摘要：顶板灾害是我国煤矿生产中常见事故之一。矿压监测能够第一时间掌握井下实际情况，便于及时分析矿压显现规律；长期进行矿压观测还可较准确地预测预报顶板灾害，便于发生事故时及时采取有效措施。因此，本文针对矿压监测系统的结构和功能进行了研究
关键词：矿压；监测系统；煤矿安全；
1建立矿压监测系统的必要性
据统计，全国煤矿顶板事故发生量仅次于瓦斯灾害，居第二位。顶板事故不仅有其自身的危害，还可能诱发其他事故的发生，如煤与瓦斯突出、冲击地压等。预测预防顶板灾害已成为我国煤矿生产中必不可少的环节之一。矿压监测能够第一时间掌握井下实际情况，便于及时分析矿压显现规律；长期进行矿压观测还可较准确地预测预报顶板灾害，便于发生事故时及时采取有效措施。为此，国家相关法律法规也对煤矿顶板管理及矿压监测作了具体规定：1)2011年颁布的《煤矿安全规程》第67条明确规定：必须根据矿井各个生产环节、煤层地质条件、煤层厚度、煤层倾角、瓦斯涌出量、自然发火倾向和矿山压力等因素；2)编制设计（包括设备选型、选点）：新版《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》明确要求支架立柱、平衡千斤顶、所有采掘巷道必须开展矿压监测工作，对矿压数据进行详细分析和处理。矿压监测系统提供实时的矿压数据，煤矿管理人员就可以开展矿压数据分析，研究顶板来压步距与强度、动载系数，评价支架与地质条件的合理性、巷道支护参数及支护效果的合理性、煤柱宽度的合理性等，最大限度地应用矿压实测结果指导生产实际，减少顶板灾害对安全生产的困扰，提高煤矿顶板管理水平。另外，从国家对煤炭生产单位的安全监控和安全管理方面来说，一个煤矿的矿压监测系统不仅要实现与井下环网、地面局域网的无缝对接，还要实现与英特网的高效连接，实现矿压监测系统的“三网融合”。这样，在国家级的监测中心就可以随时查看各个煤矿的矿压情况，实时了解各个煤矿的矿压数据，提供更有效地监控管理。
2矿压监测系统的构成
矿压监测系统主要由井下监测信息网络、数据传输总线组成。基于现代网络技术的发展，系统采用“光纤以太环网+CAN总线”这一解决方案，即以光纤以太环网为地面—井下传输的主干网络，井下网络交换机与工作面设备采用CAN总线传输的工作方式。地面设备主要包括监测服务器、局域网监测服务器、中心交换机等。井下设备主要包括光纤以太环网交换机、中继器、监测分站和传感器。矿山压力监测设备的监测数据通过CAN总线、光纤以太环网平台到达监测服务器实现实时显示和分析处理。
3矿压监测系统的设计
矿压监测系统的设计应达到经济实用、技术先进、安全可靠、质量优良的要求，设计应遵循以人为本、先进性、可靠性和稳定性、规范性和结构化、可扩充性、易维护性和经济性、实用性和便利性等原则。矿压监测系统主要由综采工作面工作阻力在线监测子系统、巷道顶板离层监测系统、锚网巷道锚杆/锚索支护应力监测系统、矿山压力可视化分析与评价专家系统4个子系统组成。
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3.1综采工作面工作阻力在线监测子系统
工作面设计若干架综采支架安装1台压力监测分站，每台压力分站监测1组支架的3个测点，取10架综采支架安装1台压力监测分站来进行示意说明）。压力分站采用一体化设计，集监测、显示、报警、总线接口、传感器于一体。压力分站由16位单片计算机控制，具有数据分析功能，自动显示初撑力、当前工作阻力、最大工作阻力。当压力值超过报警设定值时声、光报警。
3.2 巷道顶板离层监测系统
巷道顶板离层监测的主要设备为岩层移动传感器，每个离层传感器配置了2个基点（深基点A、浅基点B），基点的安装深度根据顶板地质条件和选择的支护方式确定。传感器采用组合式设计，方便用户的安装和回收复用。传感器具有数字显示、报警、参数设置、485通讯功能。根据《煤矿安全规程》的要求，结合煤矿的具体顶板地质条件，建议每隔50-100m安装一组测点（传感器），可分段布置。每组测点有2个位移基点。
3.3 锚网巷道锚杆/锚索支护应力监测系统
锚杆/锚索应力监测可选择部分断面布置测点，测点可与顶板离层测点相邻安装。工作面巷道及掘进巷道按100m一组测点布置。每条巷道可布置一台或多台分站。每台分站连接一定数量的锚杆传感器、离层传感器、孔应力传感器。锚杆应力传感器与锚索应力传感器工作原理相同，可以通用。
3.4 矿山压力可视化分析与评价专家系统
该子功能包括：直接顶厚度的推断、直接顶初次来压步距的推断、直接顶垮落方式的判断、直接顶悬顶距的确定、直接顶的分类、基本顶厚度的推断、基本顶来压步距推理、基本顶分级、液压支架合理支护强度定量计算、液压支架（综采）工作面支护效果评价、液压支架选型等。
4 矿压监测系统要实现的功能
1)井下现场显示数据和报警。离层传感器可实时监测数据，能根据设定报警参数报警指示，通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。2)监测数据自动记录存储。井上监测服务器能根据设置记录周期将数据存储到数据库，数据采用动态存储技术，数据库采用SQL海量数据库。3)分站及接收系统后备存储功能。当通讯线路或计算机出现故障时，自动启动后备存储功能。4)连续监测曲线显示。分析软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析。5)监测数据综合专业化分析。主要包括：工作面支架循环工作阻力分析；测线（或上、中、下部）顶板运动规律分析；工作面顶板压力分布分析；支架液压系统故障诊断、工作面周期来压步距、强度分析等；巷道顶板及围岩运动分析；巷道支护应力变化分析；监测段顶板冒落综合预警；多元参数关联分析及预警。6)历史数据查询及报表输出历史数据时间区间查询，历史曲线查询和输出，统计分析，输出标准综合分析报表。7)局、矿顶板动态监测网络功能，软件采用C/S+B/S结构，支持局域网、广域网客户端监测模式和Web用户浏览器模式数据共享。8)矿山压力可视化分析与评价。依据前期已经完成矿压理论研究，结合目标煤矿工作面或巷道的地质情况、开采方式等，在相关监测设备监测数据的基础上，对煤矿工作面及巷道矿压规律进行分析，最终给出目标工作面或巷道的矿压规律分析与评价，并应用计算机进行可视化展示。
总结：煤矿企业采用安全信息监测系统对于提升企业的安全管理水平具有十分重要的作用，这一点已经从我国矿难事故发生率下降就能够看到。由此可见，积极推动基于无线电技术的煤矿企业安全信息监测系统的应用具有十分重要的作用。
参考文献
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[3]马静．煤矿井下矿压综合监测系统的研究与应用[D].辽宁工程技术大学2012.
论文作者:崔笑理
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/17
标签：顶板论文; 巷道论文; 工作面论文; 监测系统论文; 煤矿论文; 传感器论文; 井下论文; 《防护工程》2018年第1期论文;