浅谈矿压在线监测技术的应用
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【摘 要】本文介绍了一种矿压观测系统，该系统将计算机监测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体，实现了复杂环境条件下对综采支架的工作状况的自动监测和分析，极大的降低了矿压观测的工作量，提高了观测的准确性、连续性和长期性。
一矿始建于一九五七年，到现在为止已经是一个56年的老矿了。同时面临着资源匮乏，地质条件复杂等现状，现在大多数的采煤工作面不可避免会出现顺槽临近采空区，回采期间工作面顺槽受相邻已采工作面采空区及本工作面采动的二次动压影响，造成工作面压力增大、巷道严重变形，给回采带来很大的安全隐患，因此矿压观测尤为重要。传统的矿压观测方法是通过手持仪表进行人工测量，从而取得必须的数据。人工测量存在多方面的问题：一方面，测量数据不准确，不是实时监测矿压变化；另一方面，测量劳动强度大，从数据采集到整理都需要大量的人员和时间，而矿压在线监测能够很好的解决这一问题。
目前由于无线传感器网低成本、低功耗、高容量、自组网、多功能等不同于其他无线网络的特性，使得无线传感器网络在环境状态监测，突发事件处理和移动目标跟踪三大类应用中，具有传统系统无可比拟的优势。相对于其他煤矿压力监测系统的不足，结合无线传感器网络的特点。采用无线传感网络的节点作为矿山压力数据采集的终端，用无线方式将数据传送到中心节点，中心节点再用有线通信方式将采集到的数据通过传输接口传输至地面的管理监控站，实现矿山压力的实时监测监控。
1 矿压在线监测系统的功能
1）井上计算机动态模拟显示监测参数、报警；
2）井下现场数据显示和报警；
3）井下数据可以实现工作面无线传输；
4）井下数据巷道局域网传输或者电话线传输；
5）监测数据在传输故障时候自动记录存储；
6）连续监测曲线显示、分析；
7）监测数据综合专业化分析；
8）历史数据查询及报表输出；
9）顶板动态监测网络功能。
2 矿压监测系统具有以下技术特点
1）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、围岩应力、锚杆支护应力、钻孔应力多元参数监测。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，工作面和巷道数据无线采集传输。
3）系统数据传输不但支持以太网总线传输模式，还具有LonWorks总线传输模式以方便与原矿监控系统兼容。
4）智能一体化监测传感器，微处理器控制，具有现场独立报警设置功能，电池供电，超低功耗设计，可连续工作一年以上。
5）监测传感器内置无线传输模块，实现工作面现场无线数据传输，使用方便，减少现场维护量。
3 回采工作面的矿压无线监测
矿山压力位移在线实时监测系统采用无线传感器网络无线通信方式传输数据，无需复杂的布线，且系统具有自由组网通讯及极强的抗干扰性。
3.1 矿压监测系统的结构与组成
综合数据监测系统主要由地面中心站监控主机和软件、信息传输接口、通讯电缆、矿用隔爆兼本质安全型电源箱、井下具有无线传输功能的矿用本安分站、无线矿用本安型数字压力计、围岩移动传感器及防雷栅等单元构成。
监控软件对数据进行处理、显示并进行打印，信息传输接口通过RS232接口与监控主机相连接；电源箱为井下监控基站提供本质安全型电源；井下具有无线传输功能的矿用本安分站进行无线双向通讯，并将采集到的数据进行处理后通过传输线路上传到地面中心站；监测数据通过无线矿用本安型数字压力计传送到具有无线传输功能的矿用本安分站。
3.2 矿用隔爆兼本质安全型电源箱
为井下基站及其传感器提供本安电源，具有两路本地断电功能及备用电池供电功能。当交流电源停电时，后备电池可使基站连续工作2小时以上，单独维持人员定位系统单个基站可达10小时以上。
3.3 有线、无线本安分站
该设备具有多通道、多制式的信号采集和通讯功能，能及时将监测到的各种环境参数、生产状态、实时传送给地面中心站。装在井下工作面与巷道交叉口，可随时根据采动需要调整安装位置与无线数字压力计进行双向通讯，分站根据其信号确定其具置。它既可接收井上下达的命令数据，也可主动向地面中心站发送采集数据信号。 （同时可以用采集器采集数据。）
3.4 信息传输接口
该设备安装于地面调度室，实现485和RS232之间的信号转换。具备电源、工作状态指示功能，接收井下基站发来的485通讯信号，并将该信号解调成RS-232C信号传送给计算机，将地面计算机输出的RS-232C信号经调制发送给井下基站。实现井上非本安通信信号与井下本安通信信号之间的电气隔离。
4 监测人员的要求和职责
矿压数据监测结果的科学与合理性，现场监测人员对矿压仪器的操作熟练程及责任心至关重要。因此，矿方需要配备2～3名专门负责矿压监测的工作人员协助课题组人员进行监测，并对矿压监测人员特制定以下要求与职责：
（1）熟悉矿压监测程序、内容，了解监测仪器、仪表的原理和操作过程。
（2）要求矿压监测小组人员对监测工作认真负责，并具有矿压方面的经验。
（3）负责矿压监测仪器、仪表的日常维护、保护。
（4）负责按时、按要求、高质量完成工作面及其两巷现场数据采集工作，并记录监测位置、将监测结果及时传输入计算机数据处理软件库。
（5）负责使用监测软件将现场传输入数据及时处理，并打印报表备案、呈送领导。
（6）矿压观测小组发现监测数据异常情况时，应及时向有关负责人员汇报，以便决策及及时调整工作面相关参数。
总的来说矿压观测系统，成功的将计算机监测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体，实现了复杂环境条件下对综采支架的工作状况的自动监测和分析，极大的降低了矿压观测的工作量，提高了观测的准确性、连续性和长期性。此外它还具有安全、低能耗、安装方便和可重复利用等特点，具有广阔的应用前景和推广价值。
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