煤矿顶板压力监测系统的设计与应用

煤矿顶板压力监测系统的设计与应用

煤矿顶板压力监测系统是基于以太网平台建立的可实现矿井矿压在线监测的系统。系统以计算机网络为主体,由井下和井上两大部分组成,进行顶板离层参数监测、巷道锚杆支护应力监测。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。

标签：煤矿顶板压力监测系统; 设计; 应用

一、概况

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的转移,顶板安全等问题越来越凸现,主要体现在以锚杆支护为主要形式的巷道稳定性。现有支护参数的安全系数需要监测手段进行评估及潜在的危险性预测,而这些往往由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,建立煤矿顶板压力监测系统,可实现矿井矿压在线综合监测,实现矿压监测的自动化和信息共享,对促使煤矿安全上一新台阶具有实际意义,在煤矿中具有重要的推广应用价值。

二、系统推广应用的基本条件

1、建立计算机局域网络平台,硬件资源是实现顶板安全监测系统的前提条件。

2、用于煤矿顶板监测的系统接入矿井局域网,实现煤矿顶板压力在线实时网络监测。监测内容包括:顶板离层参数监测、巷道锚杆支护应力监测。

3、应用以上系统的监测分析软件,实现网络实时在线监测和分析。

三、系统特点

监测系统采用新型单片微型计算机技术和现场总线技术。一体化传感器、变送器的采用,集数据采集、处理、通讯、显示、报警于一体。一台主机最大可连接多达25只传感器,由于采用了总线技术,测量系统内只用一条信号电缆将所有测点的传感器连接起来。该配置可以完成自动检测、显示、参数设定、自动校零、存储和打印功能。

四、监测、分析内容

1、监测研究的主要内容

(1) 在巷道内主要通过离层位移传感器监测顶板离层位置、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,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、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、经济上最省的布点方式,给出针对不同类型围岩的布点方式、布点参数、测点间距等。

(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。

五、系统实现目标

1、矿井顶板动态监测系统可以实现的功能

1) 井上计算机动态显示监测参数、报警;

2) 井下现场显示数据和报警;

3) 监测数据自动记录存储;

4) 连续监测曲线显示、分析;

5) 历史数据查询及报表输出;

6) 综合分析及顶板安全评估分析。

2、顶板动态监测网络功能

1) 网络用户Web访问模式在线动态监测;

2) 数据库数据信息共享;

3) 综合分析及顶板安全评估分析;

4) 监测日报网上报表;

5) 重要事件的GPRS短信寻呼功能。

六、顶板动态监测系统结构与组成

煤矿顶板压力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:围岩离层运动检测、锚杆载荷应力检测。

1、系统的组成

监测系统由井下和井上两大部分组成,如图一所示。监测系统由不同监测功能的子系统组成,监测子系统从功能上加以区分,系统的实际布置上分站可以混合排列。井上检测服务器(计算机)可接入局域网络,支持网络在线监测和信息共享。

2、系统硬件网络结构

如图二所示。通讯主站与测区通讯分站连接,最大可连接8个测区分站,每个通讯分站可连接离层总线式传感器、锚杆总线式传感器。每个通讯分站最大可连接64个监测站点(分机或传感器),可满足矿井多采区布置的矿压监测需要。通讯主站内置数据转换接口,分别支持电话线、单模光纤、以太网数据传输。井下通讯主站可通过电话线路与井上的监测主机连接,监测主机连接监测服务器,监测服务器接入矿井局域网。

七、矿井顶板动态监测系统硬件

矿井可建立多个工作面的顶板压力监测系统,在每个测区(工作面)设一台通讯分站,通讯分站管理工作面巷道的离层检测、锚杆应力监测。根据实际需要可选择一个或多个监测子系统。井下设一通讯主站,通讯主站与通讯分站之间使用通讯电缆连接,通讯主站通过电话线将数据传送到井上接收主机。

八、顶板压力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1—16(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600—19200BPS

2、接收主机

1) 输入通道1—4路

2)输入接口RDS-100

3)输出接口RS-232

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1—16

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1—64