基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统设计

针对煤矿巷道顶板安全监测采用有线网络采集数据存在布线工作繁琐、操作不方便、成本高和效率低等问题,设计了基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统。该系统通过无线应力计自动测量煤矿巷道顶板应力,利用计算机分析煤矿巷道顶板的应力应变参数,评估煤矿巷道的安全性。测试结果表明,该系统具有误差小、操作方便、成本低、效率高等优点。     

微震监测技术在顶板来压预测预报中的应用

介绍了微震监测系统在千秋煤矿预测预报顶板来压中的应用情况。实践结果表明,微震监测系统可实现对综放工作面老顶初次来压的预测判断;微震监测与日常钻屑量监测、矿压监测等数据较为一致,采用综合性的冲击地压预测预报技术能更有效地对采场动力灾害进行预测预报;用大能量事件频次作为微震监测系统的有效参数可较准确地对采场动力现象进行预测预报,并总结出顶板来压的前兆信息模式,该项结论能有效预防采场动力现象和冲击地压事故的发生。     

煤矿顶板压力监测系统设计

设计了一种用于监测综采工作面顶板压力的煤矿顶板压力监测系统。该系统由顶板压力检测装置、智能手持采集仪和上位机监测系统构成。顶板压力检测装置用于定时检测顶板压力,并在规定时间内通过红外通信技术将压力数据传输给智能手持采集仪进行现场分析,智能手持采集仪还可通过串口将数据传输给上位机监测系统做进一步分析和存储。该系统可实现对采煤工作面进行长期连续的顶板压力监测,通过对监测结果的分析、研究顶板来压规律,为顶板管理提供完善的参考依据。     

浅埋深综放工作面矿压显现规律及控制研究

现有工作面矿压规律研究主要是针对浅埋深大采高工作面矿压规律和顶板结构进行研究,针对浅埋深综放工作面强矿压显现规律和控制技术研究较少。针对该问题,以某煤矿42202工作面为研究背景,采用工作面支架监测和微震监测相结合的实测方法,研究了工作面的强矿压显现规律:42202工作面的初次来压步距为60m,周期来压步距为18～26m,来压时支架动载系数高达1.58,片帮深度达1 100mm,立柱下缩量为50～80mm,强矿压导致工作面压架,来压时中部压力大、两侧小,表明工作面来压时矿压显现较为剧烈;微震事件主要集中在工作面超前位置及辅运巷,日累计能量与日频次变化趋势基本相同。分析了浅埋深综放工作面的强矿压机理,指出浅埋深综放工作面强矿压显现的主要原因是采场覆岩高位关键层形成的砌体梁结构与低位关键层形成的悬臂梁结构发生联动失稳效应。针对强矿压显现问题,提出了水压致裂的顶板弱化措施,采取水压致裂措施后,支架工作阻力最大值由59.1MPa下降到50.1MPa,降低了约15%;深孔最大应力降低了15%,浅孔最大应力降低了32%,表明水压致裂对顶板弱化和减弱巷道围岩应力有较显著作用。     

矿井顶板下沉监测中信号远程传输系统的设计

针对目前大多数顶板下沉监测仪存在的数据收集工作量大、顶板下沉数据无法上传地面等问题,文章提出了一种矿井顶板下沉信号远程传输系统的设计方案,详细介绍了系统的工作原理、数学模型,并确定了关键参数,同时给出了系统硬件电路设计。该系统将顶板下沉数据以频率信号的形式远程传输至矿井安全监测监控系统通信分站的模拟量接口,使得矿井安全监测监控中心可实时监测和采集各个监测点的顶板下沉状态和数据,提高了顶板下沉监测的连续性、真实性。现场运行表明,该系统易与矿井通信分站通信,各项运行指标完全满足煤炭行业所规定的国家标准。     

KJ132顶板离层监测系统研究与应用

为了实现井下巷道顶板离层的实时动态监测,自主研发了基于CAN总线的KJ132顶板离层监测系统。详细介绍了系统的组成与原理,并给出了该系统的煤矿上的应用效果,表明了KJ132顶板离层监测系统能准确及时的监测井下巷道顶板的运动情况。     

KJ132顶板离层监测系统的研究与应用

为了实现井下巷道顶板离层的实时动态监测,自主研发了基于CAN总线的KJ132顶板离层监测系统。详细介绍了系统的组成与原理,并给出了该系统的煤矿上的应用效果,表明了KJ132顶板离层监测系统能准确及时的监测井下巷道顶板的运动情况。     

煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统设计

针对现有煤矿巷道顶板离层监测主要采用机械式顶板离层仪,存在观测不方便、误差比较大、数据实时性差等问题,设计了煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统。该系统通过光纤位移传感器自动测量巷道顶板离层的位移状况,采用计算机监测巷道顶板离层结构的应变、位移等参数,评价离层结构的安全性,进而维护结构的健康。实际应用表明,该系统具有实时观测、误差小、效率高等优点。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。     

基于三量协同监测的采场来压识别预警系统研发

根据《2013-2017年度全国煤矿安全事故案例汇编》,煤矿矿压监测单纯依靠应力监测和人工测距,存在工作量大、值班人员多、稳定性低的现状。对近几年煤矿采场来压、支架工作阻力、顶底板移近量、活柱下缩量监测进行了研究,创新性地研究了基于三量协同监测采场来压识别和预警系统。该系统能对顶板周期来压时间、步距、强度、支架倾角、支柱移近速率及升降状态等作记录分析,并对下一周期来压进行预测,减少了顶板监测人员数量,提高了劳动效率,实现了减员增效。该研究成果对贯彻落实《关于开展"机械化换人、自动化减人"科技强安专项行动的通知(安监总科技[2015]63号)》起到积极、有效的推进作用,并对煤矿采场矿压研究理论、控制技术及顶板灾害预测相关科研课题起到抛砖引玉效应,具有广阔的市场前景。     

顶板安全监测数据集成平台的设计与研究

顶板安全管理一直是煤矿安全生产领域研究的重点和热点问题,而异构监测数据的集成技术在顶板事故的预测及分析中占据重要地位;在分析了目前我国煤矿各类顶板安全监测系统的现状及发展趋势的基础上,对已有的监测系统进行分析,并对数据集成平台进行分层设计,提出了一种基于.Net架构的监测数据集成平台设计方案,解决了异构监测平台各自封闭、难以互相联系的缺陷,实现了顶板监测数据的共享;运用该方案在现场进行数据集成获得了良好的监测效果。     

最大主应力方向对巷道围岩稳定性影响研究

为了研究最大主应力方向对巷道围岩稳定性的影响,以贵州某矿1101工作面矩形运输巷为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了最大主应力为水平或垂直应力时巷道围岩变形情况。研究结果表明:当最大主应力为水平应力时,顶板受影响较大,易发生较严重的剪切破坏,且顶板位移较两帮大,应着重加强顶板支护;当最大主应力为垂直应力时,两帮受影响较大,易发生剪切破坏,且顶板和两帮位移均随垂直应力增大而明显增大,应着重加强两帮支护。根据数值模拟结果及该工作面水平应力大于垂直应力的情况,近似将水平应力作为最大主应力,提出了以顶板支护为主的支护方案。现场监测结果表明,采用该支护方案后,巷道顶板及两帮位移均较小,验证了该方案能较好地维护巷道围岩稳定性。     

基于深孔预裂爆破的厚硬顶板控制实践

针对厚硬顶板工作面开采强矿压问题,以潘北矿11313工作面为工程背景,通过理论分析基本顶破断特性,制定了厚硬基本顶深孔预裂爆破方案,利用数值模拟研究了厚硬基本顶在不同深孔预裂爆破厚度下围岩应力演化规律及有效深孔预裂爆破厚度下超前支承压力分布。模拟结果表明;应力拱向运输巷侧旋移且应力拱拱高随爆破厚度的增大而增大,应力拱形态由勺状转变为椭圆状;当基本顶预裂爆破厚度为12m时,工作面超前支承压力影响范围和超前支承压力峰值距工作面煤壁的距离与爆破前相比分别增大了8.5,18.8m,超前支承压力集中系数由爆破前的1.67减小为爆破后的1.3。现场监测结果表明:厚硬基本顶预裂爆破后,工作面下部支架最大载荷和平均载荷降低,支架动载系数发生明显波动,煤壁片帮得到有效控制。     

大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应研究

煤层倾角是造成大倾角采场采动力学行为呈现复杂性、特殊性,诱发众多灾害事故的重要因素之一,为揭示煤层倾角对大倾角采场围岩控制及矿压显现特征的影响规律,采用物理相似模拟和数值计算相结合的研究方法,在综合分析了大倾角工作面顶板破断运移及矸石滑滚充填特征的基础上,利用有限元-离散元（FLAC2DPFC2D）耦合算法建立了不同倾角的大倾角采场耦合数值模型,研究了大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应。结果表明：(1)采动作用下,大倾角采场顶底板内围岩应力均呈非对称拱形分布,随着煤层倾角增大,拱形垂直应力释放区范围和向上部偏移程度逐渐增大,但水平应力释放区范围和应力值逐渐减小,无论是垂直应力还是水平应力都易在工作面上下端头顶板处出现应力集中,但最大集中应力会随煤层倾角的增大而减小;大倾角工作面顶底板内应力大小和传递方向均存在非对称特征,随着煤层倾角增大,工作面顶底板应力拱高逐渐降低,围岩应力的传递方向以围岩涌向采出空间为主,由初始近似竖直方向逐渐偏转趋于工作面垂向。(2)工作面顶板破断及矸石的滑滚充填具有时序性和分区演化特性,并随煤层倾角的改变而呈现一定的倾角效应。随着煤层倾角增大,直接顶...     

煤矿巷道顶板离层监测系统设计

针对煤矿巷道顶板离层监测的重要性,提出了一种顶板离层监测系统的设计方案;给出了该系统结构及测点布置方案,详细介绍了用于准确测量顶板离层位移量的围岩移动传感器的硬件及软件设计,并分析了顶板离层位置及顶板离层位移报警阈值的确定方法。实际测试结果表明,该系统实现了对顶板离层位移量的实时监测,测量精度达2.5%。     

煤矿嵌入式顶板压力监测系统

讨论了基于嵌入式系统的井下顶板压力监测系统的基本结构和所实现的功能,详细介绍了实现该系统的关键技术。     

山脚树矿矿压监测与数据分析

介绍了山脚树矿某工作面的概况及对其进行矿压监测的目的、内容及注意事项,给出了矿压监测方案并进行了矿压数据收集和分析。通过监测和分析,可采取有效的处理措施来保证安全开采,同时矿压监测分析结果对于了解和掌握同一采区的其他工作面矿压显现规律、合理选择和改进支架有积极的指导意义。     

煤矿掘进巷道围岩压力在线监测预警系统

针对现有煤矿掘进工作面围岩压力监测技术难以实现有效监测、预警能力弱等问题,采用无线传感器技术,设计了一种煤矿掘进巷道围岩压力在线监测预警系统,详细介绍了系统组成、技术原理、数据传输方式、功能模块设计及预警流程。应用表明,该系统实现了对掘进巷道顶板离层、应力和声发射参数的实时监测,其多参量综合预警流程有效提高了预警的准确率。     

机敏水泥基材料及其无线应力/应变测量系统的研制

为监测混凝土结构性态,开发了一种机敏镍粉水泥基材料及其无线应力/应变测试系统.首先,给出了填充镍粉的水泥基材料的应力/应变传感单元的制备方法、测量原理和性能分析;其次,制作了应力/应变的无线测试系统;最后,完成了机敏镍粉水泥基材料的无线应力/应变测试系统的实验.结果表明,机敏镍粉水泥基材料的电阻率随着压应力/应变是线性可逆变化的;集成的无线压应力/应变测试系统的测量范围在0 Mpa/0με到2.5 Mpa/311.5με,无线应力/应变系统可以实现应力/应变灵敏度为16.894%Mpa-1/0.133 65με-1(即应变灵敏度系数为1 336.5)和分辨率为150 Pa/O.02με;新开发的机敏镍粉水泥基材料的无线应力/应变测试系统具有应力/应变灵敏度高、分辨率高、电路简单等优势,适合结构健康监测用.     

某工作面顶板弱化预裂深孔爆破技术

坚硬顶板不易垮落,随着回采工作面的推进,作用在煤壁前方的支承压力和顶板压力不断增加,悬空面积越大,支承压力越大,当压力达到顶板岩层的极限强度时顶板开始断裂垮落.坚硬顶板突然断裂的瞬间容易形成飓风事故、冲击矿压事故,并容易造成工作面瓦斯瞬间超限,严重威胁人生安全和工作面生产.因此,对于坚硬难冒的顶板要采取弱化措施.本文结合工程实际,介绍了某工作面顶板弱化预裂深孔爆破技术.