矿大自主研发井下巷道注浆智能在线监测系统

煤矿井下巷道注浆是维护软弱破碎围岩稳定的有效方式，其通过胶凝材料将松散破碎围岩胶结成整体，改善和提高围岩强度和承载能力。注浆工程中，巷道中注浆锚杆(索)数量众多，每根注浆锚杆(索)的注浆参数都对巷道支护效果起着重要的作用。

但在实际工程中，传统的人工计数式注浆管理台账难以科学、准确地评价每一根注浆锚杆(索)的注浆质量与效果，不利于煤矿的安全生产管理。

为了解决粗放型注浆监测管理难题，矿大陆银龙副研究员团队以采矿工程、岩石力学、机电工程、物联网、软件工程等多学科交叉理论为指导，提出了煤矿井下巷道注浆智能数字化在线监测系统总体架构，并自主研制了井下巷道注浆智能数字化在线监测的软、硬件系统。

煤矿井下巷道注浆智能数字化在线监测系统总体架构

研究基于煤矿井下巷道注浆典型的工程地质条件以及现场注浆监测相关的技术需求，建立了“煤矿井下巷道注浆智能数字化在线监测系统”的总体架构，系统主要包括4个模块，分别为：注浆监测传感器模块、注浆数据采集与通信模块、注浆锚杆数字化配置及信息实时显示与预警模块、注浆数据管理与注浆质量智慧分析评价软件。

巷道注浆监测传感器布置管路设计图

目前煤矿井下巷道注浆加固主要以水泥基浆液为主，属于典型的固-液二相流体(悬浊液)。合理选择能够适应水泥浆液物理力学特性的监测传感器，是准确开展井下巷道注浆监测的前提。通过分析，确定了适用于水泥基浆液物理力学特性的浆液流量、注浆压力及浆液密度/水灰比等监测传感器类型及其技术指标参数。

井下巷道注浆监测传感器测量的动态数据需要通过井下工业环网实时上传至矿井地面注浆信息数据库服务器中，考虑到注浆监测传感器需要根据巷道注浆位置动态向前移动调整，研究采用一种无线通信方式来建立注浆监测传感器与井下工业环网交换机之间的通信连接。

研究自主研制了井下注浆数据采集单片机芯片及基于矿用本安智能手机的注浆锚杆数字化配置及注浆信息显示与预警APP 系统。

注浆锚杆数字化配置与信息实时显示APP 系统

为了便于矿井地面生产技术管理部门利用注浆在线监测系统获得的注浆数据科学、精准地开展巷道注浆质量评价分析与管理，开发了一套专用的“注浆数据管理与注浆质量智慧分析评价软件系统”，该系统主要包括4 个模块：当前井下注浆情况实时查询模块、注浆信息一张图分析模块，异常注浆精准诊断模块以及注浆数据报表统计模块

为了检验监测系统的可行性与可靠性，在淮北矿区桃园煤矿Ⅱ2 回风上山开展了巷道注浆智能在线监测工程应用。

研究选取2020 年10 月14 日至2020 年10 月15 日之间的部分注浆监测记录，共计12 根注浆锚杆。发现，大部分注浆锚杆的最大注浆压力在2.0~3.0MPa，满足注浆设计施工要求；但是，也有少量的注浆锚杆的最大注浆压力超过3.0MPa，最大的接近5.0MPa。

从注浆量情况来看，大部分注浆锚杆的注浆量在0.14m3 以上(即2 袋水泥，按照水灰比1:1配置)，浆液密度在1.4g/cm3~1.5g/cm3 之间，能够满足注浆设计施工要求。

来源：采矿与安全工程学报

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