孔应力传感器的安装煤体接线盒巷道传感器电缆 测点安装要求： 钻孔深度 12m 钻孔直径 35mm 钻孔倾角 250图14 钻孔应力传感器安装示意图五、监测数据分析与报警处理 （一）监测分析软件CMPSES. 软件网络功能：软件运行环境：WINDOWS 2003 server 操作系统平台。网络数据库： SQL server 2000 软件结构：

13、 网络功能： B/S客户Web模式信息共享。 网络支持：Earthnet 局域网，Internet互联网 . 主要监测功能 井上计算机动态显示监测参数、报警 连续监测曲线显示、分析 历史数据查询及综合报表输出综合分析及顶板安全评估分析 3通讯主站 1） 站点容量 116 2） 显示方式 LCD 20*4 LED背光 3） 通讯方式 RDS 2400bps 4） 通讯距离 5km (工作面) 5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl4、通讯分站 1） 站点容量 164 2） 显示方式 LCD 20*4 LED背光 3） 通讯方式 RS-485 2400bps 4） 通讯距离 300m (工作面) 5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl 5压力监测分机 1）压力通道数 3 2）量程 060Mpa 3）精度 1.5% 4） 显示方式 LCD 20*4 LED背光 5） 通讯接口 RS485 2400bps 6）电源 DC18V （本安电源） 35mA 7）防爆形式 本质安全型 Exibl6、顶板离层传感器 1）安装深度 120米 2）量程 0300mm 3）测量精度 1%