坚硬顶板离层遥测系统及应用

２ 顶 板 冒落预 报 离层 遥 测 系统 １ 离层 顶 板 冒落监 测预 报 机 理
如图 １ 所示 ， 若将顶板视为各向同性体 ， 按照平 面应变模型进行简化可视 为弹性梁结构 ， 内最大 梁 目 ， 前 顶板离层监『主要用于巷道， 贝 ４ 大部分是机械 式离层计， 人工读数， 其主要缺陷有： ①人工读数易产 生较大的量测误差， 且精度不高， 一般为 Ｉ ｍ； ｍ ②易对
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第 ２期
何 孔翔 等 ： 坚硬顶板离层遥测系统及应用
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该监测系统的主要特点是采用 了高性能的微处
ｍ 的顶板发生 冒落 ， 离层遥测系统提前 了 １ｈ对该 ５ 次顶板 冒落进行了预报。
理器和高精度 的位移传感器 ， 具有精度 高、 连续记
传感器 。该系统主要用于煤矿井下巷道或工作面顶
板离层位移检测和报警 。采用本质安全电路 ， 可用
Ｌ
于井下含有瓦斯等爆炸性气体的危险场所 。
图 ｌ 顶 板 离层 示意 图
ｗ
…
＝
（） １
当 ｗ ＞ ｗ ， 离层将要产生 ， 即
Ｅ Ｉｌ １ ＜Ｅ Ｉ２ ｎ ２ ｎ （） ２
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第５卷 第２ ８ 期
有 色 金 属 （ 部分） 矿山
２６ 月 ０ 年３ ０
坚硬顶板 离层遥测 系统及应 用
何孔翔 马植胜 程孝 海
（ 北京昊华能源有 限公司）
摘 要： 煤矿坚硬 顶板 冒落时对 回呆工作 面造 成 的冲 击大， 重影 响开 采安全 。首次研 制开发 的顶板 离层 严
空区顶板 冒落进行监测预报是京西井 田煤矿开采中
此， 单纯用离层量的大小来判定顶板是否将要 冒落 是不科学 的。因此 ， 我们用离层速度的高峰段作 为
预测 顶板 冒落 的前 兆 。
急待解决 的难题之～。本文介绍在回采工作面 内通 过安设顶板离层系统 ， 随着离层传感器进入采空 区， 实 现遥测 预报 顶板 冒落 。
离上顺槽 １ｍ处及 ３ ｍ处各安装一离层传感器 ， ０ ０ 并
在下顺槽安设一分机 ， 开始对 顶板离层情 况进行监 测， 如图３所示 ， 而且每推进 ２ ｍ， ０ 便安设一组。其 中： 钻孔深度为 ３２ 远点安设在 ３２ ． ｍ， ．ｍ处 ， 中点安 设在 ２２ ．ｍ处 ， 近点为 ０８ 如图４所示 。 ． ｍ，
在数据存储器中， 同时显示每个通道的绝对位移量 和相对位移量 ， 当顶板的位移量超过 了设定阀值时 ，
分机发光指示报警。
１ ４ １ ２
图 ４ 离层计 安装 示 意 图
基本传感器部分采用 了容栅式位移传感器 ， 当
顶板内部产生离层时 ， 通过不同深度 的固定点牵引
传感器的运动 ， 使传感器产生相对位移变化 ， 位移的
的挠度可 由式（ ） １ 来计算。
传感器产生人为的扰动 ， 造成失效。而遥测离层不仅
精度高， 一般为 ｏＯｉ， ．ｌ 而且要消除人工读数的影响。 ｎ
２ １ 离 层遥测 监测 系统 结构 ．
Ｅ１ １ ｍ
采空区顶板离层监测使用 Ｋ Ｆ一１ ４矿 用顶 Ｊ — 板离层 报警仪分站和 Ｋ Ｄ一 —１０矿用顶板离层 Ｇ １ ５
式中， 。ｍ 一下部岩层 的弹性模量和厚度； Ｅ 、 Ｅ 、 ：Ｉ 一上部岩层 的弹性模量和厚度 。 ｎ 把式 （ ） ２ 称之为上下两层顶板产生离层 的变形 条件。 研究表明， 离层是顶板冒落的前奏 ， 但由于岩层
图 ２ 顶板 离层 遥测 系统组成
何孔翔 高级＿程师 ［ 北京 １２０ ０３０
然 是 困扰 京 西矿 区煤 矿 安 全 的一 大 难题 ， 何对 采 如
的刚度 、 韧性 等差 异 ， 同岩层 产生 离层后 冒落 时所 不
发生挠 曲变形量将大不相同， 如脆性砂岩， 在离层量 很小时就要发生冒落 ， 而石灰岩岩层离层量和挠曲
变形 很 大也不 发 生 冒落 ， 现 出缓 慢下 沉 状 态 。 因 呈
录、 现场显示 、 报警 、 数据通讯 、 计算机数据处理等功 能。监测系统单元组成如图 ２所示。 监测分站与 １ ４个离层传感器组成一个基本 — 的监测单元 ， 多个测量单元可组成监测系统 。
２ ２ 工作原 理 ．
分站采用了 Ａ ８Ｃ ５单片计算机控制 ， Ｔ９ ５ 接收 由 传感器输出的数字信号 ， 解算出绝对位移数据， 保存
３ １ 测 区布置 ．
采空区顶板在 ６号传感器 附近冒落 １０ ０ ｍ 左右， 厚
１ ｍ左右， 离层遥测系统提前 了３ ｈ ５ 对该次顶板 冒落 进 行 了预报 。 这样总共预报 １ 次， １ 成功率 １０ ０ ％。
１ １ １
本系统在木城涧煤矿 ３ 槽坚硬顶板高柱工作面 进行了预报实践。当工作面推进到 ３ ｍ左 右时 ， ０ 在
变化引起传感器极板电容的变化 ， 电子测量 电路通 过测量瞬间电容的变化量从而计算出位移量 ， 位移 信号通过 Ｓ Ｌ Ｄ Ｃ接 Ｅ ｌ 数字输 出。传感器测到的位移
６
Байду номын сангаас０
信号经过分机储存 ， 并通过电缆传输到地面计算机 ， 由开发的专用软件 对监 测到的数据进行处理 和分
析， 绘制成相应预报曲线。
图 ５ ２号传 感 器处 离层 速度 变化 图 实例 ２ 。如图 ６所示 ，０４年 ６月 ２ ２０ ６日８时 ６
号传感器在采空 区内顶板 离层速度 出现高峰 ， 此时 发出顶板冒落预报。６月 ２ ７日 １ ０ ９时 ５分 ， 工作面
３ 坚硬 顶 板 冒落 离层 遥 测预 报 实践
，
遥 测系统， 经在术城涧煤矿 坚硬顶板 预报 实践表 明 ， 系统可 以实 现对顶板 冒落的遥测预报 该成 果对地 下工 程 该 顶板 冒落的监测预报具有重要的推广应用价值。
关键词 ： 坚硬顶板 遥测 系统 冒落预报
京西矿区是我国有 名的坚硬顶板矿区 ， 其顶板 冒落时将产生很大冲击 波， 给煤矿生产带来严重威 胁。如何对坚硬顶板来压进行有效监测与预报 ， 仍