礦用全光纖數(shù)字化頂板動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

作者：能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái) 2019-10-09 08:12 來(lái)源：能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái)

導(dǎo)語(yǔ)

頂板災(zāi)害是煤礦五大災(zāi)害之首，實(shí)現(xiàn)煤礦頂板的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是有效預(yù)防頂板災(zāi)害的必要環(huán)節(jié)。本期由能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái)推薦的《礦用全光纖數(shù)字化頂板動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》，是基于光學(xué)原理，采用無(wú)源本安設(shè)計(jì)、專(zhuān)門(mén)針對(duì)煤礦頂板災(zāi)害研發(fā)的新一代在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)頂板離層、錨桿、錨索載荷、煤巖層應(yīng)力進(jìn)行多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)無(wú)分站，傳感器不帶電且具有極高的抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離傳輸和多參數(shù)綜合分析，研究形成了監(jiān)測(cè)與治理相結(jié)合的頂板綜合防治解決方案，最大限度的防止頂板事故發(fā)生。

一、系統(tǒng)概述

礦用全光纖數(shù)字化頂板動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于光學(xué)原理，采用無(wú)源本安設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)針對(duì)煤礦頂板災(zāi)害研發(fā)的新一代在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光纖傳感技術(shù)對(duì)頂板離層、錨桿、錨索載荷、煤巖層應(yīng)力進(jìn)行多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)主機(jī)采用多參數(shù)、大容量設(shè)計(jì)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板離層、錨桿(索)應(yīng)力及鉆孔應(yīng)力的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，傳感器均為光學(xué)無(wú)源本安型設(shè)計(jì)的光纖傳感器，具有極高的抗干擾能力。系統(tǒng)無(wú)分站，傳感器不帶電，可實(shí)現(xiàn)20km長(zhǎng)距離傳輸，多參數(shù)綜合分析，不僅及時(shí)準(zhǔn)確掌握頂板動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，還能為合理支護(hù)參數(shù)，解決支護(hù)不足或者過(guò)度支護(hù)問(wèn)題提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。大量程可視化離層(位移)傳感器為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)水平達(dá)到“國(guó)際先進(jìn)”水平。

系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D

二、系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

1.系統(tǒng)主機(jī)技術(shù)指標(biāo)

序號(hào)	項(xiàng)目	單位	參數(shù)
1	工作方式	/	連續(xù)監(jiān)測(cè)
2	顯示方式	/	液晶顯示
3	通訊端口	/	網(wǎng)口
4	傳感器接口	/	采用標(biāo)準(zhǔn)SC/APC接口
5	響應(yīng)時(shí)間	s	<30
6	傳輸距離	km	20
7	單通道容量	個(gè)	4
8	支持通道數(shù)	個(gè)	8/16/32
9	傳感器工作環(huán)境	℃	0～40
10	監(jiān)測(cè)儀供電	V	127/660/1140

2.光纖傳感器技術(shù)指標(biāo)

序號(hào)	項(xiàng)目	單位	參數(shù)
1	工作方式	/	連續(xù)監(jiān)測(cè)
2	顯示方式	/	液晶顯示
3	通訊端口	/	網(wǎng)口
4	傳感器接口	/	采用標(biāo)準(zhǔn)SC/APC接口
5	響應(yīng)時(shí)間	s	<30
6	傳輸距離	km	20
7	單通道容量	個(gè)	4
8	支持通道數(shù)	個(gè)	8/16/32
9	傳感器工作環(huán)境	℃	0～40
10	監(jiān)測(cè)儀供電	V	127/660/1140

三、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)顯示界面截圖

顯示功能：滿(mǎn)足多種類(lèi)型圖表、系統(tǒng)圖、曲線(xiàn)圖、棒圖等現(xiàn)實(shí)要求。

分析功能：滿(mǎn)足歷史趨勢(shì)顯示，對(duì)未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，提供檢修參考信息；

報(bào)警功能：可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定不同地點(diǎn)的頂板參數(shù)預(yù)警值、報(bào)警級(jí)別及地理位置名稱(chēng)；系統(tǒng)可設(shè)置聲音報(bào)警功能；

打印功能：具備各種報(bào)表的打印功能；

上傳功能：滿(mǎn)足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳，輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

自檢功能：系統(tǒng)中某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障，軟件自動(dòng)甄別出故障傳感器。

表格定制：滿(mǎn)足用戶(hù)可定制各種表格：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)報(bào)表、報(bào)警一覽表等。

查詢(xún)功能：滿(mǎn)足在系統(tǒng)圖上直接查詢(xún)?cè)O(shè)備信息、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)等。

四、系統(tǒng)解決的主要技術(shù)問(wèn)題

1.針對(duì)目前通用的機(jī)械式頂板離層儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的弊端，該系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化傳輸，實(shí)現(xiàn)了頂板動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理及報(bào)警功能；

2.與傳統(tǒng)的電子式頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，由于傳感器采用無(wú)源本安設(shè)計(jì)，具有較好的抗干擾能力，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)免受粉塵、頂板水及電磁干擾，系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠；

3.解決了傳統(tǒng)礦用光纖無(wú)源傳感器本地顯示難的問(wèn)題，系統(tǒng)傳感器實(shí)現(xiàn)井下就地?zé)o源實(shí)時(shí)顯示功能；

4.系統(tǒng)采用了全數(shù)字化光纖通訊技術(shù)，數(shù)字化架構(gòu)采用了C/S與B/S架構(gòu)相結(jié)合，系統(tǒng)主機(jī)以TCPIP通訊為主，以CAN、485總線(xiàn)通迅為輔助，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)覆蓋面廣，極大程度的減輕了安裝及維護(hù)的工作量。

五、系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1.系統(tǒng)從“傳感單元、監(jiān)測(cè)主機(jī)、服務(wù)器、云計(jì)算”整個(gè)鏈路層實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)解決了傳感器傳輸距離短、模擬信號(hào)易干擾、數(shù)據(jù)傳輸速度慢、分辨率低等問(wèn)題，系統(tǒng)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了無(wú)論井下集成還是地面軟件集成更簡(jiǎn)易，系統(tǒng)主流通訊協(xié)議采用當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議MODBUS/TCP協(xié)議，系統(tǒng)主機(jī)以TCPIP通訊為主，以CAN、485總線(xiàn)通訊為輔，符合智慧礦山及智能化建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，系統(tǒng)配備RJ45電口與光纖網(wǎng)口。

2.系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，兼容性及帶載能力強(qiáng)；與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)無(wú)需大量分站，僅僅依靠一臺(tái)光電解調(diào)主機(jī)通過(guò)光纜可連接160支光纖頂板離層、錨桿(索)應(yīng)力、鉆孔壓力等傳感器，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可覆蓋3-4個(gè)采掘工作面或者一個(gè)采區(qū)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式區(qū)域監(jiān)測(cè)。

3.系統(tǒng)傳感器基于光學(xué)原理，采取無(wú)源本安設(shè)計(jì)，大量程可視化離層(位移)傳感器量程達(dá)到500mm以上，是目前國(guó)內(nèi)量程最大的光學(xué)傳感器，解決了目前光纖傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地顯示和量程小問(wèn)題，傳感器設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，而且傳感器可重復(fù)利用。

4.系統(tǒng)利用光纖作為傳輸載體，通訊距離可達(dá)20km，解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易受干擾、傳輸距離短、分站供電隱患及防潮防水等問(wèn)題，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板的變化規(guī)律，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)早期隱患點(diǎn)的位置，對(duì)預(yù)防頂板災(zāi)害和保證工作人員安全具有重要意義。

5.首次將光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與全注漿錨索工藝有機(jī)結(jié)合，針對(duì)系統(tǒng)報(bào)警事件，及時(shí)采取注漿錨索治理措施，有效控制頂板沉降和破碎，監(jiān)測(cè)與治理相結(jié)合，形成一套完整的頂板綜合防治解決方案，最大限度的防止頂板事故發(fā)生。

六、應(yīng)用案例

該系統(tǒng)目前已在山東、河北、黑龍江等沖擊地壓礦井及千米深井推廣應(yīng)用，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板動(dòng)態(tài)，預(yù)防頂板事故起到了較好的監(jiān)測(cè)預(yù)警效果，同時(shí)為礦井合理確定支護(hù)參數(shù)，改革支護(hù)工藝，發(fā)揮了積極作用。

山東某千米深井監(jiān)測(cè)報(bào)警截圖：