地压监测技术方案离层0313.docx
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地压监测技术方案离层0313
KJ216顶板动态监测系统
技术方案
郑州创威煤安科技有限公司
2015年3月13日
技术方案目录
一、监测内容
二、监测系统实现的功能
三、产品技术特点
四、系统结构及组成说明（含电气结构图）
五、系统监测方法及工作原理
六、系统现场布置及安装说明
七、监测软件
八、技术指标、技术参数
九、系统软硬件配置清单
一、项目监测内容
巷道顶板离层在线监测
巷道顶板布置离层传感器，每隔50米布置一个围岩移动传感器，每个离层测点有两个位移基点，巷道共布置6个。
围岩移动传感器机械部分与电子部分一体化设计，电子部分可回收。
二、系统实现功能
1．井上计算机动态模拟显示监测参数、报警
监测服务器和客户端可实时显示监测点的数据和直方图，当监测数据超限时能自动声音报警并记录报警事件。
2．井下现场显示数据和报警
井下的压力监测分站、离层传感器可实时监测数据，能根据设定报警参数报警指示，通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。
3．监测数据自动记录存储
井上监测服务器能根据设置记录周期将数据存储到数据库，数据采用动态存储技术，数据库采用SQL海量数据库。
4.分站及接收系统后备存储功能，当通讯线路或计算机出现故障时自动启动后备存储.
5．连续监测曲线显示、分析
软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析。
6．监测数据综合专业化分析；
CMPSES监测分析软件综合了矿压理论数学模型，支持综合专业化数据分析。
●巷道顶板及围岩运动分析
●监测段顶板冒落综合预警
●多元参数关联分析及预警
7．历史数据查询及报表输出
历史数据时间区间查询，历史曲线查询和输出，统计分析，输出标准综合分析报表。
8．局、矿顶板动态监测网络功能
软件采用C/S+B/S结构，支持局域网、广域网客户端监测模式和Web用户浏览器模式数据共享。
9．GPRS群发短信报警（可选）
监测报警数据（事件）可通过GPRS公用无线数据网络群发到用户手机中（该项目用户可选择）。
三、KG216顶板动态监测系统得主要技术特点
KG216顶板动态监测系统是第一套专业用于全矿井矿压综合在线实时监测系统，该系统集成了专业化矿压监测理论和方法，实现了矿压监测的数字化和网络化。
该系统与将矿压传感器接入煤矿安全监控系统形成的顶板监测系统有本质的区别。
1.“KJ216煤矿顶板动态监测系统”产品获国家发明、实用新型5项专利：
1）实用新型专利：
“煤矿顶板动态监测系统”2007年1月申请，2009年6月授权。
专利号：
ZL200710013233.5。
2）发明专利：
煤矿顶板动态监测系统，2008年8月申请，2009年11月授权，专利号：
2008101387798。
3）实用新型专利：
“围岩离层监测报警仪”2004年3月申请，2005年3月授权，专利号：
ZL200420039443.3。
“多方位多功能围岩离层监测报警仪”。
4）实用新型专利：
“多方位围岩离层监测报警仪”2006年4月申请，2007年7月授权，专利号：
ZL200620083761.9。
5）外观设计专利：
围岩离层监测仪，2007年1月申请，2008年1月授权，专利号：
ZL200730013939.2。
2．该系统支持多个子系统和多元矿压参数监测，系统支持最多达16个独立采区（测区）的矿压监测，每个测区检测内容包括：
综采工作阻力、顶板离层、煤岩支撑应力、锚杆支护应力、充填体承载应力多元参数监测。
系统容量达1000个测点。
3．系统根据采场地质条件采用了两级总线设计，总线之间完全隔离，提高了系统环境适应性，与其他的煤矿安全监控系统有本质的区别。
4.传感器采用总线技术，监测分站最大可连接128个传感器，相比集散式（分站+模拟信号传感器）结构可靠性更高，成本更低。
5.系统数据传输支持多种传输模式：
1）以太环网总线传输模式；2）RDS电话线模式；3）单模光纤传输模式。
6.智能一体化监测分站和传感器，有微处理器控制，内置总线接口，具有现实的独立报警设置功能，监测分站带后备存储功能，可使用U盘读取存储数据。
7、监测分析软件采用矿压专家提出的数据分析处理思想，分析功能更具专业化，分析结果更具科学性，指导安全生产的效果更好。
四、监测系统结构及组成
（一）井上监测信息与报警网络
井上监测信息与报警网络包括：
1）数据接口（中心站）；2）监测服务器；3）矿井办公局域网和客户端（已建立）；3）GPRS数据收发单元和图文短信手机用户群。
如图1KG216B系统通讯接口可自动接收通讯线路传送的数据，通讯接口内置RDS收发器、NPORT以太网接口（联网服务器NPORT5150）、MWF光线收发器接口，接收单元自动侦测上位计算机的运行状态，当上位计算机退出工作时能自动备份数据，监测服务器恢复后自动上传存储数据，从而实现故障后备监测功能。
KJ216A/B系统的监测分析软件采用了SQLsever数据库和C/S+B/S结构，本系统监测分析软件CMPSES运行Windows2003server平台，支持Web模式访问。
井上
图1矿压在线监测系统井上部分组成
（二）矿压监测系统与矿井综合自动化系统联网方案补充说明
综合自动化网络建设的基本构架采用了内外和外网结构，内网为矿井工业千兆以太环网。
如图2所示。
顶板监测系统主站内置RS485接口，可与带串口（RS485）组件的交换机直接接入。
KJ216B监测系统关联设备KJJ12矿用本安型网关带有网口（RJ45）和光口（SC.S30-100），可与标准的环网交换机直接连接，接入地点可选就近环网交换机接入（例如采区变电所）。
监测系统接入矿井以太环网，监测服务器通过驱动软件虚拟的串口（COMX）读取井下监测主站传送的数据。
监测服务器须接入环网段，监测服务器配置了双网口。
监测服务器通过微软公司提供OPCserver接口或通过FTP传送方式连接到局域网（外网）服务器。
当使用OPCserver时，局域网的客户端和Web服务器可安装C/S和B/S版监测软件通过操作系统底层链接（OPC）获取矿井环网（内网）的监测数据；当使用FTP网络传送方式时，外网服务器端设定固定IP路径缓存文件（.TXT），监测软件（CMPSES）通过读取缓存文件获取监测数据。
目前KG216B系统已接入KJ95、KJ90等煤矿综合监控系统和信息集成应用已有20多个案例，取得了较好的应用效果。
图2井上联网方案
（二）井下部分
系统配置一个巷道的顶板动态监测系统。
监测系统预留接口保证矿井以后扩展多个测区的使用要求，系统可通过扩展通讯分机和传感器方法扩展测区。
考虑到井下采区的布局，井下系统结构如图3、4所示。
分别主要设备配置是：
1）矿用本安型监测主站KG216-Z1台
2）矿用本安型分站KG216-F21台
3）围岩移动传感器GYW3006台
（配套相应的电源及其它设备，详见设备清单）
井下的数据信号通过RDS-100接入到接收主机，接收主机将接收到的数据发送到监测服务器串口接收。
监测主站与下位通讯分站通过RS485总线电缆连接，与下位分站构成主从式系统结构。
通讯主站负责监测多个测区，通讯分站独立参数设置和运行，循环采集和显示每个监测点的数据，并能实时报警。
数据通讯分站通过总线巡测每个测点的数据，形成上下位主从通讯关系，当离层测点（传感器）收到主站的指令时中断采集过程将存储的数据发送到上位主站。
巷道顶板离层监测系统
GYW系列顶板离层（岩层移动传感器）可用于顶板或两帮的岩层移动监测，该传感器（监测仪）获3项国家专利：
围岩离层报警监测仪（实用新型专利）
ZL200420039443.3
多方位围岩离层报警仪（实用新型专利）
ZL200620083761.9
围岩离层检测仪（外观专利）
ZL200730013939.2
传感器采用组合式设计，方便用户的安装和回收复用。
传感器具有数字显示、报警、参数设置、485通讯功能。
如图4所示。
每个离层传感器配置了两个基点（深基点A，浅基点B），基点的安装深度根据顶板地质条件和选择的支护方式确定。
·
图4巷道顶板离层及监测硬件组成及布置图
五、系统工作原理与工作过程
1、巷道围岩移动（离层）监测
KG216-F2数据通讯分站连接巷道各顶板传感器和锚杆、索应力传感器，构成二级总线上下位监测关系，离层传感器与锚杆应力传感器共用一条总线连接，每个传感器有唯一的地址编码，通讯分站控制巡测每个传感器的数据，分站显示和存储数据并将数据发送到上位监测主站。
监测传感器采用智能一体化设计，每个传感器独立运行（供电状态），灯光出发显示数据，设置报警参数后能自动报警。
2、井下数据通讯系统
通讯主站与多台通讯分站构成上下位主从关系，主站与分站之间通过一级总线连接。
通讯分站固定设置地址编码，主站依次巡测每个分站，分站接收巡测指令后，将分站已经存储的数据帧发送到通讯主站。
通讯主站将每次巡测的数据通过主传输系统发送到井上接收主机。
主传输系统有三种接口：
方式1，RDS-100有线电缆通讯方式（电话线）；方式2，单模光纤通讯方式SC.S30-100（光纤1310um）；方式3，符合TCP/IP协议的以太环网通讯方式（光口或RJ45网口）。
以上传送方式均支持串行异步透明传送。
3、井上接收及数据处理系统
接收主机以上述三种方式之一接收到井下传送的数据，容错后直接发送到监测服务器，监测服务器安装CMPSES监测分析软件（C/S），将数据存储到数据库，并根据用户的要求进行不同的数据分析和报警。
局域网用户可安装或下载客户端软件，实现在线同步监测。
若局域网建立了Web服务器，可安装B/S监测软件，局域网或互联网用户可通过IE浏览器方式共享监测信息。
用户若选择了电话线或光纤通讯方式，井下的数据信号通过RDS-100或光纤收发器接入到接收主机，接收主机将接收到的数据发送到监测服务器串口接收。
若用户选择了以太环网通讯方式，监测主站可可通过内置NPORT接口接入环网，监测服务器可通过内部以太网卡（RJ-45）接入环网中，监测服务器直接从环网读取数据。
六、监测系统现场测点布置与安装
巷道顶板位移（离层）监测系统
如图4所示。
距切眼位置30米开始布置一个测点，每20个测点增加一台供电电源。
电源通过三通接线盒接入总线。
顶板离层传感器采用ф28mm钻孔（锚杆钻孔）安装，顶板钻孔深度不大于20米，允许钻孔倾角+30度。
每个传感器配套一个三通本安型接线盒，安装方法如图6。
建议议浅基点B的安装深度2.2m，深基点A的安装深度8.5m（供参考）。
图6离层传感器安装示意图
7、监测软件
KJ216A/B煤矿顶板动态监测系统
"KG216A/B煤矿顶板动态监测系统"主程序界面是用户使用的主要操作界面，此界面为用户提供该软件所有的功能和快捷控制选项。
通过简便、友好的操作界面，用户无需掌握丰富的专业知识即可轻松的使用该软件，如图7.1。
图7.1.1
用户的界面采用目前最主流的布局方式，由标题栏、菜单栏、工具栏以及辅助工具栏组成。
标题栏用于显示系统名称；菜单栏显示所有的功能模块，用户想实现某些功能时可打开相应菜单窗口实现；工具栏是为了方便用户直接点击快捷按钮进入相应的窗口无需点菜单栏及其下拉菜单；辅助工具栏代表用户维护的相关内容。
图7.1.2
功能模块的划分
该系统包括“服务器端”和“客户端”两种版本，“服务器端”多出系统设置以及在线监测模块中数据的接收与存储功能，“客户端”只是纯粹的显示、查询等功能，本帮助文档以“服务器端”版本为例介绍说明。
1.系统设置模块
a.矿井信息设置：
根据系统的要求，主要将矿井分为多个测区，每个测区仅对应一个串口，不同测区不能使用相同的串口。
一个测区包括一个或多个工作面和巷道。
b.系统参数设置：
以工作面或巷道为单位对象，设置安装在其范围内的硬件设施的参数。
c.通讯接口参数设置：
即PC机与硬件监测设备的数据传输纽带，具有向PC机传输数据以及存储数据的功能。
d.网络诊断：
反应每个测区对应串口的在线线路质量和历史线路质量。
e.OPC服务器：
OPC是为了连接数据源（OPC服务器）和数据的使用者（OPC应用程序）之间的软件接口标准，本软件提供OPC服务器，供OPC应用程序用户提供监测数据。
f.FTP服务器：
指将该系统的配置文件dev.txt以及数据文件rtdata.txt上传至用户的FTP服务器，供其使用。
g.移动介质传输：
当数据因断电等情况无法上传时，将主站的U盘数据导入系统，避免了数据丢失。
2.围岩移动模块
a.顶板离层监测：
实时显示顶板离层监测的数据并存储所有监测的数据，起到软硬件的桥梁作用，将各个模块配套的硬件设备的数据传至系统中，供分析使用。
b.顶板下沉监测：
实时显示顶板下沉监测的数据并存储所有监测的数据，起到软硬件的桥梁作用，将各个模块配套的硬件设备的数据传至系统中，供分析使用。
c.顶板数据查询：
查询实时采集时存储的历史数据，可以对历史数据根据不同的查询条件查询做相应的处理。
d.顶板曲线分析：
按照不同的选择条件绘制顶板离层\下沉数据在选定范围内的变化图。
e.围岩移动报表：
按照不同的选择条件统计传感器的顶板离层\下沉数据，并且可以修改报表的各项内容。
3.系统维护模块
a.软件注册：
为了保障系统软件的安全性及不可移植性，试用期为90天，试用期过后，用户为供应商提供激活码，供应商会根据激活码为用户提供唯一的注册码，然后用户凭借注册码为软件注册，软件注册后可以无限期使用。
b.用户管理：
该软件有“服务器端”和“客户端”两种模式，该模块主要设置两种模式下的用户信息。
c.数据库备份：
将数据库备份至指定的文件夹内。
d.数据库还原：
将数据库文件还原至SQLServer中，覆盖原来的数据库。
注意：
该功能没有集成到软件中，使用时请关闭软件，然后从软件的安装目录下打开“DBRestore.exe”，然后根据提示操作。
e.开机自动运行：
在停电等非正常关闭的情况下，电脑开机后软件会自动进入“综采在线监测模块”。
八、技术指标、参数
监测服务器操作系统:
Windows2003/5/7server
数据库平台：
SQLserver
网络平台：
局域网
1、系统综合技术指标
1）系统分站容量1——16（监测分站）
2）系统监测点数<1000
3）系统通讯距离<20km（电话线）
<30km（单模光纤）
4）系统巡测周期≤20S
5）传输接口RDS-100串行异步
NPORT以太网接口
MWF485单模光纤接口
6）通讯速率2400—57600BPS（出厂设置9600）
7）运行环境
环境温度：
0℃～40℃（井下）
平均相对湿度：
不大于75%（井上）；不大于95%（井下）
大气压力：
80kPa～106kPa
8）供电电源
a.地面设备交流电源
额定电压：
220V，允许偏差:
-10%～+10%；
谐波：
不大于5%；
频率：
50Hz；允许偏差±5%。
b.井下设备交流电源
额定电压：
127V，允许偏差:
-25%～+10%；
谐波：
不大于10%；
频率：
50Hz；允许偏差±5%。
2、矿用本安型监测主站
1）接入容量1——16点
2）显示方式LCD20*4（中文）LED背光
3）井上通讯方式RDS-1002400bp（井上通讯）
NPORT以太网接口
MWF485单模光纤接口
4）下位通讯RS4852400bps
5）通讯距离至井上接口25km
至下位分站10km
6）存储容量8M/（U盘读取）
7）电源波动范围DC12—18V（本安电源）150mA
8）防爆形式本质安全型Exibl
3、矿用本安型分站
1）接入传感器容量1——128（下位分站或传感器）
2）显示方式LCD20×4（中文）LED背光
3）通讯速率9600bps
4）通讯距离10km
5）传输方式异步全双工、半双工
6）电源DC18V（本安电源）150mA
7）防爆形式本质安全型Exibl
4、围岩移动传感器
1）安装深度1——20米
2）量程0——300/500mm
3）测量精度1.0%
4）测量分辨率±0.1mm
5）显示方式LED×4
6）电源DC7——18V6mA
7）通讯接口RS-485;红外Ir
8）传输方式：
异步全双工、半双工9600bps
5、KDW660/18B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源
1）额定供电电压：
AC127V/AC660V（变压器抽头）
2）电源电压波动范围：
额定供电电压的75%～110%
3）输入视在功率：
≤100VA
4）额定输出电压：
18V/0.95A
5）备用电源功能
备用电池组为C型4.5Ah、14.4V镍氢电池组，由12节标称容量4.5Ah、1.2V的C型镍氢可充电单体电池串联构成。
转换时间：
≤300ms
工作时间：
2h
最高充电电压：
16V～18V
放电终止电压：
11V～13V
6）外形尺寸及质量：
外形尺寸：
288×336×184mm
质量：
约25kg
7、KJJ12矿用本安型网关
1）工作电压：
DC12V
2）工作电流：
≤400mA
3）传输信号参数：
a）以太网光信号接口
①接口数量：
1路；
②传输方式：
TCP/IP光信号传输，波长为1310nm的单模光纤；
③接口类型：
SC
④传输速率：
10/100Mbps自适应；
⑤发射功率：
-15dBm～0dBm；
⑥接收灵敏度：
-30dBm；
⑦最大传输距离：
20km（使用MGXTSV型煤矿用阻燃单模光纤，光纤接点总数8个，其中热熔接点3个，冷熔接点3个，活动接点2个）。
b）以太网电信号接口
①接口数量：
1路；
②传输方式：
全双工TCP/IP电信号
③传输速率：
10/100Mbps自适应
④信号工作电压峰峰值：
1V-5V
⑤传输距离：
100m（使用MHYV4*2*1/0.97煤矿用聚乙烯护套通信电缆）
c）RS485传输接口（与KJ623-F矿用本安型地音监测分站）
①接口数量：
1个；
②传输方式：
半双工RS485信号；
③传输速率：
9600bps；
④接入容量：
1台
⑤通讯信号工作电压峰峰值：
2V～10V；
⑥最大传输距离：
3km（传输电缆MHYV1×4×7/0.28，单根导线截面积0.43mm2）。
九、顶板综合监测系统设备配置清单
单位：
元
（一）电话线传输方式：
序号
名称
型号
数量
单位
单价
总价
一
井上设备
1
监测服务器（工业计算机）
威达电
RACK-360
1
台
2
UPS电源
1000VA
1
台
3
激光打印机
HP1106
1
台
4
监测分析软件（B/S+C/S网络版）
CMPSES
1
套
0
0
5
矿用数据通讯接口
KJ216-J
1
台
6
故障诊断仪（矿用本安型手持采集器）
FCH2G/1
1
台
7
通讯防雷器
SR-E12V/2S
1
只
二
井下部分
1
矿用本安型监测主站（RDS）
KJ216-Z
1
台
2
矿用本安型分站
KJ216-F2
1
台
3
围岩移动传感器
GYW300
6
台
4
矿用隔爆兼本安型直流稳压电源
KDW660/18B
2
台
5
本安接线盒（三通）
JHH-3
15
只
6
本安接线盒（二通）
JHH-2
15
只
7
通讯电缆
MHYV
2500
米
合计
（二）光纤传输方式：
序号
名称
型号
数量
单位
单价
总价
一
井上设备
1
监测服务器（工业计算机）
威达电
RACK-360
1
台
2
UPS电源
1000VA
1
台
3
激光打印机
HP1106
1
台
4
监测分析软件（B/S+C/S网络版）
CMPSES
1
套
5
工业交换机
KOM300F-1S-SC-2T
1
台
6
故障诊断仪（矿用本安型手持采集器）
FCH2G/1
1
台
二
井下部分
1
矿用本安型监测主站（485）
KJ216-Z
1
台
2
矿用本安型网关（光纤）
KJJ12
1
台
3
矿用本安型分站
KJ216-F2
1
台
4
围岩移动传感器
GYW300
6
台
5
矿用隔爆兼本安型直流稳压电源
KDW660/18B
2
台
6
矿用隔爆兼本安型直流稳压电源
KDW660/12B
1
台
7
本安接线盒（三通）
JHH-3
15
只
8
本安接线盒（二通）
JHH-2
15
只
9
通讯电缆
MHYV
2500
米
合计
元
升级会员 