煤矿顶板动态(压力)监测系统.pdf

KJ216 煤矿顶板动态（压力）监测系统 KJ216 煤矿顶板动态（压力）监测系统 技 术 说 明 书 1 目目 录录 一、系统推广应用的基本条件 ........................................................................- 1 - 二、监测、分析内容........................................................................................- 2 - 三、系统实现目标............................................................................................- 3 - 四、顶板动态监测系统结构与组成.................................................................- 3 - 五、顶板动态监测系统主要技术指标.............................................................- 6 - - 1 - 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及潜在的危险性预测。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。 KJ216 煤矿顶板压力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。 一、系统推广应用的基本条件一、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 山东省尤洛卡自动化装备股份有限公司已推出了国内第一套专用于煤矿顶板动态监测的 系统，该系统已接入矿井局域网，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 B/S 结构监测分析软件，实现了局矿网络实时在线监测和分析。 4 山东省尤洛卡自动化装备股份有限公司与山东科技大学在煤矿顶板动态监测分析方法进 行密切合作，在多元参数的关联分析和解释方法上做了较深的研究。 - 2 - 二、监测、分析内容二、监测、分析内容 1、监测研究的主要内容 1）巷道监测 ①在巷道内主要通过离层位移传感器（KGE30）监测顶板离层位置、离层速度变化， 两帮内显著变形区域，用于判断顶板及两帮破坏范围，对巷道稳定性进行识别，对巷道所 处的安全等级进行评价。 ②采用锚杆载荷应力传感器KBY60通过对巷道顶板、 两帮锚固力以及锚固力沿着锚杆 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 ①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及参数提供基础。 ②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 板的适定性以及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及前移速度等，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、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 - 3 - 支护的稳定性和可靠性，或锚杆及支架的工作状态，或超前支承压力分布及转移特征等。 三、系统实现目标三、系统实现目标 1、 矿井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； ● 井下现场显示数据和报警； ● 监测数据自动记录存储； ● 连续监测曲线显示、分析； ● 历史数据查询及报表输出； ● 综合分析及顶板安全评估分析。 2、 局、矿顶板动态监测网络功能 ● 网络用户 Web 访问模式在线动态监测； ● 数据库数据信息共享； ● 综合分析及顶板安全评估分析； ● 监测日报网上报表； ● 重要事件的 GPRS 短信寻呼功能。 四、顶板动态监测系统结构与组成四、顶板动态监测系统结构与组成 煤矿顶板安全网络监测系统是以山东省尤洛卡自动化装备股份有限公司研制的 “KJ216 煤矿顶板动态监测系统”为基础进行开发。 “KJ216 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。 - 4 - 图 1 KJ216 顶板安全监测系统功能组成示意图 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，硬件结构使用统一的总线地址编码，系 统的实际布置上分站可以混合排列，监测服务器通过通讯协议区分数据类型。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．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；3）GPRS 数据收发单元和图文短信手机用户群。 井下监测网络通过井下的监测主站接入矿井工业以太环网交换机或电话通讯电缆将数 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。当选用电话通讯线路时将主站配置成 RDS（基带差分 传输） 通讯模式。 监测计算机网络系统 工作阻力 监测 顶板离层 监测 锚杆应力 监测 钻孔应力 监测 井上 井下 - 5 - 井上 监测服务器采用工业级 PC， 扩展了 RDS 数据接发通讯单元。 工业 PC 配置 Earthnet 以 太网网接口（RJ45）与局域网交换机连接。监测服务器获取井下以太环网 NPORT 接口监 测数据时需保证与环网相通的物理链路。 本系统监测分析软件 CMPSES 运行 Windows 2003 server 平台，数据库采用 SQL server，采用 C/S 和 B/S 结构，支持矿井局域网客户端模式和 Web 访问模式。 CMPSES监测分析软件支持GPRS/CDMA公用数据传输网络的图文短信群发信息和报 警功能。监测服务器连接 GPRS/CDMA 数据接发单元，根据软件的配置信息，授权的手机 用户可接收不同的数据信息和报警服务。报警信息分 2 级预警信息和紧急报警信息。 3．井下部分硬件组成 KJ216 顶板动态监测系统井下部分包括通讯主站、测区通讯分站、测区压力监测分 机、顶板离层监测传感器、锚杆/锚索应力监测传感器、钻孔应力传感器以及防爆型供电电 源和通讯电缆组成。 如图 3、4 所示。井下部分采用两级隔离 485 总线，通讯主站下位总线连接测区通讯分 GPRS 公用 数据网 Web 服务器 数据处理 PC 矿井局域网 井上 井下 井下顶板监测网络 图 2 KJ216 顶板动态监测系统井上部分组成图 监测服务器 GPRS 收发器 矿区广域网 - 6 - 站，最大可连接 16 个测区分站。测区通讯分站承担不同的监测功能，一般一台通讯分站负 责监测一个开采工作面及回采巷道，测区内总线连接压力分机、离层总线式传感器、锚杆 总线式传感器、钻孔应力总 线式传感器。每个通讯分站最大可连接 64 个监测站点（分 机或传感器） ，可满足国内大型矿井多采区布置的矿压监测需要。不同类型的监测站点采用 统一编码。通过通讯协议中的标志符区分参数类型。 通讯主站内置 RDS-100、PTS485、DE311 通讯接口，分别支持电话线、单膜光纤、以 太网（TCP/IP 协议）数据传输。井下通讯主站可通过电话线路、单模光纤或以太环网与井 上的监测服务器连接连接。 图图 3 顶板离层监测系统组成图（通讯线路传输方式）顶板离层监测系统组成图（通讯线路传输方式） 图图 4 顶板离层监测系统组成图（井下以太环网通讯方式）顶板离层监测系统组成图（井下以太环网通讯方式） 图图 5 工作面监测系统布置工作面监测系统布置 五、顶板动态监测系统主要技术指标五、顶板动态监测系统主要技术指标 监测服务器操作系统 Windows 2000 service sp4 数据库平台 SQL server 标准版 网络平台 局域网 1．系统综合技术指标 1）系统分站容量 116 （通讯分站） 2）系统监测点数 1000 3）系统通讯距离 20km 4）巡测周期 5 秒/分站 5）传输接口 RDS-100 串行异步 6）通讯速率 60019200BPS 2. 接收主机 1 输入通道 14 路 2）输入接口 RDS-100 3）输出接口 RS-232 - 7 - 4）显示方式 LCD 20*4 LED 背光 5）安全隔离方式 光电耦合（2500V） 6）缓存容量 32KB 7）电 源 AC 220V 0.1A 3．通讯主站 1） 站点容量 116 2） 显示方式 LCD 20*4 LED 背光 3） 通讯方式 RDS 2400bps 4） 通讯距离 5km 工作面 5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl 4、通讯分站 1） 站点容量 164 2） 显示方式 LCD 20*4 LED 背光 3） 通讯方式 RS-485 2400bps 4） 通讯距离 300m 工作面 5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl 5．压力监测分机 1）压力通道数 3 2）量程 060Mpa 3）精度 1.5 4 显示方式 LCD 20*4 LED 背光 5 通讯接口 RS485 2400bps 6 电源 DC18V （本安电源） 35mA 7）防爆形式 本质安全型 Exibl - 8 - 6、顶板离层传感器 1）安装深度 120 米 2）量程 0150mm 3 测量精度 1 4）电源 718V 6mA 5）输出 RS-485 串行 6）防爆形式 本质安全型 Exibl 7、锚杆应力检测传感器 1）量程 0250KN 2）测量精度 1 3）输出信号 0125mV 4）电源 718V 5）防爆形式 本质安全型 Exibl 8、钻孔应力传感器 1）安装范围 112m 2 量程 012.5 MPa 3）测量精度 2.5 4）输出信号 0125mV 5）电源 718V 6）防爆形式 本质安全型 Exib1 0 井上监测服务器 以太环网交换机 电话线 RS-485总线 通讯分站 顶板离层监测传感器 锚杆应力传感器 煤岩钻孔应力传感器 通讯分站 通讯分站 通讯分站 图 3 KJ216 煤矿顶板动态监测系统井下结构图 支架压力监测分站 0 井上 井下 3工作面 2工作面 1测区 通讯主站 通讯分站 通讯分站 通讯分站 离层传感器 图 4 KJ216 顶板动态监测报警系统以太环网联网结构图 矿井局域网 接收主机 工业以太光纤环网工业以太光纤环网 NPORT接口 PC 客户端 监测服务器 Web 服务器 0 50 米 1 电源 电源 离层、 锚杆测点 1 图 5 顶板动态监测系统采场测点布置示意图 工作面 电源 压力监测分机 钻孔应力测点 通讯分站 0 尤洛卡矿业安全工程股份有限公司 地 址山东省泰安市高新技术开发区凤祥路 销售电话0538-8926168 售后电话0538-8926180、400-6216-777 传 真0538-8926156 http// E-mailmail 邮 编271000