頂板壓力監(jiān)控

1、中煤順通辛安煤業(yè)KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案 泰安市魯洲機(jī)械電子設(shè)備有限公司山東科技大學(xué)煤礦災(zāi)害監(jiān)測(cè)工程研究中心2013年03月04日技術(shù)方案目錄一、 監(jiān)測(cè)內(nèi)容 二、 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能三、 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)四、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成說(shuō)明（含電氣結(jié)構(gòu)圖）五、 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法及工作原理六、 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置及安裝說(shuō)明七、 技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)參數(shù)八、 系統(tǒng)軟硬件配置清單一、 礦井概況(一)、1401工作面概況1、1401工作面概況概況煤層名稱(chēng)4#層水平名稱(chēng)水平采區(qū)名稱(chēng)南盤(pán)區(qū)工作面名稱(chēng)1401回采工作面地面標(biāo)高1674-1682工作面標(biāo)高+1455+1472地面位置地面為中山丘陵黃土掩蓋地貌，植被稀少地勢(shì)

2、起伏較大、溝谷呈樹(shù)枝狀“V”字形發(fā)育，地表無(wú)建筑物、無(wú)河流、改回采面位于井田南部。井下位置工作面東西布置，北、西、南三向均為實(shí)體煤，東側(cè)20米1402工作面。走向長(zhǎng)（m）872傾 向 長(zhǎng)（平距）（m）200平 面 積（m2）174400煤層情況煤層總厚（m）7.47煤 層 結(jié) 構(gòu)煤層傾角（°）0-6°簡(jiǎn)單煤層總厚是7.47米根據(jù)實(shí)際計(jì)算，采厚3.2m，機(jī)采厚3.2m，放煤厚度4.27米。煤層為氣煤、長(zhǎng)焰煤，內(nèi)含2層夾矸，厚度均為0.3米。煤層頂?shù)装迩闆r頂?shù)装迕Q(chēng)巖石名稱(chēng)厚度（m）巖 性 特 征老 頂細(xì)砂巖8.25-17.9膠接致密的水平層理。直接頂粉砂質(zhì)泥巖1.22-3.0

3、層理發(fā)育偽 頂0.3棕色、灰色高嶺土直接底粉砂質(zhì)泥巖1.79-3.8無(wú)層理、質(zhì)密。2、工作面簡(jiǎn)介： 1401工作面長(zhǎng)200米，順槽到井口3040米，井口到辦公室300米。（實(shí)地測(cè)繪距離）2.1 工作面液壓支架：中間架型號(hào)：ZF8000/22/35_ 過(guò)渡架型號(hào)： ZFG8000/22/35 。2.2 兩巷超前支護(hù)：?jiǎn)误w液壓支柱型號(hào)_DW35/100_ 。 3. 工作面測(cè)區(qū)的布置： 3.1 工作面支架工作阻力測(cè)區(qū)：工作面共布置 135 臺(tái)支架。其中有 6 臺(tái)過(guò)渡支架，機(jī)頭3_臺(tái)，機(jī)尾3_臺(tái)；其余為中間架 129臺(tái) 。4.工作面現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)儀器是頂板離層監(jiān)測(cè)儀（機(jī)械式）； (二)、1402

4、工作面概況1、1402工作面概況概況煤層名稱(chēng)4#層水平名稱(chēng)水平采區(qū)名稱(chēng)南盤(pán)區(qū)工作面名稱(chēng)1402 地面標(biāo)高1640工作面標(biāo)高+1485+1508地面位置位于井田范圍東南部，地表為中山丘陵黃土掩蓋地貌，植被稀少、地勢(shì)起伏較大、溝谷呈樹(shù)枝狀“V”字形發(fā)育，地表無(wú)建筑物、無(wú)河流。井下位置位于井田范圍南部，工作面東西布置，西側(cè)為1401工作面，東側(cè)為采空區(qū)。走 向 長(zhǎng)（m）1470傾 向 長(zhǎng)（平距）200m平 面 積（m2）294000煤層情況煤層總厚（m）10煤 層 結(jié) 構(gòu)煤層傾角（°）0-10°簡(jiǎn)單煤層總厚是10米，機(jī)采厚3.2m，放煤厚度6.8米。煤層為氣煤、長(zhǎng)焰煤，內(nèi)含2層夾

5、矸，厚度均為0.3米。煤層頂?shù)装迩闆r頂?shù)装迕Q(chēng)巖石名稱(chēng)厚度（m）巖 性 特 征老 頂細(xì)砂巖8.25-17.9膠接致密的水平層理。直接頂粉砂質(zhì)泥巖1.22-3.0層理發(fā)育偽 頂0.3棕色、灰色高嶺土直接底粉砂質(zhì)泥巖1.79-3.8無(wú)層理、質(zhì)密。2、工作面簡(jiǎn)介：1402工作面長(zhǎng)210米，順槽到井口3800米，井口到辦公室300米。（實(shí)地測(cè)繪距離）2.1 工作面液壓支架：中間架型號(hào)：ZF8000/22/35_ 過(guò)渡架型號(hào)： ZFG8000/22/35 。2.2 兩巷超前支護(hù)：?jiǎn)误w液壓支柱型號(hào)_DW35/100_ 。 3.  工作面測(cè)區(qū)的布置： 3.1 工作面支架工作阻力測(cè)區(qū)：工作面共布置

6、136 臺(tái)支架。其中有 6 臺(tái)過(guò)渡支架，機(jī)頭3_臺(tái)，機(jī)尾3_臺(tái)；其余為中間架 130臺(tái) 。4.工作面現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)儀器是頂板離層監(jiān)測(cè)儀（機(jī)械式）； 二、項(xiàng)目監(jiān)測(cè)要求（內(nèi)容）KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng)1401工作面在端頭安裝2臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，在端尾安裝2臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，每架監(jiān)測(cè)二個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，每隔6架安裝1臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，共設(shè)計(jì)安裝26臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)（含備用兩臺(tái)），壓力監(jiān)測(cè)分站安設(shè)2臺(tái)。1402工作面在端頭安裝2臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，在端尾安裝2臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，每架監(jiān)測(cè)二個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，每隔6架安裝1臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，共設(shè)計(jì)安裝26臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)（含備用兩臺(tái)），通訊分站安設(shè)3臺(tái)（備用1臺(tái)）。三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功

7、能1井上計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)、報(bào)警 監(jiān)測(cè)服務(wù)器和客戶(hù)端可實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和直方圖，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限時(shí)能自動(dòng)報(bào)警并記錄報(bào)警事件。2井下現(xiàn)場(chǎng)顯示數(shù)據(jù)和報(bào)警 井下的壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能根據(jù)設(shè)定報(bào)警參數(shù)報(bào)警指示，通訊分站可實(shí)時(shí)顯示每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并有報(bào)警狀態(tài)指示。3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄存儲(chǔ) 井上監(jiān)測(cè)服務(wù)器能根據(jù)設(shè)置記錄周期將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL海量數(shù)據(jù)庫(kù)。4.連續(xù)監(jiān)測(cè)曲線顯示、分析 5軟件支持服務(wù)器端和客戶(hù)端的歷史曲線和測(cè)線加權(quán)數(shù)據(jù)分析。6監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合專(zhuān)業(yè)化分析；ZMPSES監(jiān)測(cè)分析軟件綜合了礦壓理論數(shù)學(xué)模型，支持綜合專(zhuān)業(yè)化數(shù)據(jù)分析。l 工作面支架循環(huán)工

8、作阻力分析l 測(cè)線（或上、中、下部）頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析l 工作面頂板壓力分布分析l 支架液壓系統(tǒng)故障診斷 l 工作面周期來(lái)壓步距、強(qiáng)度分析等 l 巷道頂板及圍巖運(yùn)動(dòng)分析l 巷道支護(hù)應(yīng)力變化分析l 多元參數(shù)關(guān)聯(lián)分析及預(yù)警7歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及報(bào)表輸出歷史數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)間查詢(xún)，歷史曲線查詢(xún)和輸出，統(tǒng)計(jì)分析，輸出標(biāo)準(zhǔn)綜合分析報(bào)表。三、KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn) KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng)是第一套專(zhuān)業(yè)用于全礦井礦壓綜合在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了專(zhuān)業(yè)化礦壓監(jiān)測(cè)理論和方法，實(shí)現(xiàn)了礦壓監(jiān)測(cè)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。 2該系統(tǒng)支持多個(gè)子系統(tǒng)和多元礦壓參數(shù)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)支持最多達(dá)16個(gè)獨(dú)立采區(qū)（測(cè)區(qū)）的

9、礦壓監(jiān)測(cè)，每個(gè)測(cè)區(qū)檢測(cè)內(nèi)容包括：綜采工作阻力、頂板離層、煤巖支撐應(yīng)力、錨桿支護(hù)應(yīng)力、充填體承載應(yīng)力多元參數(shù)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)容量達(dá)1000個(gè)測(cè)點(diǎn)。 3系統(tǒng)根據(jù)采場(chǎng)地質(zhì)條件采用了兩級(jí)總線設(shè)計(jì)，總線之間完全隔離，提高了系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性，與其他的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別。 4.傳感器采用總線技術(shù)，監(jiān)測(cè)分站最大可連接128個(gè)傳感器，相比集散式（分站+模擬信號(hào)傳感器）結(jié)構(gòu)可靠性更高，成本更低。6.智能一體化監(jiān)測(cè)分站和傳感器，有微處理器控制，內(nèi)置總線接口，具有現(xiàn)實(shí)的獨(dú)立報(bào)警設(shè)置功能。7、監(jiān)測(cè)分析軟件采用礦壓專(zhuān)家提出的數(shù)據(jù)分析處理思想，分析功能更具專(zhuān)業(yè)化，分析結(jié)果更具科學(xué)性，指導(dǎo)安全生產(chǎn)的效果更好。四、 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

10、結(jié)構(gòu)及組成 井下部分 系統(tǒng)配置一個(gè)采煤工作面的頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)留接口保證礦井以后擴(kuò)展多個(gè)測(cè)區(qū)的使用要求，系統(tǒng)可通過(guò)擴(kuò)展通訊分機(jī)和傳感器方法擴(kuò)展測(cè)區(qū)。 考慮到井下采區(qū)的布局， 井下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。1041和1042工作面分別主要設(shè)備配置是： 1）礦用本安型監(jiān)測(cè)分站 KJ685-F 3臺(tái)（備用1臺(tái)）2）礦用本安型壓力監(jiān)測(cè)分機(jī) KJ685-FJ 26臺(tái) （配套相應(yīng)的電源及其它設(shè)備，詳見(jiàn)設(shè)備清單）本礦選擇了單獨(dú)鋪設(shè)通信電纜的通訊方式，井下的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)通信電纜接入到通訊轉(zhuǎn)換器。通訊分站與下為監(jiān)測(cè)分機(jī)通過(guò)RS485總線電纜連接，與下位分站構(gòu)成主從式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通訊分站負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)多個(gè)測(cè)區(qū)，

11、通訊分站循環(huán)采集和顯示每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)報(bào)警。數(shù)據(jù)通訊分站通過(guò)總線巡測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，形成上下位主從通訊關(guān)系，當(dāng)支架測(cè)點(diǎn)（傳感器）收到主站的指令時(shí)中斷采集過(guò)程將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位主站。KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng) 如圖3。 1041和1042工作面各設(shè)計(jì)安裝26臺(tái)頂板壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)(另備用兩臺(tái))頂板壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)。每臺(tái)壓力分機(jī)監(jiān)測(cè)一組支架的二個(gè)測(cè)點(diǎn)，每臺(tái)KDW28電源可供12臺(tái)頂板壓力監(jiān)測(cè)分站正常工作。壓力分站采用一體化設(shè)計(jì)，集監(jiān)測(cè)、顯示、報(bào)警、總線接口、傳感器于一體。壓力分站由16位單片計(jì)算機(jī)控制，具有數(shù)據(jù)分析功能，自動(dòng)顯示初撐力、當(dāng)前工作阻力、最大工作阻力。當(dāng)壓力值超過(guò)報(bào)警設(shè)定

12、值時(shí)光報(bào)警。傳感器根據(jù)工作面條件設(shè)計(jì)，能抗強(qiáng)頂板斷裂引起的壓力沖擊。傳感器通道通過(guò)高壓油管與支架的高壓腔連接。壓力分機(jī)采用一體化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：工作面內(nèi)的地質(zhì)條件復(fù)雜，傳感器與壓力分機(jī)一體化結(jié)構(gòu)避免了分機(jī)與傳感器之間電纜的損壞，提高了系統(tǒng)得可靠性。6 660V/127V660V/127VV4芯電纜監(jiān)測(cè)分站采區(qū)變電所設(shè)備列車(chē)接線盒監(jiān)測(cè)分站防爆電源軌道順槽P1壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)P2 工作面5141工作面P3P10皮帶順槽圖3 KJ685煤礦頂板動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成及布置圖 五、系統(tǒng)工作原理與工作過(guò)程 1、綜采工作面支架工作阻力監(jiān)測(cè)綜采頂板壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)是最基本的測(cè)量單元，每臺(tái)監(jiān)測(cè)分機(jī)包含二個(gè)壓力監(jiān)測(cè)通道

13、，支架的高壓腔由管路連接到壓力通道。壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)在供電狀態(tài)獨(dú)立工作，每5秒監(jiān)測(cè)一次二個(gè)通道的壓力數(shù)據(jù)，由程序自動(dòng)判斷初撐力、最大工作阻力，LCD顯示器顯示二個(gè)通道的數(shù)據(jù)，通過(guò)面板控制鍵可啟動(dòng)背光顯示。當(dāng)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)收到總線請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)指令時(shí)，自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線。 綜采監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)使用專(zhuān)用的數(shù)據(jù)通訊分站控制，每臺(tái)通訊分站最大可巡測(cè)128臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)，每臺(tái)監(jiān)測(cè)分機(jī)有獨(dú)立的地址編碼，通訊分站與壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)通過(guò)RS-485總線構(gòu)成上下位關(guān)系，通訊分站按編碼順序巡測(cè)壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)并循環(huán)顯示數(shù)據(jù)。通訊分站可診斷并顯示下位壓力監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)（正常/故障）。2 、 井下數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)通訊分站與多臺(tái)通訊

14、分站構(gòu)成上下位主從關(guān)系，通訊分站固定設(shè)置地址編碼，依次巡測(cè)每個(gè)分站，分站接收巡測(cè)指令后，通訊分站將每次巡測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)主傳輸系統(tǒng)發(fā)送到井上通訊接口。3、 井上接收及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)井上通訊接口接收到井下傳送的數(shù)據(jù)，容錯(cuò)后直接發(fā)送到監(jiān)測(cè)服務(wù)器，監(jiān)測(cè)服務(wù)器安裝ZMPSES監(jiān)測(cè)分析軟件（C/S），將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)用戶(hù)的要求進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)分析和報(bào)警。六、 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置與安裝工作面支架工作阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖3所示，1041和1042工作面各安裝26臺(tái)頂板壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)（另備用兩臺(tái)）。壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)端頭端尾支架各布置2臺(tái)，其他按均勻布置，分機(jī)固定安裝在支架的頂梁下面，工作面通訊電纜采用吊掛式安裝，壓

15、力分機(jī)的1、2 壓力通道采用KJ10高壓油管與綜采支架的左右立柱連接，綜采通訊分站安裝在開(kāi)關(guān)列車(chē)上，通訊分站通過(guò)一條防護(hù)式電纜與工作面壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)連接，工作面推進(jìn)時(shí)通訊分站及電源、電纜隨開(kāi)關(guān)列車(chē)一起移動(dòng)。安裝方法如圖4高壓油管控制閥支架立柱監(jiān)測(cè)分機(jī) 圖4 壓力監(jiān)測(cè)分機(jī)安裝示意圖七、技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)監(jiān)測(cè)服務(wù)器操作系統(tǒng) : Windows 2003/5/7 server 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)： SQL server 1 系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo) 1）系統(tǒng)分站容量 1128（監(jiān)測(cè)分站）2）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù) < 10003）系統(tǒng)通訊距離 <20km（通信電纜） <30km ( 單模光纖)4）系統(tǒng)巡測(cè)周期 2

16、0S 5）傳輸接口 RDS-100 串行異步 MWF485 單模光纖接口6）通訊速率 120057600BPS（出廠設(shè)置1200） 7） 運(yùn)行環(huán)境 環(huán)境溫度： 040（井下） 平均相對(duì)濕度：不大于75%（井上）；不大于95%（井下）大氣壓力：80kPa106kPa8）供電電源 a.地面設(shè)備交流電源 額定電壓：220V，允許偏差:-10%+10%；諧波：不大于5%；頻率：50Hz；允許偏差±5%。b.井下設(shè)備交流電源額定電壓：127V，允許偏差: -25%+10%；諧波：不大于10%；頻率：50Hz；允許偏差±5%。 2礦用本安型監(jiān)測(cè)分站1） 接入容量 1128 點(diǎn)2） 顯示

17、方式 LCD 20*4（中文） LED背光3） 井上通訊方式 RDS-100 1200bp （井上通訊） NPORT 以太網(wǎng)接口 MWF485 單模光纖接口 4）下位通訊 RS485 1200bps 5） 通訊距離 至井上接口 25km 至下位分站 10km6）電源波動(dòng)范圍 DC1218V （本安電源）150 mA7）防爆形式 本質(zhì)安全型 Exibl3、礦用本安型頂板壓力監(jiān)測(cè)分機(jī) 1）壓力通道數(shù) 2（內(nèi)置傳感器） 2）量程 060Mpa 3）精度 1.5% 4） 顯示分辨率 ±0.1MPa 5）顯示方式 LCD 20 ×4（中文） LED背光6）通訊接口 RS485 120

18、0bps 7）傳輸方式： 異步全雙工、半雙工（RS-485 ）9）報(bào)警參數(shù) 160MPa（用戶(hù)設(shè)定） 10）報(bào)警方式 光閃爍 11）電源 DC18V （本安電源） 35mA11) 防爆形式 本質(zhì)安全型 Exibl 5、礦用隔爆兼本安不間斷電源箱 1）電源箱輸入 AC127V/380V/660V 50Hz 2) 輸入電壓波動(dòng) 80%110% 3）輸出電壓 18V 0.8A; 18V 0.5A 4）備用電池 24V 1.3AH 供電延時(shí)時(shí)間2小時(shí) 5）電源切換時(shí)間 不間斷、連續(xù) 6）保護(hù)方式 雙重過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)八、頂板綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備配置清單 1401、1402兩個(gè)工作面配置清單價(jià)格表 單位：元序號(hào)名 稱(chēng)型號(hào)數(shù)量單位單價(jià)總價(jià)一井上設(shè)備1監(jiān)測(cè)服務(wù)器（工業(yè)計(jì)算機(jī)）威達(dá)電RACK-3601臺(tái)8600元8600元2UPS電源 1000VA1臺(tái)2100元2100元3激光打印機(jī)HP10071臺(tái)1800元1800元4礦用數(shù)據(jù)通訊接口KJ685-Z1臺(tái)6200元6200元5監(jiān)測(cè)分析軟件 （B/S+C/S網(wǎng)絡(luò)版）ZMPSES1套6通訊防雷器SR-E24V/2