回采工作面礦壓監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析

張敏敏

（晉能控股煤業(yè)集團雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037031）

1 8307工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團雁崖煤業(yè)公司8307工作面位于三盤區(qū)西翼，工作面東部、南部、西部為實煤區(qū)，北部為盤區(qū)西翼回風(fēng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)共計安裝131架液壓支架，如表1所示[3]。

表1 支架基本參數(shù)

2 KJ385型礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)。

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)組成

KJ385型礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)主要由中心分站、節(jié)點分站以及終端節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(nèi)，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(jié)果傳送至地面主機系統(tǒng)內(nèi)。

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(tǒng)功能

1）監(jiān)測功能：該系統(tǒng)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(jiān)測支架受壓情況，并把收集數(shù)據(jù)發(fā)送至中心分站，然后利用處理器進行數(shù)據(jù)分析，以及上傳至地面，從而實現(xiàn)了地面對井下液壓支架實時監(jiān)控的目的。

2）報警功能：當(dāng)工作面斷層、應(yīng)力區(qū)等特殊地段時，當(dāng)頂板對支架產(chǎn)生較大壓力，壓力傳感器會及時將壓力數(shù)據(jù)上傳至地面上位機上，并發(fā)出警報。

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

4）儲存功能：壓力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳至主機系統(tǒng)后進行儲存，儲存時間達1 a以上，同時通過主機系統(tǒng)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(tǒng)監(jiān)控方案

1）井下通訊分站主要安裝在工作面運輸順槽設(shè)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(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jiān)測支架工作阻力以及頂板壓力情況。

3 礦壓監(jiān)測分析

8307工作面于2019年2月份初采，工作面沿4號煤層頂?shù)装暹M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(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力等集中應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)，截止5月27日系統(tǒng)已全部調(diào)試完成；系統(tǒng)在安裝投入使用前20 d范圍處于非正常狀態(tài)，當(dāng)工作面向前推進160 m后系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)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(fā)現(xiàn)，在采煤期間支架受力支架工作阻力實時監(jiān)控曲線處于不規(guī)則的曲線狀態(tài)[5]，各個測點受力數(shù)據(jù)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(shè)計壓力值；在檢修班時液壓支架工作阻力受力曲線處于規(guī)則狀態(tài)，受理值區(qū)域穩(wěn)定15～25 MPa之間。

4 應(yīng)用效果

雁崖煤業(yè)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(jiān)測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)實時監(jiān)測工作面液壓支架工作阻力及受壓情況，通過實際應(yīng)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(tǒng)對支架實時監(jiān)測，當(dāng)支架出現(xiàn)卸壓、自降時能夠及時發(fā)送至地面監(jiān)控中心，確保檢修人員能夠準(zhǔn)確快速的進行支架維修，取得了顯著應(yīng)用成效。