矸石充填巷的监测是掌握充填巷在掘进与矸石充填过程中巷道变形情况的必要手段。矿山开采引起的岩层移动过程非常复杂，它是地质条件、水文条件、开采条件、地形条件等多种因素综合影响的结果。通过矿压观测，可以掌握巷道围岩变形情况，进而验证或调整矸石充填巷的布置及其支护方案的初始设计，为优化充填巷布置、支护设计提供依据。
7.2.7.1 监测目的
①观测巷道围岩应力分布和变形情况，确定矸石充填的有效断面及矸石充填量，优化隔离煤柱宽度。
②通过监测，对置换开采矸石充填巷采用锚杆支护后的效果进行评价，并及时发现存在的问题或不足，以便对锚杆支护参数进行优化，对技术方案进行调整，真正发挥锚杆支护安全、经济的优越性。
7.2.7.2 监测内容和所需仪器设备
为了研究矸石充填巷道和巷间煤柱的安全状况，以便为优化设计提供依据，在相邻的两条矸石充填巷道中各设6个测站，测站间距20m，观测巷道和巷间煤柱的应力、变形情况，测站仪器设备布置见表7.13，仪器设备型号见表7.14。主要观测以下内容：
①充填巷的表面位移实测；
②矸石充填巷的深部位移和顶板离层实测；
③矸石充填巷的深部围岩应力实测；
④矸石充填巷锚杆锚索受力状态实测；
⑤充填矸石压实程度实测。
表7.13 测站仪器布置
表7.14 监测仪器
7.2.7.3 监测仪器原理和安装
（1）巷道表面位移
顶底板移近量测量采用KBU101-200顶板下沉量监测仪（如图7.11所示），将其量程扩展到500mm，检测仪采用齿轮—齿条结构，将直线位移转换成角位移，通过内部的角位移传感器将位移信号转换成电压信号，被单片机采集形成数字信号，监测仪内置485通讯接口，将数据传送到RS485总线。监测仪具有指令校零功能。
KBU101顶板下沉量监测仪，采用了弹性储能活塞杆位移结构，该结构可以做到传感器内部的防水密封，仪器本身的长度为1.7m，加接长杆的测量范围可以达到3.0m，要测量6.0m的高度，需增加支撑杆，简单的办法是在地板上固定支设金属管到一定高度，将监测仪安装到金属管上部与顶板接触。
图7.11 顶板下沉监测仪支设结构图
两帮移近量指巷道两帮的相对位移量，测量方法也采用KBU101-200顶板下沉监测仪，通过水平支设实现水平位移的测量，如图7.12所示。
两帮收敛监测采用可套接的金属管的相对运动将位移量进行测量，监测传感器仍使用KBU101顶板下沉量监测仪。当巷道两帮收敛时，带动活动管向中间移动，压缩检测仪的活动杆运动，传感器检测出运动的相对位移量。
图 7.12 巷道收敛监测示意图
（2）顶板离层
采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值。顶板离层指示仪由孔内固定装置、测量钢丝绳及孔口显示装置组成。
安装方法：
①在巷道顶板钻出7.0m深，直径32mm的钻孔；
②将带有长钢丝绳的孔内固定装置用安装杆推至所要求的深度，抽回安装杆后再将带有短钢丝绳的孔内固定装置用安装杆推至所要求的位置（分别为6.5m、2.5m）；
③将孔口显示装置固定在孔口（在显示装置与钻孔间要留有钢丝绳运动的间隙）；
④将钢丝绳拉紧后，用螺丝将其分别与孔口显示装置中的圆管相连接，且使其显示读数超过零刻度线。
测点布置：
顶板离层仪布置在各测站中间。
采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值。(www.xing528.com)
（3）围岩深部位移
采用深基点位移计测定两帮不同深度的岩层相对位移量，如图7.13所示。多点位移计包括孔内固定装置、孔中连接钢丝绳和孔口测读装置。每套位移计内有4个测点。安装步骤如下：
①在巷道两帮钻出深5.0m，直径32mm的钻孔。
②将带有5.0m连接钢丝绳的孔内固定装置用安装圆管推至所要求的深度，抽出安装圆管，再依次将其余的孔内固定装置送到预定位置。分别把孔内固定装置送到5.0m、3.5m、2.0m和1.0m的位置。
③将孔口测读装置用水泥药卷或木条固定在孔口。
④拉紧每个测点的钢丝绳，将孔口测读装置上的测尺推至100mm左右的位置后，用螺丝将钢丝绳与测尺固定在一起。每个传感器测点均内置变送器和RS485通讯接口，多通接线盒将各个传感器电气上并联到485总线。
图7.13 巷道深部位移测点布置
（4）锚杆锚索托锚力
①锚杆托锚力分布采用锚杆液压枕测试。安装锚杆之前先安上锚杆液压枕，再套上托盘，上紧螺母。每个测站安装4个锚杆液压枕，顶板2个，两帮各一个。
②采用锚索液压枕观测锚索托锚力。安装锚索之前先安上锚索液压枕，再套上托盘、锚具，然后张拉锚索至80～100 kN。每个测站安装2个锚索液压枕，一个断面的每个锚索上一个。每个传感器测点均内置变送器和RS485通讯接口，多通接线盒将各个传感器电气上并联到485总线。
（5）钻孔应力测试
为了掌握巷道围岩内不同位置处应力分布特征，在2测站和4测站内各布置5个钻孔应力测点，2测站的钻孔深度分别为1.5，3.5，5.5，7.5，9.5m，分别测量巷道围岩内1，3，5，7，9m处应力分布规律，如图7.14所示；4测站的钻孔深度分别为4.5，6.5，8.5，10.5，12.5m，分别测量巷道围岩内4，6，8，10，12m处应力分布规律，如图7.15所示。每个传感器测点均内置变送器和RS485通讯接口，多通接线盒将各个传感器电气上并联到485总线。
图7.14 2测站巷道深部应力测点布置
图7.15 4测站巷道深部应力测点布置
（6）充填矸石压实情况
①矸石充填过程中，在对应巷道测站的矸石中埋设两套矸石压力计，一套测垂向压力，另一套测侧向压力。
②矸石充填过程中，用矸石密实仪不定时随机检测充填矸石的密实情况。
传感器结构如图7.16所示，充填介质压力直接作用到传感器应变体上，使应变体产生弹性变形，应变计输出与作用力成正比的电压信号，变送器将电压信号放大后输出。
图7.16 传感器结构示意图
充填体的应力可直接作用到传感器上，传感器水平放置在巷道底板上，当底板不平时可考虑将传感器固定到钢板上再放置到底板上，如图7.17所示 。
图7.17 充填体应力监测传感器布置
7.2.7.4 系统组成
如图7.18所示，在巷道内（充填区外）布置一通讯监测分站（KJF70），通讯分站下位采用RS485总线与各断面测点连接。考虑到可靠性因素，每个断面设一个接线盒将3个传感器连接起来，断面接线盒与通讯分站采用集散式分别连接。
图7.18 监测系统组成框图
系统工作原理：每个传感器测点均内置变送器和RS485通讯接口，多通接线盒将各个传感器电气上并联到485总线。6个断面的接线盒分别连接到KJF70通讯分站的RS485总线，整个系统采用集散式连接，每个传感器具有唯一的地址编码，每个传感器与通讯分站总线采用树形并联，通过支路的电路限流匹配，使每一支路出现故障时不影响其他支路测点的运行。
通讯分站内由计算机控制定时通过RS485总线巡测每个传感器的数据，并循环显示在LCD屏幕上。如果条件允许，可通过电话线路将监测的数据实时传送到井上的计算机接收、存储和分析。系统设备配置见表7.15。
表7.15 设备配置
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