深部巷道位移实时监测系统应用

技术经验
煤矿安全
( 2009- 04)
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监测系统 , 能实现多条巷道的实时监测 , 既节省了布 设成本, 又拓展了原有监控系统的功能。利用建立 的监测系统, 对九龙煤矿 15228( S) 下巷的顶板及两 帮位移进行了监测 , 监测数据很好地反映了顶板及 两帮位移变化趋势 , 为安全生产提供了技术保障。 参考文献 :
图 1 网络拓扑结构 图 3 顶板测点位移 图 2 传感器布置截面
的岩层离层以保持顶板的整体性能。 图 4 反映了第一组距联络巷切口 45 m 处两帮 的变形情况 , 由 观 测数 据知 : 左帮 最 大位 移 为 55 mm, 锚固区内最大位移为 35 mm, 可见锚杆支护密 度、 锚固力均偏小, 锚杆锚固力不够, 采用端头锚固, 锚固范围内围岩整体移动, 不能充分利用围岩的承 载能力; 右帮最大位移为 78 mm, 1 . 8~ 6 . 0 m 范围 内最大位移为 62 mm, 煤体向巷道内移动在掘后 35 d 才趋于稳定 , 说明帮锚杆对煤体在掘进影响期间 约束力不够, 应提高帮锚杆的支护强度 , 防止片帮现 象发生。 监测数据反映了巷道顶板离层及两帮位移的变 化情况, 说明 GWG200( C ) 光栅位 移传感器及所建 立的监测系统能够很好地为安全生产提供服务。
的新方法及应用 J . 江苏煤炭 , 1991( 2): 34- 35. 苏金 明 , 王永 利 . M ATLAB 使 用指 南 M . 北 京 : 电子 工业出版社 , 2004. 作者简介 : 王 磊 ( 1984- ) , 男 , 硕 士研究 生 , 主 要研究
方向为开采沉陷与三下采煤 。 ( 收稿日期 : 2008- 09- 25; 责任编辑 : 梁绍权 )
百度文库
摘 要 : 介绍了以自行研制的 GWG200( C )型光栅位移传感器为基础, 与煤矿安全生产监控系统 相结合 , 建立了一套新的顶板离层及围岩变形实时自动监测系统, 排除了人为因素, 提高了监测 的准确性、 及时性和真实程度。 并利用该系统对九龙矿 15228( S) 下顺槽掘进巷道进行了监测 , 监测结果能实时准确地反映巷道离层与变形情况 , 为安全生产提供了技术保障 。 关键词 : 光栅测量; 监测; 围岩; 位移 中图分类号 : TD679 文献标识码 : B 由于长期开采, 我国煤炭浅部资源日益枯竭, 由 1 此将转入深部开采 。目前 , 由于缺乏深部开采围 岩稳定性监测与控制的先进技术和装备, 无法实现 大采深、 高应力、 破碎 围岩的变形与 破坏的有效控 制。因此, 开展深部巷道围岩实时监测、 解决关键技 术与装备的研究 , 是我国煤矿安全生产的必然要求。 2- 4 目前巷道位移测量大部分都是靠人工观测 ,不 能实现实时自动监测和数据传输, 在时间与空间上 监测都是不连续的。因此利用 GWG200( C ) 光栅位 移传感器, 结合煤矿安全生产监控系统建立的一套 新的顶板离层及围岩变形实时自动监测系统 , 对煤 矿深部开采安全生产具有现实意义。 1 光栅位移实时自动监测系统 1 . 1 系统组成 光栅位移实时自动监测系统由 GW G200( C) 光 栅位移传感器、 监控主机、 监控分站、 防爆电源、 井上 接收主机、 监测计算机及 软件组成 , 它以 GW G200 ( C )光栅位移传感器为核心 , 利用井下瓦斯分站和 地面控制中心人性化地实现对顶板 离层位移的监 测。系统可直接利用井下分站现有的设备进行数据 地面传输, 增强完备井下分站的监测职能 , 降低顶板 离层位移监测系统的成本。 1 . 2 工作原理 光栅位移 实时自动监测系统将计算机检测技 术、 数据通讯技术和传感器技术融为一体 , 实现了复 杂环境条件下顶板离层及围岩变形的实时自动监测 和分析。
基金项目 : 国家 十一五 计划科技攻关资助项目 ( 2006BAK 03B06)
文章编号 : 1003- 496X( 2009) 04- 0037- 03 GWG200( C )光栅位移传感器基于光栅测量原 理, 利用位移转换轮把直线位移运动转换为环形栅 的圆周运动, 从而把围岩位移转换成光栅副相对运 动所产生的条纹数目; 通过光电转换, 将条纹数转换 成相应的脉冲数, 由单片机记录此脉冲数, 并将其转 换为 RS485 信 号发 送至监 测仪 主机 , 已 知光栅 节 距, 就可以计算出所产生的位移值。该位移传感器 具有良好的线性度 , 选用不同节距的光栅, 可制成不 同精度的位移传感器 ; 由于将顶板的直线下沉运动 转换为圆周运动, 克服了位移传感器量程的限制 , 可 以根据需要任意控制量程, 以适应现场不同的需要。 通过监测仪主机 将 RS485 信号转换为 煤矿安 全生产监控系统常用的 200~ 1 000 H z频率信号传 输到到矿用监控系统监控分站, 从而将数据上传至 地面。位移传感器与监测主 机按总线结构 进行布 设, 1 台监测主机可以接 多个位移传感器 , 占用监 控系统中的监控分站 2 个输入通道 , 一个通道为位 移传感器的编号信息 , 另一通道为相应位移传感器 的测量值, 节省了分站通道资源。整个系统每 10 s 上传一次数据 , 在地面通过监控计算机由专用软件 提取相应的数据并进行显示分析。 2 巷道概况 峰峰九龙矿 15228( S)工作面地面标高 + 113 . 2 ~ + 116 . 9 m, 井下标高 - 589 . 1~ - 626 m, 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 3 条上山下部。巷道断 面为斜矩形, 工作面面长 132 m, 走向长 640 m, 采用 锚网梁加锚索支护。
5 结
论
( 收稿日期 : 2008- 09- 03; 责任编辑 : 梁绍权 )
以 GW G200( C ) 光栅位移传感器为基础 , 与煤 矿监控系统相结合, 建立了离层与巷道变形的实时
( 上接第 36页 ) 今后地下开采引起的损害分析提供了更加科学的依 据。
州 : 中国矿业大学 出版社 , 1994. 6 7 吴 侃 , 葛 家新 . 开采 沉 陷预 计 一体 化 方 法 M . 徐 州 : 中国矿业大学 出版社 , 1998. 谭志 祥 , 邓 喀中 . 建筑 物 下采 煤 理论 与 实 践 M . 徐 州 : 中国矿业大学 出版社 , 2008. 吴 侃 , 地表移动 变形动态预 计中求取 下沉速 度系数
将下顺槽测点分为 7 组 , 每组间距为 90 m, 每 组 5 个位移传感器, 其中 3 个安装在顶板, 2 个安装 在巷道两帮 , 与该组中 1个顶板传感器组成, 如图 2 的布置形式。顶板离层监测包括一个深部基点和一 个浅部基点 , 每 30 m 布置一个测点, 随着掘进工作 面的推进陆续布设, 顶板孔深 7 m, 孔径 28 mm, 安 装时深测点至基本顶 , 浅测点至与锚杆长度 ( 2 m ) 相当。两帮测点孔深 6 m, 孔径为 28 mm, 位移传 感器深测点至孔底 , 浅测点深与锚杆长度 ( 1 . 8m) 相当。 4 监测结果与分析 图 3 反映了第一组距联络巷切口 45 m 处顶板
技术经验
煤矿安全
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深部巷道位移实时监测系统应用
刘训臣 , 安里千 , 刘绍兴 , 张国栋
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( 1. 中国矿业大学 ( 北京 ) 力学与建筑工程学院 , 北京 , 100083 ; 2 . 中国石油天然气管道工程有限公司 , 河北 廊坊 065000; 3. 中国矿业大学 ( 北京 ) 资源与安全工程学院 , 北京 100083)
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煤矿安全
( T ota l 413)
技术经验
工作面为单斜构造, 工作面煤层厚度变化较大 , 中部可能有煤层变薄带, 煤厚为 1 . 0 m 左右; 东部煤 层厚度较厚 , 为 2 . 6 m 左右。老顶为中细砂岩 , 厚度 9 . 2 m, 灰色 , 中厚层状、 致密、 坚硬; 直接顶为砂质泥 岩 , 厚度 1 . 5 m, 灰黑色 , 薄层状 , 易碎 ; 伪顶为碳质 泥岩, 厚度 0 . 3~ 1 . 0 m, 黑色, 砂泥岩中有内数层薄 煤线; 直接底为砂质泥岩, 厚度 0 . 7 m, 灰黑色, 薄层 状 , 易碎; 老底为粉砂岩, 厚度 4 . 6 m, 灰色, 性脆 , 薄 层状。 3 监测方案 九龙矿现用的是 K J2000 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 系统将监测系统的数据 进行传输。将所有位移传感器按总线方式布置 , 通 过监测主机接入 KJ2000 系统中的监控分站。井下 监测数据通过 K J2000 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。系 统拓扑图如图 1 所示。 的变形情况 , 由观测数 据知: 截至到 2007 年 12 月 13 日, 顶板最大下沉量为 12 mm, 顶板下沉量在 7 d 时即达到整个下沉量的 55 % 左右 , 说明锚网支护对 松巷道顶板的稳定起到了快速抑制作用 ; 锚固区内 最大位移为 3 . 3 mm, 说明顶板锚固状况良好, 锚固 区外位移较大 , 原因是巷道围岩破碎, 顶板软弱岩层 增厚 , 锚固层不能有效支承上部岩层, 此时需采取加 强支护措施; 锚固内岩层比锚固区外较早趋于稳定, 变形特点表明安装锚索应紧跟迎头 , 减少锚固区外
1 2 3 4 何满潮 , 景海河 , 孙晓明 . 软岩 工程力 学 M . 北京 : 科 学出版社 , 2002. 姚宝珠 , 周寅 生 . 回采巷道 顶板离 层分析 与监 测技术 J . 煤矿开采 , 2004, 9( 2) : 41- 42 , 51. 鞠文君 . 锚杆支护 巷道顶板离层机理与监测 J . 煤炭 学报 , 2000, 12( S): 58- 61 . 张文军 , 张宏伟 , 于世功 . 锚 杆支护巷道顶板离层监测 方法探讨 J . 辽 宁工 程技 术大学 学报 , 2002, 21( 4): 421- 424. 图 4 两帮位移曲线图 作者简介 : 刘训臣 ( 1982- ) , 山 东郓城 人 , 博士研 究生 , 研究方向为岩石力学与工程 。
参考文献:
1 2 3 4 祁慧敏 , 彭 朱广轶 , 王 程 . MATLAB 与 VB 结合 在开采沉陷 中的 玮 , 刘晓群 . 开采与地表沉陷分析的 可视 勇 . 开采沉陷预计分析系统 J . 8 9 应用 J . 平顶山工学院学报 , 2007 . 化软件系统 J . 煤炭工程 , 2006( 8): 99- 100. 李洪波 , 柴华彬 , 于 焦作工学院报 , 2003 , 22( 4) : 260- 262 . 朱刘娟 , 陈俊杰 , 邹友 峰 . 任 意工作 面开采 地表移 动变 形的 算 法 实现 ( 3): 337- 339. 5 何国 清 , 杨伦 , 凌庚 娣 , 等 . 矿山 开 采沉 陷学 M . 徐 J . 辽 宁 工 程 技 术 大 学 报 , 2005 , 24