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深部巷道围岩稳定性远程实时自动监测系统应用

本文介绍了巷道掘进过程中顶板离层及压力在线实时监测，有效控制巷道顶
板变化，克服人为因素的不确定性，保证掘进安全。

标签：巷道掘进顶板离层及压力实时监测

1基本情况

峰峰集团九龙矿已经进入深部开采阶段，九龙矿最大开采深度已达到1000
米。随着煤炭开采的逐步向下延深，深部巷道支护问题越来越突出。近年来片帮、
冒顶事故逐渐增多，亟待开展深部开采巷道围岩持续流变与破坏机理，围岩控制
技术及稳定性监测等方面研究工作。

九龙矿巷道工程普遍处于“三高”即高地(应力、高地温和高岩溶水压)的复杂
环境。对于深部的采准巷道及部分开拓巷道围岩来说，除受“三高”影响外，还受
“一扰动”即强烈(的采掘扰动)影响，使其围岩岩体的结构特征和力学行为更加复
杂，表现出大变形、大地压、难支护等非线性软岩力学特性，进而导致深部巷道
灾害事故增加、作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题，这为深部开采
提出了严重的挑战。

深部开采条件下采场与巷道围岩的控制问题，随着采深的增加更进一步突显
了其严重性。对于深部巷道围岩持续流变与破坏特征、围岩扩容与不连续变形的
监测与控制技术，过去缺乏系统、针对性的研究，再加上深部开采的特殊性，使
得深部开采条件下围岩稳定性控制问题没有得到解决，片帮、顶板的离层垮冒、
采场端面冒漏仍没有从根本上消除。

我们在15228s上下巷及切眼实施了围岩稳定性远程、实时、自动监测技术。
通过顶板在线监测，从而为深部巷道支护设计提供合理参数；建立巷道围岩稳定
性与顶板安全监测系统；实现深部巷道稳定性多因素模式识别预测及危险区域动
态识别，有效预测顶板垮落、片帮事故，合理控制深部巷道围岩变形。

2监测原理及系统组成

2.1在九龙矿建立深部开采采动应力及顶板位移在线监测系统，建立起700
米监测巷道；该系统包括监控数据服务器，数据采集与分析软件，压力与位移传
感器及传输电缆等。

2.1.1井下采用了本安型多向压力传感器和本安型位移监测仪。

2.1.2地面系统，建立数据共享，提供多用户数据访问，便于相关科室进行
数据实时观测与历史数据的查询。

2.1.3系统实现24小时实时监测，自动更新并显示各测点数据及变化曲线；
建立空间与时间上巷道变化趋势。

2.1.4基于动态监测数据，实现顶板大面积垮落在线预测；为提前支护提供
最佳时机，杜绝冒顶事故的发生。

2.1.5基于现场实测数据，总结开采过程中的采动应力变化规律及顶板位移
规律，提出深部开采围岩稳定性判别准则：建立基于现场实测位移的反分析法，
与数值模拟相结合进一步分析采动应力变化规律及顶板位移规律，对九龙矿巷道
的支护设计提供指导性建议。

2.2系统组成

2.2.1监测系统总体框架(以太网—总站—分站—分站)如图1。

2.2.2我们利用已有的矿用安全监测监控系统KJ2000进行数据传输。其组成
主要有：监测数据服务器，瓦斯监控分站，ZCW-Z(B)位移采集仪，GWG200(C)
本安型位移监测仪，GYG50／50(A)本安型压力传感器，本安电源，其网络拓扑
结构如图2。

3监测方案

九龙矿15228(S)工作面西部为15226(S)采空区，东部为南翼二水平上部；南
部为F4断层；北部为南二采区的三条上山下部。巷道断面为斜矩形，工作面面
长132米，走向长640米，采用锚网梁加锚索支护。

九龙矿现用的KJ2000煤矿安全生产监测监控系统，为充分利用现有的监测
监控线路，拓展其功用，节省成本，利用KJ2000系统将矿压监测系统的数据进
行传输。通过专用软件提取监测仪的测量数据。利用局域网可实现数据的共享。

3.1地面监测2000煤矿安全生产监测监控系统上传至地面监控中心，利用系
统所生成的上报数据文本“实时数据txt”，提取相应监测数据值，由专用软件将
数据保存至数据库并显示，同时将数据发送至局域网数据服务器，以供相关科室
可以访问。数据显示界面如图2。

3.2井下布线监测仪采集位移信息，监测仪主机接收传感器的数据，传送至
井下瓦斯监控分站，再由监控分站传输至地面控制中心。一个主机可以接15个
传感器，采用主干式布线方式。井下布线如图3。电源在巷道内采用660V接入，
尽可能就近供电，以避免线路上的损耗。

瓦斯监控分站及电源设置15228S巷已掘进40—50米，现场实际距离从监测
分站布设四芯数据电缆至第一个测点安装位置，在以后测点接线通过三通进行，
形成总线结构。由于一个监测主机可接15—18个监测仪，当监测仪数目超过一
个主机的容量时，需布设第二路矿用四芯数据电缆。

ZCW-Z(B)位移采集仪与瓦斯监控分站接线示意图3

3.3测点设置

3.3.1顶板离层监测顶板离层是指巷道浅部