竹林山矿巷道及工作面工作阻力观测施工方案101212.docx

资源描述

1、竹林山煤矿巷道及工作面KJ21矿压在线监测系统设计方案天地科技股份有限公司2010年12月13日目录1矿压监测意义及目的-1-2KJ21矿压监测系统简介-1-3监测系统特色-3-3.1 KJ21矿压监测系统优点：-3-3.2 同类产品比较汇总-4-4竹林山煤矿矿压监测系统安装方案-4-4.1 支架工作阻力在线监测系统测站布置-5-4.2 煤体应力监测子系统测点布置-6-4.3 顶板离层监测子系统测点布置-6-4.4 锚杆（索）受力监测子系统测点布置-6-4.5 软件安装-6-5工程施工方法-8-5.1 安装支架压力记录仪-8-5.2 安装钻孔应力计-8-5.3 安装围岩移动传感器-9-5.4

2、安装锚杆（索）测力计-10-5.5 工程计划施工进度-10-6项目设备清单-11-7软件处理数据的简单介绍-13-1矿压监测意义及目的顶板灾害是煤矿五大灾害之一。据统计，2005年全国煤矿共发生顶板事故1805起，占总数的55%,居第一位，死亡2058人，占全国煤矿总数的34.7%,仅次于瓦斯灾害，居第二位。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。矿压观测能够第一时间掌握井下实际情况，便于做到防范于未然。长期进行矿压观测，分析矿压显现规律，可以较准确地预测预报顶板灾害。因此，矿压观测是煤矿生产过程中必不可少的工作之一。根据煤矿安全规程规定，矿压观测主要内容包括支架工作阻力，顶板

3、离层量观测，锚杆（索）受力，煤体应力。根据观测方式的不同，可以分为两种观测方式，一是人工采集，即矿压观测人员定期到井下采集数据，上井后传入计算机，采用专用软件进行分析；二是在线传输，即在地面可以直接看到井下传感器数据。随着我国计算机水平和传感器技术的不断发展，目前矿压监测系统主要采用在线监测，与采集式系统相比，在线观测拥有显著的优点：（1）矿压观测人员不需要每天下井采集数据，观测效率高；（2）地面人员能实时掌握井下支架受力情况，及时预报顶板来压情况；结合实际情况，采用天地科技股份有限公司研制的KJ21型矿压监测系统监测综放工作面支架工作阻力及支架的适应性，为后续安全生产提供理论依据。2KJ21

4、矿压监测系统简介KJ21矿压监测系统是一套功能齐全、可扩展的监测系统，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，煤柱应力，锚杆（索）载荷和巷道变形量。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。系统结构如图1所示。该系统是煤炭科学研究总院开采设计研究分院多年来矿山压力及岩层控制研究成果的积累与升华。系统中的应力(压力)传感器采用振弦式原理，工作性能稳定，长期测量不漂移、不失真，适合煤矿井下恶劣环境使用。系统软件如图2所示，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，其独特功能国内首创，己巾请软件著作权

5、Internet远程客户局域网l司.SV总工办调度热备份主机摹统主机地面井下现场总线支奖压力记录权人员接收分站2储杆(索)濠力计一九多点应力U顶极各功健位移计钻孔应力计压力计现场总妓以太环网现场总线.钢弦记录仪图1监测系统结构系统技术指标：(1)防爆标志：ExibI(2)量程支架压力记录仪：060MPa钻孔应力计：030MPa锚杆(索)测力计：0280kN围岩移动传感器：0400mm(3)分辨率支架压力记录仪：0.01MPa钻孔应力计：0.1MPa锚杆(索)测力计：O.lkN围岩移动传感器：Imm(4)数据传输速率：2400bps(5)数据传输介质：电话线、矿用通讯电缆或光缆(6)软件操作平

6、台：WindOWS982000meXPViSta系统(7)能够直接生成矿压报表，可与局域网，Internet相联J实时数据支架I顶板多功能位移计圜实时图表恒域名称传感器名称时间前柱压力值/Mpa前柱运行状态后柱压力值ZMPa后柱运行状态整架压力值/KN国实时却据J历史数据5141512009-11-615:59:14|122|低于报警值下限2L79一正常365180h+11拓叼152009-11-615:59:131Z8816.15正常I5646.10臼历史数据周单传感器实测数据L252009-11-615:59:123.28低于报警值下限1.28低于报警值下限756.57昌雪鬻F实测数据I3

8、98|正常2601.55国直方图分析952009-11-615:59:0431.79正常27.46正常|9830.49国支架循环末阻力曲线IlIITatlT圜支架加权阻力曲线1。5颂9-11-615:5叫32.93|正常23.28|正常9326.1。国日报表I|_1152009-11-615:59:0232.06|正常|30.62|正常10399.57。系统设置1252009-11-615:59:013.63低于报警值下限9.87正常2239.86国模块设置1352009-11-615:59:00163|0低于报警值下限2725.99圜区域设置IlIITm-r-l4dbe.国添加设备14520

9、09-11-615:58:5915.6正常14.99正常5075.35国报警设备L1552009-11-615:59:22|18.75|正常|16.17|正常5793.76圜分站设置111652009-11-615:59:2111.23正常10.21正常3557.23A用户西壬里厂吕17I9Q.11.rt1SSQ7I11SIF常17fl5正常RQfr7FV完毕InternetB0f.15:59I图2监测系统软件界面3监测系统特色3.1KJ21矿压监测系统优点：(1)采用开放的TCP/IP协议，支持CAN/RS485总线等多种信号接入，可扩展性强，可方便接入矿井各种子系统；(2)攻克了工作面连接

10、电缆易断裂的难题，采用特殊保护结构加强电缆的抗拉性、抗剪性、抗扭性；(3)地面主机安装C/S架构软件，分析速度快；网络客户端安装B/S架构软件，直接通过IE浏览器查看数据，方便快捷，两者均可自动生成分析顶板来压步距及矿压报表；（4）井下断电后，系统可持续供电2-4小时；（5）多工作面、多巷道、多采区同时监测，互不干扰；（6）数据传输方便，电话线、矿用通讯电缆或以太环网均可传输；（7）完善的故障自诊断能力及远程控制功能。（8）采用本公司独创的新型传感器采样模式，压力每变化0.1MPa记录一次数据，最短2s记录一次数据，能够准确记录支架降、移、升全过程，判断采煤循环数量；（9）支架压力记录仪连接电

11、缆采用特殊的加强保护结构，抗拉性、抗剪性、抗扭性好，尤其适合煤矿井下等恶烈环境下使用；（10）支架压力记录仪能够瞬时显示压力值，方便支架工给足支架初撑力。3.2同类产品比较汇总同类产品比较比较内容本公司产品同类其它产品传感器采样模式压力变化0.1MPa采样一次（可调），能够监测支架的整个动作过程定时采样较难监测支架的整个动作过程软件功能自动分析初撑力、末阻力、推进度、顶板来压步距。实测支架工作阻力曲线、最大工作阻力曲线等原始曲线售后服务有强大的科研后盾，帮助分析矿压显现规律，指导后续开采实践以销售产品为主，用户独立分析矿压数据4竹林山煤矿矿压监测系统安装方案竹林山煤矿之前没有系统的矿压观测资料

12、因此有必要对其进行详细的矿压观测，掌握坚硬顶板条件下工作面及巷道的矿压显现规律，预测、预报顶板来压情况，为工作面的安全、高效开采提供技术保障。现对我矿1306回采工作面及两顺槽、及1308备采两顺槽的矿压在线监测做出如下方案。4.1支架工作阻力在线监测系统测站布置为全方位监测1306工作面支架的工作阻力、初撑力与末阻力情况，研究1306工作面在回采、末采期间的来压步距及其强度，以指导我们的后续的安全生产实际。根据矿方的意向，针对支架压力记录仪测站进行了如下布置。1306工作面共100个支架，机头、机尾处各选1超前支架进行监测，从5#支架至95#支架，每间隔10架安装一台支架压力记录仪，在中间

13、位置35#65#支架见加密布置，间隔5架布置一台支架压力记录仪。总共安装15台支架压力记录仪；每5台记录仪公用一台不间断电源,工作面共安装3台电源。具体安装位置如图3所示。支架压力记录仪位置：2#、5#、15#、25#、35#；40#,45#、50#、55#、60#；65#、75#、85#、95#、99#O电源位置：2#、40#、65#。矿用本安型中继器设置在1306运输顺槽口，由单独一台不间断电源供电。在运输顺槽口处信号接入电话线路。工作面及机头处电缆有钢丝保护套保护，支架压力记录仪固定在支架两斜梁中间。_i_网络算机II网络计算机I1306综放工作面及顺槽:控KJ21矿山压力在线监测系统布

14、置图地面O皮带巷O轨道巷4.2 煤体应力监测子系统测点布置利用钻孔应力计可以对采煤工作面超前支承压力、巷道侧向支承压力、分析煤体应力集中区域，研究冲击危险性区域，为巷道支护设计提供科学依据。1306回采工作面将要进入末采阶段，压力显现明显，应提前进行监测并制定措施。钻孔应力计测站布置如图3所示。工作面前方150m处安装1个测站，此测站包括8台钻孔应力计测点(钻孔应力计型号分别为2m、5m、8m、11m、14m、15m、16m、20m)o两顺槽共安装2台矿用本安型压力分站，2台隔爆兼本安电源，16台钻孔应力计。4.3 顶板离层监测子系统测点布置顶板离层情况的在线监测，可以井下实时显示各传感器运行

15、状况及离层值，分析巷道矿压显现规律，为巷道支护设计提供依据。1308工作面是备采工作面，两顺槽长度100om左右，岩移动传感器测点布置如图4（八）所示。顺槽内间隔100m布置一个测点，每条顺槽共设置10个测点，1台分站。两顺槽共需要2台矿用本安型位移分站，2台隔爆兼本安电源，20台围岩移动传感器。4.4 锚杆(索)受力监测子系统测点布置锚杆工作阻力的在线监测，可以对锚杆的轴向应力实时监测，评价锚杆工作状态及巷道支护质量，为巷道支护设计提供科学依据。锚杆测力计测站布置如图1所示。在1308两顺槽内，切眼前方300m处选取2个断面进行监测。断面测点布置如图4(b)所示，每个断面左右帮各布置1个锚杆

16、测点，顶板布置1个锚杆测点和1个锚索测点。每条顺槽共监测2个断面，共8个测点，两顺槽共需要2台矿用本安型压力分站，2台隔爆兼本安电源，12台锚杆测力计,4台锚索测力计。4.5 软件安装根据矿方需要，监控主机设置在生产部，KJ21在线监测系统软采用网络版B/S传输，其它网络电脑可通过网络访问系统。各子系统进行无缝连接，实现同时监测。系统投入使用后，免费为矿方相关人员进行矿压以及软件使用相关知识培训，定期为我矿制作矿压报告。1308备采工作面两顺槽KJ21矿山压力在线监测系统布置图网络计算机I监控服务器卜地面2010年12月13日JQ矿用本安型压力分站四II1308运输顺槽1308备米工作面矿用本

17、安中继器O隔爆兼本安电源围岩移动传感器锚杆（索）测力计矿用本安型压力分站/位移分站3OO轨道巷1308瓦斯尾巷1308回风顺槽矿用本安型位移分站CJLO矿用本安型压力分站、回风巷一接入1306矿压监测系统(b)1.1图41308备采工作面两顺槽矿山压力在线监测系统安装位置示意图5工程施工方法1.2 安装支架压力记录仪、准备工作：(1)需要准备长度为2m,直径为IOmm液压管15根，长度为Im,直径为IOmm液压管15根。液压管的一端接口必需为KGlO快速公接头，以便和支架压力记录仪连接，另一端接口用转换弯头接到支架立柱下腔回液口。需要准备30个转换弯头。(2)铁三通4只，用来接127V电源。(

18、3)协调1对电话线，由设备列车一直到调度室机房。、安装方法：(1)首先将支架卸压，关闭进液阀，将液压管的一端与支架压力记录仪连接，另一端与支架立柱下腔回液口连接，连接时不得同时打开支架前后立柱的下腔，以防顶梁整体下沉。(2)支架压力记录仪左面的传感器必须与前柱安全阀相连；右侧传感器必须与后柱安全阀相连。(3)支架压力记录仪采用外部供电形式，即外接127V交流电，经过转换后变为12V直流电，为支架压力记录仪供电，电源需用铁三通接在架间照明上。1.3 安装钻孔应力计、准备工作：钻孔应力计安装前的准备工作：用风机钻取直径约为648mm的钻孔，深度按照设定值，由切眼向外依次为：2m、5m、8m、llm

19、14m、15m、16m、20mo用水清洗孔内残渣。钻孔应力计的结构示意图如图5所示。图5钻孔应力计结构示意图1包裹体2压力枕3安装插头4导压管5压力-频率转换器6注油嘴7电缆、安装方法：将压力枕用安装杆送入钻孔，注意要保证压力枕的包裹体上下放置不能转动，送到位后打开注油嘴接好油泵为钻孔应力计注油，当压力打到5MPa左右后,关闭注油嘴，然后转动安装杆，拔出安装杆。最后记下此钻孔安装的钻孔应力计编号，将所带的电缆头与矿用本安型压力分站的对应传感器接口连接上即可。1.4 安装围岩移动传感器围岩移动传感器安装前的准备工作:用锚杆钻机钻取直径约为28mm的6m深钻孔，用水清洗孔内残渣。安装示意图如图6所

20、示。1.5 安装锚杆（索）测力计、准备工作：制作锚杆测力计的托板，每个锚杆测力计需要2个，共制作24个托板。锚杆测力计不能安装在已有的锚杆上，所以需要准备12根锚杆，及配合安装设备。、安装方法：压力传感器只能测量垂直或接近垂直于压力枕平面方向的力，所以安装时,尽量保证被测的锚杆或锚索与压力枕的平面垂直，可以在压力枕上下加垫托板,要求托板面积大于压力枕面积。锚杆安装示意图如图7所示。图7：锚杆安装示意图1煤、岩体2垫块3一传力板4锚具5锚杆或锚索6压力-频率转换器7电缆8压力枕9导压管1.6 工程计划施工进度自方案确定后，合同签订，至仪器到矿止的备货周期为1个月。所需设备及附属设施，应提前下井，

21、准备日程计划5天。提前和相关对组协调好打眼、安装等工作。工作及人员安排计划如下：1306工作面设备安装预计3天。人员配置：电工2名、支架工2名、布线及挂表工人2名。安装前准备好液压管、转换接头、铁三通。1306两顺槽安装钻孔应力计预计3天。人员配置：打孔人员4名、安装人员3人、布线人员2人、电工1人。安装前准备好风钻机及648的钻头。1308两顺槽安装围岩移动传感器预计5天。人员配置：打孔人员4人、安装人员3人、布线人员2人、电工1人。安装前准备好锚杆钻机及628的钻头。1308两顺槽安装锚杆（索）测力计预计2天。人员配置：安装人员4人、布线人员2人、电工1人。安装前准备好锚杆托盘机锚索托盘、

22、扭力扳手、液压泵。最后接入电话线时需要电话班或调度室人员配合接线。总计，安装及调试的时间需要1920个工作日。6项目设备清单（一）KJ21矿压监测系统（工作面部分）所需仪器清单如表1所示:序号设备名称型号单位数量备注1支架压力记录仪（在线监测型）CDW-60R台15量程：060MPa;精度：1.5%）产S分辨率：0.01MPa2矿用本安型中继器KJ21-Z台1传输速率：120ObPS3矿用传输接口KJ21-J台1传输速率：120ObPS4矿用隔爆兼本安电源KDW28台4交流127V转直流18V5监控电缆MHYVm500MHYVl470.386电缆保持套KJ21m3007专业软件KJ21套18商

23、用电脑联想台19打印机惠普套110安装配件KJ21套1（二）KJ21矿压监测系统（巷道部分）所需仪器清单如表2所示:序号设备名称型号单位数量备注1矿用传输接口KJ21-J台1传输速率：120ObPS2矿用本安型中继器KJ21-Z台13矿用本安型位移分站KJ21-FW台24矿用本安型压力分站KJ21-FY台45锚杆（索）测力计KSE-II-4台166围岩移动传感器GUW300台207钻孔应力计KSE-II-I台168监控电缆MHYVm50009通讯电缆联嘉祥m100010矿用隔爆兼本安电源KDW28台711商用电脑联想台112打印机惠普套113安装配件KJ21套17软件处理数据的简单介绍（一）单

24、传感器实测数据。选择区域名称、设备类型、设备编号、开始日期、结束日期、最大值、最小值。查询数据（不按最大值、最小值）、导出数据、查询数据（按最大值、最小值）。KMJ30采动应力监测系统J实时数据国实时数据J历史数据，历史数据国单传感器实测数据国多架实测数据EI历史曲线!支架受力曲线回锚索受力曲线DB锚杆受力曲线国顶板位移曲线钻孔应力曲线日支架数据分析国初撑力分析四初撑力分析设置IM推进度分析IB周期来压分析I直方图分析IM支架循环未阴力曲线I支架加权阻力曲线IB日报表区域名称124205回设备类型I支架回IMPaM设备编号快回开始日期卜006101100|结束日期忸0%110823|查询数需|

25、导出数据|最大值I|最小IIlII前一压力I查询数-I行号Jl_记录时间前柱（MPa）I后柱（MPa）整架（MPa）12008-04-2715:19:422.72修改152修改17见22008-04-271524363S修改17修改20.832008-04-271528:494.88修改185修改2338420084M-271529325.%修改2045修改26.4152008M-27152934721修改2.77修改9.98620084)4-271529384.88修改1.64修改65272008-04-271529:43.44修改0.62修改4.0682008-04-271530fllL8

26、1修改691修改8.72920084H-2715302036修改2.87修改3231020084.271530fl3739修改11.83修改19221120084M-271530316.19修改16.72修改3291J系统设置国模块设置的区域设置DO添加设备Bl报警设备4t4罟122008-04-271530515.84修改1634修改32.181320084H-2715305U29修改13.67修改24%14200WM-27153091723修改1738修改34.61152008-04-2715303618.44修改18.41修改36.85（二）多架历史数据。选择区域、开始日期、结束日期点击

27、生成数据表格”（三）支架受力曲线，先选择区域和查询时间、支架。点击“生成曲线二锚杆受力曲线、锚索受力曲线、顶板位曲线、钻孔应力曲线操作和支架受力曲线是相同的。（四）支加受力分析曲线、锚杆受力曲线、锚索受力曲线、顶板位移曲线、钻孔应力曲线和支架受力曲线是相似的。循环末阻力与初探力分析所属区域24205V开始时间2008-05-0200:00:00选择支架126前柱5MpaV结束时间12008-05-0723:0丽I保存曲线joo%，（五）支架初撑力分析；首先要设置初撑参数设置，第一次设置好，以后就不用设置了，除非参数据需要改变，把所需的参数设置好，提交就可以了。循环末阻力与初择力分析参数据设置

28、循环末阻力分析参数据设置循环末阻力点与其下一个点压力差5IMPa循环末阻力点到最低点时间范围100z最低点时间回找末阻力点的时间100物末阻力点到下个末阻力时间范围30初撑力分析参数设置最低点到初撑力点的时间范围100z通用参数设置单架的前后对比时间范围R钟填好了，提交（六）支架初撑力分析曲线。选择区域、支架、开始日期、结束日期。点击（七）支架推进度分析。在选择工作面、支架、添加循环进尺、超始推进度、分析日期。点击“分析推进度”就可生成推进度列表。如果觉的某一天的推进度有误可以增加某一天的推进度。每次分析完数据库会记录此次的推进度，以后可以读取推度列表。当把一个支架设置为工作面推进度，当分析该

29、工作面周期来压时用到此推进度。工作面24205支架西循环进尺M80I起始推进度M口口yjJg分析日期2。08-04-3口鹿。9-。7-3口日期11日推进度IIl增加整把度导出数据4读取推进度列表26号支架数据分析推进度I设里为工作敏驾一I序号日期日推进度（m）总推进度（吟一12008-04-304.04.022008-05-014.08.032008-05-023.211.242008-05-035.616.852008-05-041.618.462008-05-053.221.672008-05-085.627.282008-05-096.433.692008-05-103.236.8102

30、008-05-114.841.6112008-05-144.045.6（八）支架周期来压。选择工作面、支架、时间，点击“周期来压分析”就可以生成周期来压分析曲线。注意:只有分析了推进度才可以分析周期来压。所属工作面J24205选择支架I26WlMPaF|用期来压分甑I开始时间2008-05-3000:00:00|结束时间2009-07-3023:00:00|保存曲线二100%（九）支架直方图。选择：工作面、支架、统计参数、时间.点击“显示直方图”就可以生成支架直方图。所属工作面1242C35I选择支架126前柱,MPa一|一统计参数卜个数累加Q|区段个数Q5/开始时间2008Q-3D00:。:

31、结束时间009-。7-3023:00:00I瓦奈宣万亩一|保存图片11导出数据I（十）支架循环末阻力曲线。选择：工作面、支架、日期。点击“生成曲线”就可以生成支架循环末阻力曲线。支架循环末阻力分析I生成曲线poo%所属区域名I24205开始时间2008-04-30IXl:OHO。选择支架I26前柱yMpaj结束时间2009-07-3023:00:00（十一）支架加权阻力分析。选择：区域、支架、日期。点击“生成曲线”就可以生成支架加权阻力曲线图。支架加权阻力分析所属区域I24205选择支架结束时间I26前柱7MPa2009-07-3023:00:00开始时间j2008-04-3000:00:00（十二）日报表。说明：”报表日期是你要生成那一天报表的日期。下面的查询日期，只是你要查询那天生成的报表，和“报表日期”没有直接关系；例如:你在“n月27日”操作生成日报表了,在“报表日期”选择是“n月26日”，点击”生成报表:在查询“11月26日”的报表，是按他的生成日期查询，也就是“11月27日“。I设备类型I支架压力日报表1I报表类型31I报表日期|2。09-07-3。I成振表I查询已生成的报表（按生成日期查面开始日期历山-07-30I结束日期20。9-07-30|查询报表设备类型J下载报表操作支架压力日报表2009-07-30支架压力日报表j重新生成删除报表

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