KJ无线矿山顶板动态监测系统技术方案.docx

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KJ无线矿山顶板动态监测系统技术方案

KJ548无线矿山顶板动态监测系统

技

术

方

案

陕西三位矿山安全设备有限公司

警示:

1、严禁改变系统中任一组成设备的本安电路和与本安电路有关的元器件的电气参数、规格和型号。

2、其他未经联检的设备严禁与系统使用联机。

执行标准:

GB3836-2010

Q/SW05-2015

第一章背景简介

1.1系统产生的背景

近年来煤矿开采过程中频繁发生的重大安全事故已经引起了党中央、国务院的高度重视,并引起社会的广泛关注。

在各类煤矿事故中,顶板事故仍居前位。

随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采转移,顶板安全等问题越来越凸现。

主要体现在三个方面：

一是以锚杆支护为主要形式的巷道稳定性。

现有的支护参数到底有多大安全系数，需要监测手段进行评估和潜在的危险性预测；二是超前支承压力影响范围多大，压力集中程度多高，支承压力高峰位置在何处，支承压力前移速度是多少等等。

这些与超前支护和冲击地压密切相关因素监测问题；三是回采工作面支护稳定性和安全性。

回采工作面支架工作状态怎样，支护是否满足控制顶板的要求，回采工作面上覆岩层初次来压与周期来压步距多大，来压时对目前支护系统有多大影响等。

我国几乎所有煤矿都面临开采顶板安全问题，而这些问题往往由于局限于相对落后的监测手段和信息处理技术而被忽略。

这是顶板管理不到位的主要原因。

因此，着眼于国内研究的前列。

充分利用网络资源，建立“基于以太网技术矿山顶板安全监测系统”，对促使煤矿安全上一新台阶具有实际意义，在全国煤矿中具有重要推广应用价值。

煤矿顶板动态监测系统是基于以太网平台建立的可实现全矿井矿压在线监测的综合监测系统。

该系统利用矿区或矿井已经建立的计算机网络平台，将各生产矿井顶板动态监测系统组成矿务局级监测网络，实现矿压监测的自动化和信息共享。

1.2系统推广应用的基本条件

1）我国大多数大、中型矿井已经建立起计算机局域网络（以太网）平台，而且大多数采用了千兆光缆专线网，硬件资源的建立为实现顶板安全监测

系统联网提供了前提条件。

2）我公司已推出了国内第一套专用于煤矿顶板动态监测的无线系统，该系统可接入矿井局域网，实现了煤矿顶板动态在线实时网络监测。

监测内容包括：

顶板离层参数监测、综采支架工作阻力监测、巷道锚杆支护应力监测。

3）开发了应用以上系统的监测分析软件，实现了局矿网络实时在线监测和分析。

第二章系统简介

2.1系统概述

KJ548煤矿顶板动态监测系统是用于煤矿顶板压力动态的计算机在线测量系统。

系统将计算机检测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。

实现了复杂环境条件下对煤矿顶板的自动监测和分析。

系统由五大部分组成：

1、计算机和数据处理软件；2、KJ548-F矿用隔爆兼本安型数据传输分站；3、GPD60W矿用本安型无线顶板压力传感器；4、GMY400W矿用本安型无线锚杆（索）应力传感器；5、GUD1500W矿用本安型无线顶板位移传感器；

2.2系统监测分析的内容

2.2.1监测研究的主要容

1）巷道监测

在巷道内主要通过离层位移传感器监测顶板下沉量、顶板下沉速度变化，两帮内显著变形区域，用于判断顶板和两帮破坏范围，对巷道稳定性进行识别，对巷道所处的安全等级进行评价。

采用锚杆载荷应力传感器通过对巷道顶板、两帮锚固力以和锚固力沿着锚杆长度变化规律进行监测，达到对锚杆的工作状态、顶板安全性等进行评价，实现信息反馈，为锚杆支护参数设计优化提供基础。

2）回采工作面监测

监测端头支架的工作阻力变化规律，为保障端头支护稳定性和安全性提供依据，并为确定最优的端头方式和参数提供基础。

分区监测工作面内支架的工作阻力变化规律，为评价支架支护效果、支架对该类顶板的适定性以和顶板来压规律提供依据。

3）超前支承压力监测

通过超前顺槽内中深钻孔埋设传感器，监测随着开采的不断推进，超前支承压力的显著影响范围、支承压力高峰值、支承压力高峰位置以和前移速度等，为超前支护范围和有重点地预防冲击地压的发生提供依据。

2.2.2监测布点方式与数据的分析解释

（1）监测布点方式

根据煤岩层的赋存特点和物理力学性质，进行布点方式研究，提出能够满足工程安全与技术要求、经济上最省布点方式，给出针对不同类型围岩的布点方式、布点参数、测点间距等的参照表。

（2）数据的分析解释

提炼出由不同类型监测数据所反映出围岩稳定状态或支护体工作状态的数学力学模式，通过监测数据，由计算机进行分析与解释，达到自动识别判定：

巷道围岩安全性，或端头支护的稳定性和可靠性，或锚杆和支架的工作状态，或超前支承压力分布和转移特征等。

2.3系统实现的目标

2.3.1KJ548煤矿顶板动态监测系统可以实现以下功能；

●井上计算机动态显示监测参数、报警；

●井下现场显示数据；

●监测数据自动记录存储；

●连续监测曲线显示、分析；

●历史数据查询和报表输出；

●综合分析和顶板安全评估分析。

2.3.2KJ548煤矿顶板动态监测系统网络功能

●网络用户Web访问模式在线动态监测；

●数据库数据信息共享；

●综合分析和顶板安全评估分析；

●监测日报网上报表；

2.4系统结构与组成

煤矿顶板动态监测系统的主要特点是采用环行总线结构，可涵盖全矿井多类型矿压参数监测。

系统以计算机网络为主体，兼容井下通讯电缆、光缆专线、以太网络多种数据传输模式。

监测参数包括：

工作面支架作阻力检测、围岩离层运动检测、锚杆载荷应力检测、岩层（煤层）内部应力检测四个方面。

图1KJ548煤矿顶板动态监测系统组成示意图

2.4.1系统的监测功能组成

监测系统由井下和井上两大部分组成，如图1所示。

监测测系统有4个不同监测功能的子系统组成。

4个监测子系统从功能上加以区分。

井上检测服务器（计算机）可接入矿区局域网络，支持网络在线监测和信息共享。

2.4.1井上监测信息与报警网络

如图2，井上监测信息与报警网络包括：

1）数据接收单元、监测服务器；2）矿井办公局域网和客户端。

井下监测网络通过井下的数据传输分站接入矿井工业以太环网交换机或光纤或通讯线缆将数据传送到井上。

当使用工业以太环网时传输数据，选用主站的RJ45接口并将主站设置成NPORT（以太网联网服务器）模式。

主站将报警信号在显示屏上显示。

图2KJ548煤矿顶板动态监测系统井上部分组成图

第三章系统的主要技术指标

3.1使用环境

1）环境温度：

0℃~+40℃；

2）相对湿度：

<90%（+25℃）；

3）大气压力：

80kPa~106Pa；

4）海拔：

<3000米；

5）无显著振动和冲击的场合；

6）允许在煤矿井下含瓦斯等爆炸性气体但无腐蚀性气体的环境中使用。

3.2系统综合技术指标

监测服务器操作系统:

Windows2000、WindowsXP、Windows2003、Windows2007.

数据库平台：

SQLserver2005标准版

网络平台：

局域网

1）系统分站容量1——16（通讯分站）

2）系统监测点数<1000

3）系统通讯距离:

光纤和以太网<25km

4）巡测周期：

用户可自行设置（出厂设置5分钟）

5）通讯速率1200—115200bps（出厂设置115200bps）

3.3KJ548-F矿用隔爆兼本安型数据传输分站

1）接入容量1—2000点

2）井上通讯方式：

RJ45接口（网口）或RS232（串口）或RS485.

3）井下通讯方式：

无线自组网，光纤。

4）额定电压：

127V，220V,380V,660

5）通讯距离：

至井上分站25km

至传感器：

1000m

传感器之间可接力传输（无线多跳传输），可以解决井下复杂环境和超长距离传输的困难。

6）防爆形式:

矿用隔爆兼本安型ExdibIMb

3.4GPD60W矿用本安型无线顶板压力传感器

1）压力通道数：

3

2）量程：

0.0~60.0MPa

3）精度：

1.5%

4）显示分辨率：

±0.1MPa

5）显示方式：

4位数码管，3个通道轮流显示。

6）传输方式：

无线自组网

7）电源：

DC3.6V（锂电池）

8）防爆形式：

矿用本质安全型ExibIMb

3.5GUD1500W矿用本安型无线顶板位移传感器

1）安装深度：

1—20米

2）量程：

0—1500mm

3）精度：

1%

4）显示分辨率：

±1mm

5）显示方式：

4位数码管，两个通道轮流显示。

6）传输方式：

无线自组网

7）电源：

DC3.6V（锂电池）

8）防爆形式：

本质安全型ExibIMb

3.6GMY400W矿用本安型无线锚杆（索）应力传感器

（将传统的锚杆传感器和应力传感器合拼成一个传感器）

1）第一通道（锚杆）

2）量程0.0~400.0KN

3）精度：

3%

4）显示分辨率：

0.1KN

5）显示方式：

4位数码管，两个通道轮流显示。

6）传输方式：

无线自组网

7）电源：

DC3.6V（锂电池）

8）防爆形式：

本质安全型ExibIMb

9）第二通道（应力）

10）量程0.0~20.0MPa

11）精度：

3%

12）显示分辨率：

±0.1MPa

第四章系统的使用说明

4.1安装

井上分站与PC计算机通过RS-232（串口）或RJ45（网口）连接，注意连接电缆应在井上分站和计算机不开电源的状态进行，井下分站与传感器之间无线网络连接。

系统在工业现场井下井上安装连接示意图

4.2系统使用说明

4.2.1主页面介绍

1.运行桌面上的快捷方式，启动系统。

2.主页面上显示菜单栏，传感器的装置号、通信状态、名称、安装地点、检测值、报警值、失连和低点状态、失准状态等信息。

如下图所示：

4.2.2修改参数

1.点击菜单栏中的“参数设置”出现一个小对话框，点击“串口与波特率”出现“串口设置”对话框，在对话框中波特率选择115200bps，各分区选择相应的串口。

如下图所示：

第一分区选择串口COM3。

（注意：

无法通信时查看串口和波特率是否选择正确）

2.点击“参数设置”出现一个小对话框，点击“系统参数”出现“系统参数设置”对话框。

出现如下图所示的对话框。

A.删除传感器在“系统参数设置”对话框中直接删除。

删除完成后点击“修改传感器信息”再点击“保存”最后点击“退出”。

B.增加传感器点击“系统参数设置”对话框中的“新增”出现“新增传感器”对话框，在装置号处填写要增加的传感器装置号。

再填写相应的分区号、设备类型、状态。

然后点击“确认”。

C.在“系统参数设置”对话框中可以修改传感器的名称、安装地点、解锁报警、预警门限、报警门限等信息。

修改完信息后点击“修改传感器信息”再点击“保存”最后点击“退出”。

4.2.3曲线显示

点击菜单栏中的“曲线显示”出现一个小对话框，点击相应的曲线图会出现相应的曲线图对话框。

以通信质量曲线图为例。

在“曲线显示”对话框中点击“通信质量曲线图”出现“通信质量曲线图”对话框，在查询日期处选择要查询的日期，然后选择要查询的传感器。

点击“绘制曲线”。

如下图所示：

4.2.4报表显示

点击菜单栏中的“报表”出现一个小对话框，点击相应的报表会出现相应的报表对话框。

以失连故障日报表为例。

在“报表”对话框中点击“失连故障日报表”出现“失连故障日报表”对话框，在查询日期处选择要查询的日期，然后点击“查询”就会出现查询结果。

如果要打印可以点击“打印”。

如下图所示：