矿用监测系统

本厂承接各种电子产品合作开发，并经营：

一．煤矿顶板动态在线检测系统（矿压，离层，锚杆，钻孔应力。）

二．单体液压支柱密封质量检测系统

三．顶板离层报警在线检测系统。

四．矿井水文在线检测系统。（远程无线摇测）

五．矿用水泵在线检测系统。

六．矿用风机在线检测系统。

七．（1—4通道）矿压表，离层仪。

本厂以同行业Zui优惠的价格，产品质量Zui硬，Zui周到的服务迎接全国各地方朋友联系洽谈。

联系人：孟红磊电话：

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供矿用：顶板动态，单体支柱密封，水文，水泵，风机等在线检测系统。

矿顶板动态综合在线监测系统

技术方案

第一部分

顶板动态监测系统技术说明

一、概述

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。随着近年来生产能力的提高、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。锚网支护受顶板地质条件潜在因素的影响，支护参数设计上带有一定盲目性；锚网施工质量对巷道支护安全影响较大，锚网巷道顶板矿压作用的显现不明显。需要监测手段进行评估及潜在的危险性预测。二是回采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，这是顶板安全管理不到位的主要原因。因此，着眼于国内研究的前列，充分利用现有矿井通讯系统资源，建立煤矿顶板安全监测及预警系统，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。

煤矿顶板安全监测系统是利用矿区或矿井已经建立通讯网络和计算机网络平台，将生产矿井顶板动态参数传输到井上的计算机监测网络，借助监测分析软件实现在线监测和报警。通过矿区局域网组成矿务局级监测网络，实现顶板安全监测的自动化和信息化。

二、煤矿顶板安全监测内容及目的意义

煤矿顶板安全监测主要是基于煤矿矿压参数的监测，包括以下四个方面：

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，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Zui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。

4．超前煤岩支撑应力监测

受采动影响采场上覆岩层的运动诱发的应力作用是造成巷道变形、顶板冒落甚至发生冲击地压的主要原因。覆岩运动作用的显现是煤岩支撑应力的变化。通过在开采倾斜方向水平按一定深度布置钻孔，在钻孔中安装应力监测传感器，可以连续监测钻孔应力的相对变化。

通过一定数量的钻孔应力传感器监测的数据，可以确定才动影响的外应力场作用的范围、强度和运动方向，为巷道超前支护、冲击地压防治的卸压措施实施提供数据依据，做到有的放矢。

钻孔应力监测也可以用于采场预留煤柱的承载力监测，用于合理确定预留煤柱的大小。

煤岩支撑应力监测也可以用于采空区充填体承载应力监测，充填体应力监测是评价充填效果的重要指标。充填应力监测可以监测和分析充填体形成的密实度，承载应力的随顶板垮落的的变化规律等。

三、监测系统工作原理及检测方法

（一）矿压参数的检测方法

1、工作阻力监测

工作面顶板支护的基本手段是液压支架或单体液压支柱，乳化液为压力传递介质，支架或支柱的对顶板的支撑能力称为支护阻力，支护阻力反映了顶板对支护设备的作用强度，顶板的压力作用可通过支架或支柱内腔的介质压力显现出来。液压压力的测量是很经典的测量方式，方法也很多，本系统采用了电阻应变式测量方法实现。

电阻应变式传感器具有结构简单、体积小、响应频率高、易进行结构设计等优点在压力测量领域得到广泛的应用。

综采压力监测分站采用了传感器、数据采集电路、显示电路和数据通讯接口一体化。能自动采集数据并自动判断初撑力、Zui大工作阻力，显示各通道的数据。

2、顶板离层监测原理

顶板离层传感器采用基点位移测量方法，在顶板上打一钻孔，在钻孔内布置两组基点，当顶板发生运动时，基点的位置也发生变化，基点由钢丝绳牵引传感器内的机械部件运动，传递出电压信号。基点的运动属直线位移的变化，传感器的机械结构将位移的运动转换成角位移的旋转运动，旋转部件连接觉位移传感器，觉位移传感器输出与角度比例对应的电压信号。电压信号被单片电路采集转换，显示数据并通过总线接口将数据发送到上位分站。

顶板离层传感器采用一体化结构，内置单片机数据采集电路、显示电路和通讯接口，自动采集数据并处理，可通过红外接口设定参数，当监测数据超过设定报警阈值时能自动声光报警。

3、锚杆应力监测

端头锚固的金属锚杆的承载应力反映为锚杆螺栓与托盘的作用力，将一个带有通孔的载荷应力传感器安装在锚杆的螺母与托盘之间即可测量出锚杆的受力，锚杆应力并非锚杆的锚固力，锚杆应力反应力锚杆对顶板的支护能力。

锚杆应力传感器也采用了电阻应变载荷测量方法，首先设计一个弹性元件，当力作用到弹性元件上时，弹性体产生形变，在弹性体筒壁上900等分粘贴由4个单桥应变计，4个单桥组成一个电阻全桥，当筒壁受力产生形变时，电桥失去原有的平衡输出一个不平衡电压，电压信号经放大器放大后经过a/d转化后由单片计算机采集通过接口输出到上位通讯分站。

（二）工作过程描述

1)综采工作面支架工作阻力监测

顶板压力监测分站是Zui基本的测量单元，每台监测分站包含三个压力监测通道（传感器），支架的高压腔由管路连接到压力通道。压力监测分站在供电状态独立工作，每1s监测一次三个通道的压力数据，由程序自动判断初撑力、Zui大工作阻力，lcd显示器显示三个通道的数据，通过面板控制键可启动背光显示，当监测数据超过设置的报警值时产生声光报警指示。当压力监测分站收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。

综采监测子系统使用专用的矿用本安型分站控制，每台分站Zui大可巡测128台压力监测分站，每台监测分站有独立的地址编码，本安型分站与压力监测分站通过rs-485总线构成上下位关系，本安型分站按编码顺序巡测压力监测分站数据，存储并循环显示数据。本安型分站采用汉字显示可诊断并显示下位压力监测的工作状态（正常/故障）。

2）顶板及围岩离层监测

围岩移动传感器采用一体化设计，在通电状态独立工作，自动采样周期为1s，可通过上位本安型分站或编码器设置传感器的参数。传感器由cpu控制监测顶板位移参数，矿灯照射时通过led显示器显示数据，当监测数据超过设置的报警值时产生声光报警指示。传感器内置总线接口连接到rs-485总线，传感器收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。

围岩移动传感器上位连接到矿用本安型分站，每台矿用本安型分站Zui大可连接128台顶板围岩移动传感器（或64台围岩移动传感器+64台锚杆（索）应力传感器），每台围岩移动传感器由唯一的地址编码，矿用本安型分站按地址编码顺序巡测各离层传感器的数据，循环显示各测点的数据。矿用本安型分站可诊断并显示下位围岩移动监测的工作状态（正常/故障）。

3）锚杆、锚索应力监测

锚杆锚索应力传感器配套总线变送器工作，固定设置变送器编码。传感器输出标准的电压信号，变送器由cpu控制监测传感器输出信号。传感器内置总线接口连接到rs-485总线，传感器收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。

锚杆监测传感器、变送器上位连接到矿用本安型分站，每台矿用本安型分站Zui大可连接128台锚杆（索）应力传感器（或64台围岩移动传感器+64台锚杆（索）应力传感器），每台锚杆锚索应力传感器由唯一的地址编码，矿用本安型分站按地址编码顺序巡测各锚杆传感器变送器的数据，循环显示各测点的数据。矿用本安型分站可诊断并显示下位锚杆（索）应力传感器的工作状态（正常/故障）。

4）煤岩支撑应力监测

围岩应力传感器又称钻孔应力传感器，配套总线工作，固定设置变送器编码，传感器输出标准的电压信号。变送器由cpu控制监测传感器输出信号，变送器内置总线接口连接到rs-485总线，变送器收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。

钻孔应力监测传感器上位连接到。矿用本安型分站，每台。矿用本安型分站Zui大可连接64台钻孔应力传感器，矿用本安型分站按地址编码顺序巡测各钻孔应力传感器变送器的数据，循环显示各测点的数据。通讯分站可诊断并显示下位钻孔应力监测传感器的工作状态（正常/故障）。

5）井下数据通讯系统

矿用本安型监测主站与多台矿用本安型分站构成上下位主从关系，主站与分站之间通过一级总线连接。矿用本安型分站固定设置地址编码，主站依次巡测每个分站，分站接收巡测指令后，将分站已经存储的数据帧发送到矿用本安型监测主站。主站将每次巡测的数据通过主传输系统发送到井上接收主机。主传输系统有三种接口：方式1，rds-100有线电缆通讯方式（电话线）；方式2，单模光纤专线通讯方式；方式3，符合tcp/ip协议的以太环网通讯方式。以上传送方式均支持串行异步透明传送。

7）井上接收及数据处理系统

接收主机以以上三种方式之一接收到井下传送的数据，容错后直接发送到监测服务器，监测服务器安装监测分析软件，将数据存储到数据库，并根据用户的要求进行不同的数据分析和报警。

局域网用户可安装或下载客户端软件，实现在线同步监测。若监测局域网web服务器，可安装b/s监测软件，局域网或互联网用户可通过浏览器方式共享监测信息。

用户若选择了电话线或光纤通讯方式，井下的数据信号通过rds-100或光纤收发器接入到接收主机，接收主机将接收到的数据发送到监测服务器串口接收。若用户选择了以太环网通讯方式，监测主站可可通过内置nport接口接入环网，监测服务器可通过内部以太网卡（rj-45）接入环网中，监测服务器直接从环网读取数据。

三、系统实现的功能

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。支持打印机输出和excel数据导出。

2．井下现场显示数据和报警

井下的顶板压力监测分站、围岩移动传感器、锚杆（索）应力传感器、围岩应力传感器均可实时显示数据；能根据设定报警参数报警指示，矿用本安型分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。

3. 智能一体化的监测传感器显示和报警

围岩移动传感器、锚杆（索）应力传感器、围岩应力传感器均具有光控数字显示功能，每台传感器可通过红外编程器独立设置报警参数。顶板压力监测分站、围岩移动传感器、锚杆（索）应力传感器、围岩应力传感器均可在监测数据超限时实现声光报警指示。

4、矿用本安型监测主站数据自动记录存储功能。

矿用本安型监测主站记录的数据（1mb）可通过u盘将数据取出，输入到计算机处理。

5．监测数据数据库功能

井上监测服务器（pc）安装sql server数据库，监测分析软件支持实时数据存储和设定周期存储，形成历史数据。数据查询支持多种检索条件的数据查询列表。支持打印机输出和excel数据导出。

6．连续监测曲线显示、分析（谱图分析）

软件支持服务器端和客户端的历史曲线和数据加权、统计分析。支持打印机输出和excel数据导出。

7．监测数据综合专业化分析；

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巷道支护应力变化分析

l监测段顶板冒落综合预警

l多元参数关联分析及预警

8. c/s客户端模式的网络用户同步在线监测分系统功能；b/s ie浏览器模式的用户全功能在线监测分析功能；

　　 9．基于gprs/cdma共用数据网络的短信报警功能

系统连接gprs/cdma 路由器后，软件可实现Zui大32个手机用户的短信报警功能。

10．系统支持基于opc接口模式和 ftp模式的网络平台软件集成和数据共享。

四、煤矿顶板安全监测系统结构与组成

煤矿顶板动态监测系统是专用于煤矿矿压监测的综合性监测系统。主要特点是采用两级总线型结构，每个采区可组建相对独立的监测子系统。系统通讯部分以时分制数字基带传输为主要通讯形式。数据传输兼容电话线、单模光纤、以太环网三种通讯方式。

系统组成从功能上分：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、煤岩支撑应力检测四个组成部分。

监测计算机网络系统

井上

井下

工作阻力监测

顶板离层监测

锚杆应力监测

钻孔应力监测

图1 煤矿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

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。

矿区广域网

井上

gprs公用数据网

web服务器

数据处理pc

矿井局域网

gprs收发器ufaqi

井上

井下

井下顶板监测网络

监测服务器

图2 顶板动态监测系统井上部分组成图

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。

监测系统接入矿井以太环网时，监测服务器须接入环网段，监测服务器配置了双网口。如图3、4所示监测服务器接入局域网的方式有两种，第一种方式通过微软公司提供opc接口连接到局域网（外网），局域网的客户端和web服务器可安装c/s和b/s版监测软件通过操作系统底层链接获取矿井环网（内网）的监测数据。另一种方式是将通讯接口接入到矿井换网内，通讯接口内置的nport模块，通过nport模块转化为rs-232/485接口信号连接到监测服务器，监测服务器直接接入局域网中。

本系统监测分析软件运行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。

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。

外网

以太环网

监测服务器

opc

rj45

局域网

图3 井上联网方案一

监测主机

rs232

以太环网

监测服务器

rj45

局域网

外网

图4 井上联网方案二

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。

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

顶板动态监测系统井下部分包括：矿用本安型监测主站、矿用本安型分站、矿用本安型顶板压力监测分站、围岩移动传感器、锚杆/索应力传感器、围岩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，监测主站下位总线连接测区本安型分站，Zui大可连接16个独立测区分站。测区分站承担不同的监测功能，一般一台本安型分站负责监测一个开采工作面及回采巷道，测区内总线连接矿用本安型监测主站、矿用本安型分站、矿用本安型顶板压力监测分站、围岩移动传感器、锚杆/索应力传感器、围岩应力传感器。每个本安型分站Zui大可连接128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。

监测主站内置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。

井上监测服务器

以太环网交换机

电话线

rs-485总线

分站

分站

分站

分站

煤岩钻孔应力传感器

顶板离层监测传感器

锚杆应力传感器

图3 煤矿顶板动态监测系统井下结构图

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

矿井局域网

监测服务器

工业以太光纤环网

nport接口

50米

1

电源

电源

离层、锚杆测点

1

图5 煤矿顶板动态监测系统采场测点布置示意图

工作面

电源

图4 煤矿顶板动态监测系统以太环网联网结构图

钻孔应力测点

通讯分站

四、cmpses监测顶板安全监测分析软件

软件运行环境：windows 2003 server 操作系统平台。

监测分析软件采用vc++开发，采用c/s+b/s结构。主要实现以下功能：

l井上计算机动态显示监测参数、报警；

l监测数据自动记录存储；

l连续监测曲线显示、分析；

l历史数据查询及报表输出；

l网络客户端在线动态监测；

l网络用户web访问模式信息共享；

l综合分析及顶板安全评估分析；

l监测日报网上报表；

l数据及报警信息gprs短信息服务功能。

五、顶板动态监测系统得主要技术特点

顶板动态监测系统是专业用于全矿井矿压综合在线实时监测系统，该系统集成了专业化矿压监测理论和方法，实现了矿压监测的数字化和网络化。

顶板动态监测系统主要技术特点如下：

1、该系统支持多个子系统和多元矿压参数监测，系统支持Zui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Zui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、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。

六、煤矿顶板安全监测系统在我国煤矿推广应用基本条件

基于煤矿顶板动态监测系统平台的煤矿顶板安全监测系统采用了灵活配置结构和良好的软硬件兼容性能，适用于我国大中型矿井的推广。

目前我国大中型矿井具备了推广煤矿顶板安全监测系统的基本条件：

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，而且大多数采用了百、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．我国煤矿矿井建立了完善的矿井通讯网络，顶板安全监测系统可方便地接入矿井电话网络，可构成Zui经济的监测系统。

3．我国大、中型矿井已建立了完善的矿压监测、研究管理体制和专业技术队伍，矿压监测已日常化。

4．目前我国煤矿顶板安全监测的技术和手段较落后，数据处理方法简单粗糙，对新技术装备的需求及企业经营对顶板安全的重视为系统的推广创造了条件。

第二部分

煤矿顶板在线监测应用方案

一、监测内容

1．监测系统对综采工作面 支架的前、后立柱和前梁平衡千斤顶的工作阻力进行在线监测。

2. 监测系统对综采工作面的上、下顺槽超前区域的单体支柱监测。

3. 监测系统并入矿井综合自动化系统，实现信息集成和共享。

二、系统实现的功能

1．井上计算机动态模拟显示监测参数、报警

2．井下现场显示数据和报警

井下的矿用本安型顶板压力监测分站、单体记录仪，均可实时显示数据；能根据设定报警参数报警指示，实现声光报警。本安型分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。

3、监测主站数据自动记录存储功能。

监测主站记录的数据（1mb）可通过u盘将数据取出，输入到计算机处理。

4．监测数据数据库功能

5．连续监测曲线显示、分析（谱图分析）

软件支持服务器端和客户端的历史曲线和数据加权、统计分析。支持打印机输出和excel数据导出。

6．监测数据综合专业化分析；

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巷道支护应力变化分析

l多元参数关联分析及预警

7. c/s客户端模式的网络用户同步在线监测分系统功能；b/s ie浏览器模式的用户全功能在线监测分析功能；

三、监测系统结构及组成

（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）监控主机 1台；2）ups 延时后备电源 1台。

监控主机自动接收通讯线路传送的数据，接收主机（通讯接口）自动侦测上位监控主机的运行状态，当上位计算机退出工作时能自动备份数据，监测服务器恢复后自动上传存储数据，从而实现故障后备监l