淺談礦壓在線監測技術的應用

徐小航

（陽煤一礦采煤工區，山西 陽泉 045000）

一礦始建于一九五七年，到現在為止已經是一個56年的老礦了。同時面臨著資源匱乏，地質條件復雜等現狀，現在大多數的采煤工作面不可避免會出現順槽臨近采空區，回采期間工作面順槽受相鄰已采工作面采空區及本工作面采動的二次動壓影響，造成工作面壓力增大、巷道嚴重變形，給回采帶來很大的安全隱患，因此礦壓觀測尤為重要。傳統的礦壓觀測方法是通過手持儀表進行人工測量，從而取得必須的數據。人工測量存在多方面的問題：一方面，測量數據不準確，不是實時監測礦壓變化；另一方面，測量勞動強度大，從數據采集到整理都需要大量的人員和時間，而礦壓在線監測能夠很好的解決這一問題。

目前由于無線傳感器網低成本、低功耗、高容量、自組網、多功能等不同于其他無線網絡的特性，使得無線傳感器網絡在環境狀態監測，突發事件處理和移動目標跟蹤三大類應用中，具有傳統系統無可比擬的優勢。相對于其他煤礦壓力監測系統的不足，結合無線傳感器網絡的特點。采用無線傳感網絡的節點作為礦山壓力數據采集的終端，用無線方式將數據傳送到中心節點，中心節點再用有線通信方式將采集到的數據通過傳輸接口傳輸至地面的管理監控站，實現礦山壓力的實時監測監控。

1 礦壓在線監測系統的功能

1）井上計算機動態模擬顯示監測參數、報警；

2）井下現場數據顯示和報警；

3）井下數據可以實現工作面無線傳輸；

4）井下數據巷道局域網傳輸或者電話線傳輸；

5）監測數據在傳輸故障時候自動記錄存儲；

6）連續監測曲線顯示、分析；

7）監測數據綜合專業化分析；

8）歷史數據查詢及報表輸出；

9）頂板動態監測網絡功能。

2 礦壓監測系統具有以下技術特點

1）系統支持多個子系統和多元礦壓參數監測，系統支持最多達16個獨立采區（測區）的礦壓監測，每個測區內可兼容工作阻力、頂板離層、圍巖應力、錨桿支護應力、鉆孔應力多元參數監測。系統容量達1000個測點。

2）系統根據采場地質條件采用了兩級總線設計，總線之間完全隔離，工作面和巷道數據無線采集傳輸。

3）系統數據傳輸不但支持以太網總線傳輸模式，還具有LonWorks總線傳輸模式以方便與原礦監控系統兼容。

4）智能一體化監測傳感器，微處理器控制，具有現場獨立報警設置功能，電池供電，超低功耗設計，可連續工作一年以上。

5）監測傳感器內置無線傳輸模塊，實現工作面現場無線數據傳輸，使用方便，減少現場維護量。

3 回采工作面的礦壓無線監測

礦山壓力位移在線實時監測系統采用無線傳感器網絡無線通信方式傳輸數據，無需復雜的布線，且系統具有自由組網通訊及極強的抗干擾性。

3.1 礦壓監測系統的結構與組成

綜合數據監測系統主要由地面中心站監控主機和軟件、信息傳輸接口、通訊電纜、礦用隔爆兼本質安全型電源箱、井下具有無線傳輸功能的礦用本安分站、無線礦用本安型數字壓力計、圍巖移動傳感器及防雷柵等單元構成。

監控軟件對數據進行處理、顯示并進行打印，信息傳輸接口通過RS232接口與監控主機相連接；電源箱為井下監控基站提供本質安全型電源；井下具有無線傳輸功能的礦用本安分站進行無線雙向通訊，并將采集到的數據進行處理后通過傳輸線路上傳到地面中心站；監測數據通過無線礦用本安型數字壓力計傳送到具有無線傳輸功能的礦用本安分站。

3.2 礦用隔爆兼本質安全型電源箱

為井下基站及其傳感器提供本安電源，具有兩路本地斷電功能及備用電池供電功能。當交流電源停電時，后備電池可使基站連續工作2小時以上，單獨維持人員定位系統單個基站可達10小時以上。

3.3 有線、無線本安分站

該設備具有多通道、多制式的信號采集和通訊功能，能及時將監測到的各種環境參數、生產狀態、實時傳送給地面中心站。裝在井下工作面與巷道交叉口，可隨時根據采動需要調整安裝位置與無線數字壓力計進行雙向通訊，分站根據其信號確定其具體位置。它既可接收井上下達的命令數據，也可主動向地面中心站發送采集數據信號。 (同時可以用采集器采集數據。)

3.4 信息傳輸接口

該設備安裝于地面調度室，實現485和RS232之間的信號轉換。具備電源、工作狀態指示功能，接收井下基站發來的485通訊信號，并將該信號解調成RS-232C信號傳送給計算機，將地面計算機輸出的RS-232C信號經調制發送給井下基站。實現井上非本安通信信號與井下本安通信信號之間的電氣隔離。

4 監測人員的要求和職責

礦壓數據監測結果的科學與合理性，現場監測人員對礦壓儀器的操作熟練程及責任心至關重要。因此，礦方需要配備2～3名專門負責礦壓監測的工作人員協助課題組人員進行監測，并對礦壓監測人員特制定以下要求與職責：

（1）熟悉礦壓監測程序、內容，了解監測儀器、儀表的原理和操作過程。

（2）要求礦壓監測小組人員對監測工作認真負責，并具有礦壓方面的經驗。

（3）負責礦壓監測儀器、儀表的日常維護、保護。

（4）負責按時、按要求、高質量完成工作面及其兩巷現場數據采集工作，并記錄監測位置、將監測結果及時傳輸入計算機數據處理軟件庫。

（5）負責使用監測軟件將現場傳輸入數據及時處理，并打印報表備案、呈送領導。

（6）礦壓觀測小組發現監測數據異常情況時，應及時向有關負責人員匯報，以便決策及及時調整工作面相關參數。

總的來說礦壓觀測系統，成功的將計算機監測技術、數據通訊技術和傳感器技術融為一體，實現了復雜環境條件下對綜采支架的工作狀況的自動監測和分析，極大的降低了礦壓觀測的工作量，提高了觀測的準確性、連續性和長期性。此外它還具有安全、低能耗、安裝方便和可重復利用等特點，具有廣闊的應用前景和推廣價值。

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