KJ21矿山压力在线监测系统在1242（3）工作面的应用张浩
发表时间：2017-11-08T09:34:46.943Z 来源：《基层建设》2017年第23期作者：张浩[导读] 摘要：介绍了一种新型矿山压力监测系统KJ21实时在线监测压力,阐述了其工作原理、安装与应用方法以及系统的性能优点和产生的经济效益。
结合在1242（3）工作面使用的情况，总结了系统的使用情况，为系统的推广及使用提供了有效科学的依据。
安徽省淮南市淮南矿业集团谢桥煤矿综采二队摘要：介绍了一种新型矿山压力监测系统KJ21实时在线监测压力,阐述了其工作原理、安装与应用方法以及系统的性能优点和产生的经济效益。
结合在1242（3）工作面使用的情况，总结了系统的使用情况，为系统的推广及使用提供了有效科学的依据。
关键词：监测系统实时在线现场总线 1 引言
随着我矿向更深的水平延伸、更复杂的地质条件开采，采煤工作面顶、底板压力也呈现逐步增大，更加复杂的趋势，造成的破坏也更加严重，因此，加强监测预警是防治关键。
监测是根本，加强预警和分析才能真正指导生产。
而目前的矿压观测手段及设备已不能满足现代化矿井的生产需求及日益复杂的地质条件。
2 概述
1242（3）大采高超长工作面，平均煤厚5.1m，倾向长363m，走向长2924m，由于该面煤层赋存厚，倾向长，更加易受动压及周期来压影响，造成片帮掉顶，走向长达近3000m，随着工作面回采，设备磨损老化，液压系统性能降低，如果仍然按经验操作可能会因对矿压估计不足造成帮顶事故，因此，先进的矿压观测手段及设备对于该面是十分必要的。
鉴于上述原因，为了能够很好的监测工作面压力，该面特采用一种新型的压力监测系统-KJ21压力监测系统，该系统能够实时在线监测工作面的压力，分析压力现象，总结压力规律。
3 设备安装
该系统主要用于实时、在线监测液压支架工作阻力、立柱伸缩量、超前支承压力。
该系统能够自动分析初撑力、末阻力、推进度及来压步距，自动生成矿压报表及报告。
长期进行矿压监测，还可以进一步揭示矿压显现规律，预测、预报顶板事故和顶板灾害及冲击地压。
1242（3）工作面在5#、15#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95#、105#、115#、125#、135#、145#、155#、165#、175#、185#、195#、205#共21个支架安装KJ21支架压力在线监测系统支架压力记录仪，实现工作面支架压力数据实时上传。
工作面设备8月5日安装完毕，传输网络8月11日开始正常数据上传。
配套的分析软件为KJ21顶板灾害监测预警系统，如图1所示，可以实现工作面矿压数据的实时显示与存储、查询与分析等功能，如图2所示。
3.1．系统结构 KJ21矿山压力监测系统结构。
系统共分为三个层次：设备层、传输层和管理层。
1-计算机及数据处理软件；2-系统接收主机；3-井下通讯分站（数据采集器）；4-井下压力监测分机；5-本安型供电电源。
3.2系统功能
1、实时监测综采支架的瞬时工作阻力。
现场实时显示、井上计算机显示。
2、监测分站支架初撑力、最大工作阻力显示。
3、监测数据远距离通讯。
4、通讯分站显示各测点的数据。
5、井下系统硬件故障诊断和显示。
6、计算机软件实现了数据接收、原始曲线和数据查询、动态直方图显示，循环工作阻力自动识别和曲线报表综合处理，并具有曲线打印输出功能。
4 系统特点
1、远距离实时通讯,地面计算机实时监测；
2、系统结构模块化：贯穿工作面和巷道只用1根电缆;井下分机可无次序任意扩展；单一本安电源供电；供电和信号传输共用1根电缆；
3、井下分机由独立的微机处理器控制,具有压力数字显示和工作状态指示功能；防潮、防水、耐冲击；
4、内嵌系统故障自诊断功能。
5 数据分析
数据在系统主机上实时反映出了当前压力值并自动生成压力实时数据曲线，在线分析压力变化。
系统自动记录并且储存历史数据，可有效长期观测数据，分析工作面来压规律，预防预测顶板事故和顶板灾害以及冲击灾害。
根据数据统计,分析得出：
1、各支架平均循环末阻力5248.97kN，低于支架额定工作阻力13000kN。
2、工作面直接顶初次垮落步距平均13.73m（不含5m切眼），在平均推进27.82m位置处工作面经历一次小的周期性来压之后，在推进至平均39.56m（不包含5m切眼）时出现基本顶初次来压。
工作面周期来压步距从4.8m-28.7m，平均12.48m。
3、评价支架的工作性能和顶板冲击程度主要是由支架的工作阻力在不同区间的百分比来确定，从数据可以看出，支架工作阻力绝大部分分布于2000kN～9000kN的区间。
工作面各支架的平均循环末阻力值为5249kN，来压时刻各支架的平均循环末阻力值为9527kN，均小于支架的额定工作阻力13000kN。
但是监测的21个支架中有13个最大工作阻力达到13000kN，占所监测支架总数的61.9%。
表明工作面虽然平时工作阻力不大，但来压时矿压显现依然较强烈。
4、支架初撑力指在支架每个移架循环中，支架向前推到新的支护位置后，由泵站给压使支架升起，直至支架接顶达到支护要求，泵站最后停止供液时刻支架内部的压力。
支架初撑力的大小直接影响到对工作面顶板的支护安全性。
图3 各支架前后柱初撑力分析图图3中可以看出，说明工作面各支架初撑力水平偏低，各支架前柱初撑力水平明显好于后柱。
从现场实际来看，工作面支架初撑力偏低的原因主要有以下几点：①乳化液泵站位于工作面前方600m处，考虑到管路在使用过程中的压力损失等因素，实际到达支架的乳化液压力损失较大；②现场实行较严格的标准化管理，要求支架工拉架子时与邻近的架子对齐，高度方向上相差不超过侧护板高度的2/3，现场实际工作面倾向角度达到15°左右，割煤过程中存在部分顶板条件差的地方架前顶板有冒落，导致部分支架升起后不能充分接顶；③从现场跟班的实际来看，部分支架工在移架后升柱的过程中时间相对较短，不能够充分的保证支架的初撑压力。
5、1242（3）工作面采用的四柱式液压支架工作阻力为13000kN，四根柱缸径相同，前柱安全阀开启压力42MPa（3376kN），后柱安全阀开启压力38.8MPa（3119kN）。
一个记录仪有两个通道，分别监测支架的前柱和后柱，对各架的立柱统计循环末阻力，再对统计时间段内的循环末阻力求平均值，即定义为平均循环末阻力，将统计结果绘成直方图如图4所示。
图4 各支架前后柱受力分析图图4分析，工作面一般前柱受力大于后柱，前柱受力大于后柱的有13个，基本均衡的有5个，前柱受力小于后柱的有3个，分别占总数的61.9%、23.81%和14.29%。
支架前后立柱受力不均衡，支架受力状态较差，现场需要根据支架受力进行及时调整，支架良好的立柱受力状态对支架本身支护性能的发挥起到重要作用，对保证工作面的安全生产有积极的意义。
6.经济效益
综采工作面压力在线监测系统,成功地将计算机检测技术、现场总线通讯技术和传感器技术融为一体。
实现了复杂环境条件下对综采工作面的工作状况的自动监测和分析,极大地降低了矿压观测工作量,提高了观测的准确性、连续性和长期性。
本系统能够通过矿压数据自动生成矿压规律，大大减少了人力投入。
该系统具有安全、低能耗、安装方便和可重复利用,与煤矿井下各种子监测系统进行快速、无缝连接等特点；大大减少矿井的一次性投入，方便维护和管理；本系统兼容性好，电话线、光缆专线和以太网络均可传输，具有广阔的应用前景和推广价值。
