智能化围岩监测技术提升矿建巷道施工安全探析

摘要：矿建巷道围岩失稳是引发顶板垮落、片帮、突水等井下安全事故的核心诱因，传统人工围岩监测存在数据滞后、覆盖范围有限、误判率偏高的短板，难以适配深部、复杂地质巷道施工需求。本文结合井下现场施工痛点，梳理传统围岩监测体系缺陷，分析光纤传感、三维激光扫描、微震感知三类主流智能化监测技术应用逻辑，剖析当前技术落地存在的井下适配、数据协同、运维人员短板，针对性提出硬件适配改造、数据中台联动、分层人才培养优化路径。研究表明，多源融合智能化围岩监测可实现围岩隐患超前72小时预警，有效降低巷道围岩灾害发生率，为矿山基建巷道常态化安全管控提供实操参考。

关键词：矿建巷道；围岩监测；智能感知；施工安全；超前预警

一、引言

随着国内浅层煤炭资源枯竭，矿山基建逐步转向千米深部地层，高地应力、破碎软弱围岩、构造破碎带等复杂地质条件频发，巷道围岩流变变形、突发性失稳风险持续攀升。传统人工收敛仪、顶板离层仪定点监测依赖人工巡检，无法捕捉围岩微变形前兆，近五年国内矿建巷道顶板事故中超70%源于围岩监测失效。基于物联网与深度学习的智能化围岩监测成为井下安全管控转型核心方向，本文立足现场施工视角探析技术应用与优化方案。

二、矿建巷道传统围岩监测模式及安全短板

2.1 监测布设模式：定点离散化布设，空间覆盖盲区突出

传统围岩监测遵循“断面定点布设”原则，仅在巷道每50-100m标准断面安装顶板离层仪、巷道收敛仪，仅能采集固定点位围岩数据。矿建巷道掘进过程中围岩应力分布具备非均匀性，断层、节理发育区域往往处于监测断面间隙，形成大范围监测盲区。同时人工布设设备需人员进入空顶作业区域，本身附带顶板坠落安全风险，不符合井下少人化作业规范，零散点位数据也无法还原全断面围岩应力演化规律。

2.2 数据处理模式：人工事后研判，预警时效严重滞后

传统监测全程依靠人工现场读取仪表数据，每日仅开展1-2次数据记录，数据时间间隔跨度大，无法捕捉围岩短时间突发微变形。采集完成后由地面技术人员台账对比分析，从数据采集到隐患判定最短耗时4小时，属于典型事后研判模式。深部巷道围岩失稳往往伴随分钟级应力突变，滞后研判无法捕捉变形前兆，多数顶板片帮事故发生时，人工台账尚未完成数据异常识别，完全丧失超前防控能力。

2.3 风险管控模式：单指标独立研判，误判概率居高不下

传统监测仅围绕围岩位移单一指标开展风险判定，忽略围岩内部应力、锚杆轴力、井下渗水压力等关联指标联动影响。实际矿建巷道围岩失稳多是多指标耦合作用结果，比如破碎围岩渗水会弱化岩体强度，同步引发位移与应力双异常，单指标研判极易将渗水诱发的微小位移判定为正常形变。据矿山安全统计数据，传统单指标监测围岩风险误判率达28.3%，极易造成支护决策失误。

三、主流智能化围岩监测技术安全赋能机理

3.1 光纤光栅传感监测：实现围岩内部应力全域连续感知

光纤光栅传感依托光波波长应变反馈原理，可沿巷道顶板、两帮围岩钻孔预埋光纤传感器，实现围岩内部10m深度范围内应力、离层数据24h不间断采集。该技术抗井下瓦斯、粉尘、潮湿环境干扰，信号传输损耗低于0.2dB/km，弥补传统设备井下环境适应性差的缺陷。相较于离散定点监测，光纤传感可形成巷道纵向连续监测链路，精准识别隐蔽离层空腔，解决深部围岩内部应力无法直观监测的行业痛点。

3.2 三维激光扫描监测：动态还原巷道围岩表观形变特征

搭载于综掘机尾部的井下防爆三维激光扫描仪，可每2小时完成一次巷道全断面点云数据采集，通过前后时点点云比对自动识别围岩表层裂隙、鼓包、片帮前兆形变。结合轻量化YOLOv8裂隙识别算法，可自动区分原生构造裂隙与受力新生裂隙，剔除地质原生结构干扰。该技术无需人员近距离接触巷道壁，实现非接触式监测，彻底消除人工近距离巡检的空顶作业安全隐患，适配大变形软岩巷道施工场景。

3.3 微震智能监测：捕捉围岩破裂低频前兆信号

围岩岩体内部微破裂会释放低频弹性波，微震监测系统通过井下分布式拾震器采集弹性波信号，依托机器学习模型定位破裂空间坐标、判断破裂能量等级。对于掘进扰动诱发的超前围岩破裂，可提前3-5天捕捉前兆信号，区别于位移监测只能识别显性形变的局限。目前该技术多用于断层影响带巷道，能够有效防控掘进扰动诱发的冲击地压、顶板垮落复合型灾害。

四、智能化围岩监测现场落地现存问题与优化对策

4.1 现存问题一：多源监测数据孤岛，跨设备数据无法联动

当前矿山井下光纤、激光、微震三类监测设备分属不同厂商，数据传输协议不统一，分别独立上传至三套地面后台系统，无法实现应力、形变、微震数据融合比对。现场技术人员需分别登录系统调取数据，无法开展多指标耦合风险研判，智能化监测降级为自动化数据记录。部分老旧矿井井下工业环网带宽不足，海量点云、微震数据传输卡顿，进一步加剧数据割裂问题。

4.2 现存问题二：井下极端环境设备损耗率高，运维体系不完善

矿建巷道掘进迎头粉尘浓度长期超过100mg/m³，加之爆破冲击波、围岩挤压形变，易造成激光扫描仪镜头积尘、光纤线路挤压断裂。多数矿山仅配备通用机电运维人员，缺乏智能传感设备专项检修能力，设备故障平均维修时长超过72小时。同时井下潮湿酸性水质会腐蚀传感器金属接口，常规防尘防水防护手段无法适配迎头动态施工环境，设备年均损耗率超32%。

4.3 优化对策：构建边缘-云端协同监测运维一体化体系

针对数据孤岛问题，搭建井下边缘网关统一数据传输协议，在井下就近完成数据降噪、异常初筛，仅上传有效异常数据至云端数据中台，降低环网带宽压力。针对设备损耗问题，定制掘进迎头防爆防尘缓冲防护外壳，建立“班组日巡检、工区周校准、月度专项维保”三级运维制度。同时依托云端模型动态更新预警阈值，结合掘进进尺自动修正围岩应力预判参数，贴合动态施工扰动规律。除此之外，同步打通监测中台与矿井智慧管控平台接口，实现预警信息分级推送，红色直接推送至现场跟班队长，黄色推送至工区技术组。联合设备厂商开展驻场季度培训，划分现场巡检、云端数据分析两类岗位，补齐人员技术短板，同时在井下巷道拐弯、迎头等高危区域预埋备用监测链路，规避单链路故障导致的监测中断。

五、结论

矿建巷道施工安全管控的核心难点是围岩形变超前感知，传统离散、滞后、单指标监测模式已经无法适配深部复杂地质施工需求。光纤光栅全域应力监测、三维激光表观形变监测、微震内部破裂监测三类智能化技术，分别从内部、表层、前兆三个维度补齐传统监测短板，是巷道围岩风险超前防控的核心技术支撑。现阶段智能化监测落地主要受数据协同、井下环境适配、专业运维能力制约，通过边缘网关数据融合、定制化硬件防护、分层运维培训可破解落地痛点。后续矿山需结合巷道地质等级差异化选配监测设备，避免盲目智能化改造，推动围岩监测从被动事后处置转向主动超前预警，系统性降低矿建巷道围岩类安全事故发生率。

参考文献

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