礦井輔助運(yùn)輸下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

姚志偉

（山西西山煤電股份有限公司，山西 太原 030000）

1 引言

馬蘭礦南五下組煤輔助運(yùn)輸下山，巷道斷面大，頂板管理困難。受工作面回采影響，巷道多次受壓，頂板管理任務(wù)也越來(lái)越艱巨。現(xiàn)有的礦壓觀測(cè)儀器，依靠原始的人工觀測(cè)記錄，工作效率低下，儀器易受井下環(huán)境影響，誤差較大。巷道已安設(shè)的風(fēng)、水管路，易受壓出現(xiàn)跑冒滴漏，影響工作面正常生產(chǎn)[1-3]。對(duì)于井下管路使用情況，人工巡查容易發(fā)生漏查，并且不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路情況，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件。采煤工作面密閉后，人員、帶電設(shè)備沒(méi)法進(jìn)入，不能實(shí)時(shí)掌握里面積水情況，是礦井監(jiān)測(cè)盲區(qū)[4-7]。針對(duì)上述問(wèn)題，馬蘭礦引入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)頂板及圍巖動(dòng)態(tài)情況、管路壓力和采空區(qū)內(nèi)水位高度情況，對(duì)災(zāi)害具有預(yù)警功能，為保障礦井安全提供技術(shù)服務(wù)。

2 南五下組煤輔助運(yùn)輸下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

南五下組煤輔助運(yùn)輸下山長(zhǎng)2700m，每隔100m左右安裝一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共28組。每組分別安裝光纖頂板離層傳感器和光纖錨索應(yīng)力傳感器各一個(gè)。

在采區(qū)石門(mén)供水、供風(fēng)管路上各安裝一個(gè)光纖壓力傳感器，在18504輔運(yùn)巷口安裝另兩個(gè)光纖壓力傳感器，用以監(jiān)測(cè)該段供水、供風(fēng)壓力能否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

在18301工作面安裝一個(gè)光纖水位傳感器，用以監(jiān)測(cè)密閉后的水位情況，另一個(gè)傳感器備下個(gè)采完的工作面使用。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由井上的工控機(jī)、系統(tǒng)軟件、井下礦用本安型光纖光柵解調(diào)儀YGSJ18(C)、光纖頂板離層傳感器、光纖錨桿（索）應(yīng)力傳感器、光纖鉆孔應(yīng)力傳感器、光纖水位傳感器、光纖壓力傳感器及傳輸光纜等附件組成。

圖1 南五下組煤輔助運(yùn)輸下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳感器的安裝

（1）光纖頂板離層傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝

傳感器有兩個(gè)錨固端，分別對(duì)應(yīng)深基點(diǎn)和淺基點(diǎn)。根據(jù)南一下組煤頂板巖層的柱狀圖計(jì)劃深基點(diǎn)孔深7.5m，淺基點(diǎn)孔深2.5m，離層傳感器應(yīng)安裝在頂板居中的位置，孔徑與錨桿（索）直徑一致。

圖2 頂板離層傳感器安裝示意圖

（2）光纖錨桿（索）應(yīng)力傳感器的安裝

圖3 光纖錨索應(yīng)力傳感器安裝示意圖

（3）光纖鉆孔應(yīng)力傳感器安裝

圖4 光纖鉆孔應(yīng)力傳感器安裝示意圖

（4）光纖水壓、水位傳感器的安裝

光纖水位傳感器垂直固定在密閉墻內(nèi)側(cè)巷道的側(cè)幫上，傳感器最底端離地0.5m高。光纖水壓傳感器安裝在供水管道上。若是安裝點(diǎn)附近裝有壓力表，可以用三通件轉(zhuǎn)接光纖壓力傳感器和壓力表；若是附近沒(méi)有則需要切割一孔，把轉(zhuǎn)接件焊接在管道上，然后再把光纖水壓傳感器安裝在轉(zhuǎn)接件上。

3 南五下組煤輔助運(yùn)輸下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)以光波為傳輸介質(zhì)，抗干擾能力強(qiáng)。

（2）可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)不需要供電就可以工作，避免了因鋪設(shè)電纜造成的安全隱患。

（3）一臺(tái)檢測(cè)儀可以對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行檢測(cè)，提高了集成化水平，便于管理。

（4）對(duì)頂板和圍巖進(jìn)行全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，避免了只檢測(cè)單一數(shù)據(jù)所帶來(lái)的誤差，提高了系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度，為實(shí)時(shí)分析煤體沖擊地壓提供有效的數(shù)據(jù)保證。

（5）節(jié)省人力、物力和時(shí)間的同時(shí)，又避免人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)可能帶來(lái)的人身危險(xiǎn)。

（6）采用的通用軟件開(kāi)發(fā)方式、編程語(yǔ)言、標(biāo)準(zhǔn)的接口技術(shù)，為用戶(hù)提供運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便、界面友好的應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件具有較高的開(kāi)放性，較強(qiáng)的組態(tài)性。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益

（1）南五下組煤安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)輔助隊(duì)組每班減少2人的目標(biāo)，按每工300元計(jì)算，每年可節(jié)約64.8萬(wàn)元。

（2）南五下組煤輔運(yùn)下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)巷道頂板和采空區(qū)積水情況起到了很好的預(yù)警作用，有效預(yù)防了頂板和水災(zāi)事故的發(fā)生，對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路壓力，預(yù)防和減少管路事故，保證井下工作面生產(chǎn)的連續(xù)性，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4.2 社會(huì)效益

南五下組煤輔運(yùn)下山在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)巷道頂板和采空區(qū)積水情況起到了很好的預(yù)警作用，有效預(yù)防了頂板和水災(zāi)事故的發(fā)生。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效保證輔運(yùn)下山頂板安全，預(yù)防了礦井風(fēng)水管路事故，保證了職工安全和采區(qū)正常生產(chǎn)，產(chǎn)生了積極的社會(huì)影響力。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，對(duì)西山礦區(qū)、霍州礦區(qū)、汾西礦區(qū)具備類(lèi)似條件的礦井都具有廣泛的推廣意義。