淺談礦壓在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

徐小航

（陽(yáng)煤一礦采煤工區(qū)，山西 陽(yáng)泉 045000）

一礦始建于一九五七年，到現(xiàn)在為止已經(jīng)是一個(gè)56年的老礦了。同時(shí)面臨著資源匱乏，地質(zhì)條件復(fù)雜等現(xiàn)狀，現(xiàn)在大多數(shù)的采煤工作面不可避免會(huì)出現(xiàn)順槽臨近采空區(qū)，回采期間工作面順槽受相鄰已采工作面采空區(qū)及本工作面采動(dòng)的二次動(dòng)壓影響，造成工作面壓力增大、巷道嚴(yán)重變形，給回采帶來(lái)很大的安全隱患，因此礦壓觀測(cè)尤為重要。傳統(tǒng)的礦壓觀測(cè)方法是通過(guò)手持儀表進(jìn)行人工測(cè)量，從而取得必須的數(shù)據(jù)。人工測(cè)量存在多方面的問(wèn)題：一方面，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦壓變化；另一方面，測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度大，從數(shù)據(jù)采集到整理都需要大量的人員和時(shí)間，而礦壓在線監(jiān)測(cè)能夠很好的解決這一問(wèn)題。

目前由于無(wú)線傳感器網(wǎng)低成本、低功耗、高容量、自組網(wǎng)、多功能等不同于其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特性，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)，突發(fā)事件處理和移動(dòng)目標(biāo)跟蹤三大類應(yīng)用中，具有傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于其他煤礦壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)作為礦山壓力數(shù)據(jù)采集的終端，用無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)再用有線通信方式將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸接口傳輸至地面的管理監(jiān)控站，實(shí)現(xiàn)礦山壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

1 礦壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

1）井上計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)、報(bào)警；

2）井下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警；

3）井下數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)線傳輸；

4）井下數(shù)據(jù)巷道局域網(wǎng)傳輸或者電話線傳輸；

5）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸故障時(shí)候自動(dòng)記錄存儲(chǔ)；

6）連續(xù)監(jiān)測(cè)曲線顯示、分析；

7）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合專業(yè)化分析；

8）歷史數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表輸出；

9）頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)功能。

2 礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)

1）系統(tǒng)支持多個(gè)子系統(tǒng)和多元礦壓參數(shù)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)支持最多達(dá)16個(gè)獨(dú)立采區(qū)（測(cè)區(qū)）的礦壓監(jiān)測(cè)，每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)可兼容工作阻力、頂板離層、圍巖應(yīng)力、錨桿支護(hù)應(yīng)力、鉆孔應(yīng)力多元參數(shù)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)容量達(dá)1000個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2）系統(tǒng)根據(jù)采場(chǎng)地質(zhì)條件采用了兩級(jí)總線設(shè)計(jì)，總線之間完全隔離，工作面和巷道數(shù)據(jù)無(wú)線采集傳輸。

3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸不但支持以太網(wǎng)總線傳輸模式，還具有LonWorks總線傳輸模式以方便與原礦監(jiān)控系統(tǒng)兼容。

4）智能一體化監(jiān)測(cè)傳感器，微處理器控制，具有現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立報(bào)警設(shè)置功能，電池供電，超低功耗設(shè)計(jì)，可連續(xù)工作一年以上。

5）監(jiān)測(cè)傳感器內(nèi)置無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)工作面現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，使用方便，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。

3 回采工作面的礦壓無(wú)線監(jiān)測(cè)

礦山壓力位移在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需復(fù)雜的布線，且系統(tǒng)具有自由組網(wǎng)通訊及極強(qiáng)的抗干擾性。

3.1 礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由地面中心站監(jiān)控主機(jī)和軟件、信息傳輸接口、通訊電纜、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱、井下具有無(wú)線傳輸功能的礦用本安分站、無(wú)線礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)、圍巖移動(dòng)傳感器及防雷柵等單元構(gòu)成。

監(jiān)控軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示并進(jìn)行打印，信息傳輸接口通過(guò)RS232接口與監(jiān)控主機(jī)相連接；電源箱為井下監(jiān)控基站提供本質(zhì)安全型電源；井下具有無(wú)線傳輸功能的礦用本安分站進(jìn)行無(wú)線雙向通訊，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過(guò)傳輸線路上傳到地面中心站；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)傳送到具有無(wú)線傳輸功能的礦用本安分站。

3.2 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱

為井下基站及其傳感器提供本安電源，具有兩路本地?cái)嚯姽δ芗皞溆秒姵毓╇姽δ?。?dāng)交流電源停電時(shí)，后備電池可使基站連續(xù)工作2小時(shí)以上，單獨(dú)維持人員定位系統(tǒng)單個(gè)基站可達(dá)10小時(shí)以上。

3.3 有線、無(wú)線本安分站

該設(shè)備具有多通道、多制式的信號(hào)采集和通訊功能，能及時(shí)將監(jiān)測(cè)到的各種環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)、實(shí)時(shí)傳送給地面中心站。裝在井下工作面與巷道交叉口，可隨時(shí)根據(jù)采動(dòng)需要調(diào)整安裝位置與無(wú)線數(shù)字壓力計(jì)進(jìn)行雙向通訊，分站根據(jù)其信號(hào)確定其具體位置。它既可接收井上下達(dá)的命令數(shù)據(jù)，也可主動(dòng)向地面中心站發(fā)送采集數(shù)據(jù)信號(hào)。 (同時(shí)可以用采集器采集數(shù)據(jù)。)

3.4 信息傳輸接口

該設(shè)備安裝于地面調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)485和RS232之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換。具備電源、工作狀態(tài)指示功能，接收井下基站發(fā)來(lái)的485通訊信號(hào)，并將該信號(hào)解調(diào)成RS-232C信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，將地面計(jì)算機(jī)輸出的RS-232C信號(hào)經(jīng)調(diào)制發(fā)送給井下基站。實(shí)現(xiàn)井上非本安通信信號(hào)與井下本安通信信號(hào)之間的電氣隔離。

4 監(jiān)測(cè)人員的要求和職責(zé)

礦壓數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的科學(xué)與合理性，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員對(duì)礦壓儀器的操作熟練程及責(zé)任心至關(guān)重要。因此，礦方需要配備2～3名專門(mén)負(fù)責(zé)礦壓監(jiān)測(cè)的工作人員協(xié)助課題組人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)人員特制定以下要求與職責(zé)：

（1）熟悉礦壓監(jiān)測(cè)程序、內(nèi)容，了解監(jiān)測(cè)儀器、儀表的原理和操作過(guò)程。

（2）要求礦壓監(jiān)測(cè)小組人員對(duì)監(jiān)測(cè)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，并具有礦壓方面的經(jīng)驗(yàn)。

（3）負(fù)責(zé)礦壓監(jiān)測(cè)儀器、儀表的日常維護(hù)、保護(hù)。

（4）負(fù)責(zé)按時(shí)、按要求、高質(zhì)量完成工作面及其兩巷現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作，并記錄監(jiān)測(cè)位置、將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)傳輸入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件庫(kù)。

（5）負(fù)責(zé)使用監(jiān)測(cè)軟件將現(xiàn)場(chǎng)傳輸入數(shù)據(jù)及時(shí)處理，并打印報(bào)表備案、呈送領(lǐng)導(dǎo)。

（6）礦壓觀測(cè)小組發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)向有關(guān)負(fù)責(zé)人員匯報(bào)，以便決策及及時(shí)調(diào)整工作面相關(guān)參數(shù)。

總的來(lái)說(shuō)礦壓觀測(cè)系統(tǒng)，成功的將計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下對(duì)綜采支架的工作狀況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析，極大的降低了礦壓觀測(cè)的工作量，提高了觀測(cè)的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和長(zhǎng)期性。此外它還具有安全、低能耗、安裝方便和可重復(fù)利用等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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