中煤平朔公司东坡矿顶板综合在线监测系统(090507).doc

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1、中煤平朔公司东坡矿综采工作面及掘金巷道顶板综合在线监测系统技术说明书山东省尤洛卡自动化装备股份有限公司山东科技大学煤矿灾害监测工程技术研究中心2009年5月7日一、东坡煤矿井下开采条件1、 工作面的地质资料1） 工作面采煤方法？ 综采放顶煤 2） 工作面长度、走向长度？ 200m. 1000m（约） 3） 采高 采 m 4） 直接顶厚度、老顶厚度？ 直接顶 m 老顶 m 5） 顶板岩性？ 砂岩，泥岩 。2、 掘进巷道的支护参数1） 巷道类别（掘进、回采）、支护形式？回采，锚网，钢筋梁，锚索联合支护2） 锚杆、锚索的支护密度（间距、排距）？间距 m 排距： m 3） 锚杆、锚索的长度？ 锚杆 m

2、 ，锚索 4） 巷道高度？ m 5） 巷道长度？ 1000 m （平均） 3、 工作面采掘位置平面图（草图）要求有相对位置、距离。4、 矿井主通讯系统形式（通讯电缆、光纤、以太网）？ 通讯电缆 5、 井上信息管理计算机网络（局域网）是否建立？ 是 6、 Web服务器是，否建立？ 二、 建立顶板动态在线监测系统主要目的、意义l 通过实时监测和数据采集，提高矿压监测信息获取的实时性。l 在线监测系统的实施，可以更完整、准确地反映顶板运动的规律和特征。l 在线监测系统可实现矿压参数的多元同步采集。l 在线监测系统具备了实时报警、事件报警和综合预警功能。l 在线监测系统可通过监测服务器方便地接入矿井综

3、合自动化平台，实现矿压监测信息的网络共享。 三、 顶板参数在线监测技术说明 1回采工作面支护阻力监测支护阻力指工作面支架或支柱的工作阻力，即顶板对支护设备的作用强度，通过监测支架的工作阻力，分析顶板的周期来压规律，为工作面的安全高效生产提供决策依据。工作面支护阻力监测意义主要表现在以下几个方面：l 确定顶板周期来压得步距和强度；l 分析和验证支架对顶板条件的适应性；l 掩护式支架合理接顶状态的调整；l 预测可能的顶板事故；l 监测支架液压系统的故障率，便于系统维护；l 为领导提供可靠的信息，便于正确的指导生产。 2煤矿采场及巷道顶板离层监测 用于回采或掘进巷道顶板动态监测普遍采用离层检测方法，

4、主要监测巷道围岩和顶板的松动离层，通过顶板离层传感器监测顶板内不同基点的相对位移量。顶板离层是矿压作用最直接的宏观显现，由于锚网巷道支护特点离层显现不容易从巷道的表面表现出来，这也是锚网巷道容易突发冒顶事故的主要原因。通过在巷道顶板安装顶板离层传感器，并且实现实时监测，能动态的掌握顶板运动过程，对可能发生的顶板事故提前预警。 煤矿巷道采用锚网支护，除了其高效、经济性好有利的因素，其不确定的不利因素较多。例如：巷道顶板构造的差异性，对支护参数的确定影响；锚杆或锚索施工质量对支护效果的影响；工作面回采过程中超前支撑应力对支护稳定性的影响等。这些因素的影响，在锚网支护中宏观上矿压显现不明显。顶板离层

5、监测意义主要表现在以下几个方面：l 能实时的掌握顶板的运动规律，预测和预警危险的发生。l 通过离层位移传感器（KGE30）监测顶板离层位置、离层速度变 化，用于确定两帮内显著变形区域，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。l 通过监测数据分析巷道支护参数的合理性。 3锚网巷道锚杆、锚索支护应力监测通过对锚网巷道锚杆或锚索的支护应力监测，可以反映出锚杆的初始锚固力、锚杆受力的变化状态和变化规律，有助于分析掘进巷道支护稳定过程，评价巷道施工工程质量，分析回采巷道工作面推进过程外应力场作用对锚网巷道的影响以及评价锚网支护的效果。锚杆支护应力监测可与顶板离层监测形

6、成对比关联分析，确定针对顶板条件支护参数设计的合理性，对锚网支护潜在的顶板危险因素进行预测。 四、东坡矿顶板在线监测内容l 综采工作面综采支架工作阻力在线监测；l 掘进巷道顶板离层在线监测、报警；l 掘进巷道的锚杆、锚索支护应力在线监测、报警。 以上系统建立是基于KJ216顶板动态监测系统硬件平台实现，该系统可采用扩充分机和传感器的方法扩充测区，可组成全矿井多个工作面和多条巷道多元参数的综合矿压监测系统。五、监测系统可以实现以下功能 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

7、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，形成历史数据。4）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。5）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。l 工作面支架循环工作阻力分析l 测线（或上、中、下部）顶板运动规律分析l 工作面顶板压力分布分析l 支架液压系统故障诊断 l 工作面周期来压步距、强度分析等 l 巷道顶板及围岩运动分析l 巷道支护

8、应力变化分析l 监测段顶板冒落综合预警l 多元参数关联分析及预警6）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。7）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。8）GPRS群发短信报警 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 六、KJ216顶板动态监测系统得主要技术特点 1）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，每个测区内可兼容工作阻力、顶板离层、煤岩支撑应力、锚杆支护应力、充填体承载应力多

9、元参数监测。系统容量达1000个测点。 2）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。3）系统数据传输支持多种传输模式：1）RDS 电话线模式；2）单模光纤传输模式；3）以太环网总线传输模式。RDS通讯技术采用了基带式隔离传送方式和平衡式浮地通讯技术，可在电话通讯高噪声环境中，同缆稳定传输20km，不需要专门敷设电缆，可构成最经济的监测系统。4）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。5）系统硬件采用开放性接口协议具有良好的扩充性，用户可根据需求灵活配置。软件采用OPC网络

10、接口与大多数监控系统兼容。6）系统嵌入故障诊断软件，自动诊断系统硬件故障，若联外网可实现远程在线诊断服务。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。七、矿压综合在线监测系统的结构与组成 监测系统包括井上和井下两部分组成。（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。 KJ216系统接收单元可自动接收通讯线路传送的数据，接收主机（接口）内置RDS收发器、NPORT以太网接口、MWF光线收发器接口，用户可选择其一通讯方式，接收单元自动侦

11、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。正常接收状态时接收单元将数据容错后发送到监测服务器，监测服务器软件从COM端口读取数据。 井上接收主机（通讯接口）采用智能一体化结构，能自动侦测监测服务器的工作，当监测服务器退出工作后能自动存储监测数据，待监测服务器回复后自动上传存储数据，从而实现故障后备监测功能。 对于已经建立了局域网平台，网络用户可以通过局域网平台共享监测系统服务器B/S软件发布的信息。KJ216系统的监测分析软件采用了SQL sever数据库和C/S+B/S结构，支持Web模式访问。监测服务器连接到监控内网，监测软件提供OPC服务器接口或标准数据文件接入办公自

12、动化网络。生产管理网络用户可安装客户端（C/S）实现在线实时监测。管理层用户共享监测服务器发布的数据信息。 本矿已经建立的井下以太环网，监测服务器可直接接入环网网段，监测服务器可通过虚拟串口读井下监测数据（井下主站通过NPORT接口接入环网）。 对于已经建立了局域网平台，网络用户可以通过局域网平台共享监测系统服务器B/S软件发布的信息。KJ216系统的监测分析软件采用了SQL sever数据库和C/S+B/S结构，支持Web模式访问。监测服务器连接到监控内网，监测软件提供OPC服务器接口或标准数据文件（符合KJ95系统标准）接入办公自动化网络。生产管理网络用户可安装客户端（C/S）实现在线实时

13、监测。管理层用户共享监测服务器发布的数据信息。 矿区广域网 井上管理网络数据处理PCCRSSIP服务信息平台 Web 服务器GPRS公用数据网矿井局域网OPC接口监测服务器GPRS 收发器UFAQI 工业以太网（内网）通讯接口井上 井下顶板监测网络井下图1 朔州煤业东坡矿顶板动态监测系统井上部分 （二） 井下部分 根据矿方提供的开采基本情况，建议系统配置一个采煤工作面，4条掘进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，建议井下设1台通讯主站、6台数据通讯分站，井下系统结构如图2所示。分别主要设

14、备配置是： 数据通讯主站 M01 1台 监测通讯分站F01F06 6台 综采压力监测分站（含传感器 3通道） 15台 顶板离层监测传感器 80只 锚杆应力监测传感器 80只 （配套响应的电源及其它，详见设备清单）KJ216系统接收单元可自动接收通讯线路传送的数据，接收主机（接口）内置RDS收发器、NPORT以太网接口、MWF光线收发器接口，用户可选择其一通讯方式，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。正常接收状态时接收单元将数据容错后发送到监测服务器，监测服务器软件从COM端口读取数据。 若本矿已经建立的井下以太环网，监测服务器可直接接入环网网段，监测服务

15、器可通过虚拟串口读井下监测数据（井下主站通过NPORT接口接入环网）。对于没有建立矿井以太环网的用户，监测主站内置RDS通讯接口可以接入电话通讯线路，在高电磁噪声环境中可靠地将数据传送20km至井上接收主机。通讯主站负责监测多个测区，通讯主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。1综采工作面工作阻力在线监测子系统 工作面设计安装15台压力监测分机，每台压力分机监测一组支架。压力分机采用一体化设计，集监测、显示、总线接口、传感器于

16、一体，传感器根据工作面条件设计（专利号：ZL 92 2 19348.7），能抗强顶板断裂引起的压力冲击。传感器通道通过高压油管与支架的高压腔连接。压力分机采用一体化结构的优点是：工作面内的地质条件复杂，传感器与压力分机一体化结构避免了分机与传感器之间电缆的损坏，提高了系统得可靠性。2. 巷道顶板离层监测系统根据煤矿安全规程的要求，结合本矿的顶板地质条件，建议每隔50m安装一个测点（传感器），每条巷道配置20个测点，4条巷道共配置80个测点（传感器），传感器可回收复用至其他巷道。顶板离层监测和锚杆应力监测可共用一条监测线路。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

17、板地质条件和选择的支护方式确定。回采进风巷道出口各设置一台通讯分站，每条巷道需2台本安型电源供电。3. 掘进巷道锚杆、锚索支护应力监测锚杆应力监测按50m一个测点布置，测点可与顶板离层测点相邻安装。根据矿方提供的技术条件要求，共需布置80个测点。 锚杆应力监测与顶板离层监测共用一条监测线路。八 监测系统现场测点布置与安装1、工作面支架工作阻力监测系统如图3所示。综采工作面安装15台压力监测分机，按均匀布置，每隔810架布置一台压力监测分机，分机固定安装在支架的顶梁下面，工作面通讯电缆采用吊挂式安装，压力分机的1、2 压力通道采用KJ1-10高压油管与综采支架的左右立柱连接，第3通道与支架平衡千

18、斤顶或前探梁油缸连接。综采通讯分站安装在开关列车上，通讯分站通过一条防护式电缆与工作面压力监测分机连接，工作面推进时通讯分站及电源、电缆随开关列车一起移动。2、巷道顶板离层监测系统顶板离层传感器采用28mm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。每个钻孔应力传感器配套一个4通本安型接线盒，安装方法如图4。议浅基点B的安装深度2.5m，深基点A的安装深度8.5m（供参考）。深基点顶板浅基点电缆传感器接线盒煤矿巷道 图 4 离层传感器安装示意图3、巷道锚杆支护应力监测系统 锚杆应力监测测点的安装方法如图5所示。锚杆应力传感器适用于端锚的金属锚杆或锚索的安装。锚杆/锚索

19、应力传感器采用穿孔式固定安装安装，最大穿孔直径26mm，导向盘的穿孔直径依锚杆或锚索的直径确定（用户订货时说明）。锚杆传感器安装锚杆的托盘和紧固螺母之间，传感器安装时要注意居中，偏离中心安装时会造成一定的测量误差。建议锚杆/锚索传感器在巷道掘进过程中安装，若在回采巷道锚杆上安装传感器时，要注意局部顶板安全。传感器电缆接线盒煤矿巷道 图5 锚杆/锚索传感器安装示意图井上电话线综采工作阻力监测通讯分站F01ZM01P15 P11127V通讯主站压力监测分机127V掘进巷道顶板监测F02LM离层、锚杆通讯分站 锚杆20测点离层20测点127V图例：接线盒其他巷道通讯分站（F03LF05L）离层传感器

20、锚杆传感器本安型电源图2 东坡矿顶板动态（矿压）在线监测系统 井下部分结构图 监测主站井上 通讯分站电源127V电源四芯电缆压力监测分机_工作面离层测点20掘进巷道锚杆测点接线盒50m1202电源图3 东坡煤矿回采工作面及巷道测点布置示意图九、顶板动态监测系统主要技术指标监测服务器操作系统 : Windows 2003 server 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 10003）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 600192

21、00BPS2. 接收主机 1) 输入通道 14路2）输入接口 RDS-100 3）输出接口 RS-2324）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 32KB7）电 源 AC 220V 0.1A 3通讯主站1） 站点容量 1162） 显示方式 LCD 20*4 LED背光3） 通讯方式 RDS 2400bps 4） 通讯距离 10km (工作面) ;25Km(井上)5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl4、通讯分站 1） 站点容量 1642） 显示方式 LCD 20*4 LED背光3） 通讯方式

22、RS-485 2400bps 4） 通讯距离 5000m (工作面) 5） 电源 DC18V （本安电源）150 mA 6）防爆形式 本质安全型 Exibl5、顶板离层传感器 1）安装深度 120米2）量程 0300mm3) 测量精度 1%4）电源 718V 6mA5）输出 RS-485 串行6）防爆形式 本质安全型 Exibl6、锚杆应力检测传感器 1）量程 0300KN 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 十、设备配置清单 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 （与掘进监测共用）联想天工 1台3UPS电源

23、 （与掘进监测共用）1000VA1台4通讯防雷器 （与掘进监测共用）TVS-12V2 只 5通讯接口 （与掘进监测共用） KJ216-J1 台6GPRS报警模块 （与掘进监测共用） CMP-ALM1套7监测分析软件 （B/S+C/S网络版）CMPSES1套8故障诊断仪 （与掘进监测共用）FCH321台送二井下部分(一个综采面、4条掘进巷道)1监测主站 KJ216-Z1台2通讯分站KJF7053压力监测分机KJ216-F15台4顶板离层监测传感器KGE3080台5锚杆应力监测传感器YHY60(A)80台6电缆转接器MKZ-710只7防爆电源KDW289台8防护通讯电缆20m(带接头)MHYBV18根9防护通讯电缆30m(带接头)MHYBV6根10本安接线盒（四通）JHH-485只 11本安接线盒（二通）JHH-215只 12防爆电源KDW287台13通讯电缆MHYBVR7000米 合 计