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1、霍尔辛赫煤矿顶板位移实时监测可行性方案天地科技股份有限公司2011 年 8 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 15 页 -2 目录1项目背景 .32.KJ25 型矿山压力监测系统特点及组成.32.1 KJ25-F 监控分站.52.2 KJ25-J 井下传输接口 .5井下传输接口实现和井上数据传输接口的光缆传输，即可以进行光缆点对点的传输，又可以形成光缆的环网自愈信号传输。主要的技术参数：.52.3 GDU180 本安型顶板位移传感器.52.4 GPD60 压力传感器 .62.5 系统地面监测软件.63.监测方案.74、安装与施工 .135 进度安排 .14名师资料
2、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 15 页 -3 1项目背景霍尔辛赫煤矿。为了实现远程实时监测，预采用天地科技股份有限公司研制的KJ25 型矿山压力监测系统，对全矿区主要工作面巷道进行顶板离层监测。2.KJ25 型矿山压力监测系统特点及组成KJ25 型矿山压力监测系统（以下简称系统）是为煤矿井下压力变化进行实时监控而开发的。本系统应用各种传感器，能够实现对井下现场情况的实时监控,为井下的安全提供保证。该系统自动化程度高，安全性高，装备简单，投资要求低，是矿山企业加强安全管理、提高企业效益必备的自动化安全管理系统。系统以总线智能传感器为基础，采用先进 CAN 总线为主的通信网
3、络，地面无线、井下光缆或电缆传输。总线智能传感器是现代传感器的一个重要发展方向，总线智能传感器能够单独构成一个系统，进行智能控制，也可并入其他网络组成一个更大的系统，满足复杂监测控制的需要。总线智能传感器很好的满足了监控系统运行可靠、安装灵活方便、精度高、互换性强、方便组网等优点。非常适合矿上压力综合监控系统多参数、多变量、传输距离远的要求。该系统由 KJ25-Z 矿用本安型信号转换器、GPD60 压力传感器、GUD180 顶板离层传感器、KJ25-F 型矿用本安型监测分站（以下简称分站）、KJ25-J 型数据传输接口（以下简称传输接口）、数据传输光（电）缆、地表主机、避雷器等组成，其主要特点
4、如下：功能齐全：可实现对各传感器数据进行监控，各种查询、网络传输等重要安全管理功能。安全可靠：系统井下传输信号采用本安信号,低电压、功耗低、地表井下信号传输采取光电隔离措施，井上采取防雷电措施，确保系统各设备的安全。集成度高：本系统采用了高度功能集成，用较少的设备使系统具有了数据采集、存储、巡检、远程传输等多种功能。具有后备电源：分站由 KDW660/21B 型矿用隔爆兼本安不间断电源箱供电，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 15 页 -4 可在外部交流电源停电时自动转为电池供电，继续时间不小于2 小时，保障系统的正常运行。矿山压力综合监控系统数据传输地面主机与传输
5、接口间的数据传输a）传输接口：RS232；b）传输信号方式：半双工、串行异步传输；c）传输电缆：标准计算机通讯电缆；d）传输速率：4800 bps；e）最大数据传输距离：有线10 m（无线 3 Km）；传输接口和井下传输接口数据传输a）传输接口：RS232；b）传输信号方式：半双工、串行异步传输；c）传输光缆：单模1310nm；发射功率-9dBm-6dBm d）传输速率：4800 bps；e）最大数据传输距离：30 Km；传输接口与分站间的数据传输a）传输信号方式：半双工、串行异步传输、CAN；b）传输电缆：通讯电缆；c）巡检周期：30 S；d）传输速率：4800 bps；e）误码率：10-8
6、；f）最大通讯距离：电缆10 Km；分站与传感器或信号转换器间的数据传输a）传输信号方式：串行、异步传输、RS485；b）传输电缆：矿用通讯电缆；c）数据传输通道：8 路；d）传输速率：1200 bps；e）误码率：10-8；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 15 页 -5 f）最大通讯距离：2 Km；2.1 KJ25-F 监控分站分站主要功能按照预先设定,自动循环采集各种传感器信息，实现巷道压力、位移、工作面液压支架工作阻力同时监测，分站具有初始化参数设置功能，自动配置外挂传感器数量和种类。最大特点实现对顶板位移传感器和压力传感器的即插即用（新接入传感器不需要重新
7、启动监控分站），模块化设计，可以根据用户的需求自由组合，实现不同监测要求。2.1.1 主要参数及性能指标：2.1.1.1工作电压 :DC 18V 2.1.1.2最大工作电流 :260mA 2.1.1.3分站与传输接口的通讯：a)传输接口：1 路；b)传输方式：主从、异步、半双工、CAN；c)传输速率:4800bps；d)通讯信号电压峰-峰值：124V；e)通讯信号电流峰值：30mA；f)最大传输距离不小于10Km（MHYV 传输电缆，电缆分布参数，电缆直流电阻：12.8/km；电缆分布电容：0.06F/km；电缆分布电感：800H/km）2.1.1.4分站与传感器或信号转换器的通讯a)传输接口
8、：8 路；b)传输方式：主从、异步、半双工、RS485；c)传输速率:1200bps；d)通讯信号电压峰-峰值：110V；e)通讯信号电流峰值：30 mA；f)最大传输距离不小于2000m（MHYV 传输电缆，电缆分布参数，电缆直流电阻：12.8/km；电缆分布电容：0.06F/km；电缆分布电感：800H/km）；2.1.1.5最大监控容量分站所接入模拟量信号24 个。2.2 KJ25-J 井下传输接口井下传输接口实现和井上数据传输接口的光缆传输，即可以进行光缆点对点的传输，又可以形成光缆的环网自愈信号传输。主要的技术参数：a)输入工作电压：12V；b)输入工作电流：200mA；c)光纤接口
9、：接口数量：1或2路，发射光功率：发射功率-9dBm-6dBm（单模1310nm），接收灵敏度：-25.4dBm-9.2dBm（单模 1310nm）；d)输出信号：CAN 总线。2.3 GDU180 本安型顶板位移传感器顶板位移传感器主要用来监测煤矿巷道顶板的位移变化的大小，具有简单的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 15 页 -6 预警报警功能，也可用于其它金属矿山或隧道工程围岩的离层监测。测量精度高、安装方便、数字化、智能化、传输距离远等优点，是一种具明显优势的总线智能型顶板位移传感器，可广泛的应用于便于顶板离层监测及其他工程测量中。总线智能型顶板位移传感器可以
10、根据用户具体需要的量程进行精度标定，使传感器在具体测量范围内具有很高的精度。传感器具有 RS485 信号输出，可以与国内巷道压力监控系统配套使用。最大特点安装后自动设置初始位置（即零位置），断电重新上电数据准确，保证数据的可靠性。其基本参数：e)输入工作电压：18V；f)输入工作电流：20mA；g)输出信号：RS485信号；h)最大量程 180mm，分辨率：0.1mm；i)精度：1 级；j)监测范围：深基点：7.5 米，浅基点：2.5 米（可以根据用户需要定作）2.4 GPD60 压力传感器压力传感器主要用来监测工作面液压支架工作阻力的大小，也可用于其它金属矿山或隧道工程液压系统中的压力检测。
11、传感器使用德国进口压阻式陶瓷压力传感器，传感器具有优良的线性度和较高的灵敏度、国际先进水平的低零位温漂以及对被测介质的抗腐蚀性，具有较大的压力过载性能。传感器安装方便、数字化、智能化、传输距离远等优点，是一种具明显优势的总线智能型压力传感器，传感器具有 RS485信号输出，可以与国内巷道压力监控系统配套使用。其基本参数：k)输入工作电压：18V；l)输入工作电流：40mA；m)输出信号：RS485信号；n)最大量程 60MPa，分辨率：0.1 MPa；o)测量精度：1 级。2.5 系统地面监测软件监测系统软件主要功能如下：2.5.1 数据采集功能各传感器能够实时采集在作用范围内的数据信息并将其
12、通过数据接口将信息传输给地面中心站。2.5.2.信息管理功能对系统中所需监测的传感器进行资料录入，以便查询管理。2.5.3.显示功能a)数据表格和曲线显示：用表格显示传感器传送上来的各点数据及变化。b)历史数据：以报表的形式显示时间段内的数据及变化。2.5.4.信息的存储和查询功能a）存储内容包括：检测地点及其数据变化。b）具有以检测地点为索引的查询功能。2.5.5.报表打印功能：包括检测各点数据信息等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 15 页 -7 2.5.6.自诊断功能系统具备自诊断功能，能够显示各个设备的在线状态。3.监测方案KJ25 型矿山压力监测系统，对
13、掘进巷道进行顶板离层、支护构件、围岩体内部应力实时监测。自成系统，需要从地面布设专用数据传输光缆（电缆），通讯质量有保证。其网络拓朴图如图1 所示。井下监测数据由专用光缆（电缆）上传至生产部门，其他相关部门可以通过局域网访问与查询数据。图 1 网络拓扑图31、地面监测井下监测数据经过传输线路上传至地面主机，如果采用光缆方式，数据传输接口放在主控制室，通过无线传输器把监控数据传输生产科室的地面主机，如采用电缆方式，直接把数据传输接口放在生产科室，由地面监测系统将数据保存至数据库并显示。数据显示界面如图2 所示。相关科室可以通过局域网访问数据库。地面布线按矿上要求布设至相关科室。预计监控软件安装在
14、生产科内，需要相关设备：计算机1 台，无线传输器1台。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 15 页 -8 图 2 软件界面32 井下监测此次监测集中整个煤矿的主要的采掘巷道，包括：3201工作面的专排瓦斯巷、辅助进风巷，3205 工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷，3207工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷。共10 条巷道的监测，监测距离长，监测点多且分布范围广。根据霍尔辛赫煤矿巷道布置特点及监测要求，系统具有良好的扩容性，初步方案如下：布设 3 个监测组，第一个监测组用来监测3201 工作面的专排瓦斯巷、辅助进风巷，第二监测组来监测3
15、205 工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷，第三监测组监测3207工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷，三个测组使用光缆组成自愈环网系统，和井上的计算机进行通讯，自愈光缆环网保证通讯数据的可靠性，每个测组包括井下传输接口、监控分站、和传感器、电源箱等组成，三个监测组分布如图3 所示第一监测组第一个监测组用来监测3201 工作面的专排瓦斯巷、辅助进风巷，井下传输接口布置在主运集中巷和东辅运大巷的交叉口附近，在专排瓦斯巷、辅助进风巷分别布置 1 个监测分站，专排瓦斯巷测站布置专排瓦斯巷和东辅运大巷交叉口，辅助进风巷测站布置距离主运集中巷大约500 米的位置，每个监测分
16、站，携带20 个顶板位移传感器，间隔50 米布置一个顶板位移传感器，能够监测1000 米巷道。其布置如图4 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 15 页 -9 图 3 三个监测组布置图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 15 页 -10 图 4 第一监测组分布图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 15 页 -11 第二监测组第二监测组用来监测3205 工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷，井下传输接口布置在南主运集中巷和3205 工作面运输顺槽交叉口附近，在专排瓦斯巷内和6 号横川交叉口布置一个
17、测站，同时监测3205 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各自监测 500 米左右的巷道，在辅助进风巷和南辅运输中巷的交叉口布置 1 个监测分站，同时监测3205 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各自监测 500 米左右的巷道，每个监测分站，携带20 个顶板位移传感器，间隔50米布置一个顶板位移传感器。其布置如图5 所示。图 5 第二监测组示意图第三监测组第三监测组用来监测3207 工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷。由一个井下传输接口、4 个监控分站、80 个顶板位移传感器、电源箱等组成，井下传输接口布置在南主运集中巷和3207 工作面专排瓦斯巷交叉口附近，辅助进风巷专布置2 个测站，
18、同时监测运输顺槽、辅助进风巷，在辅助进风巷和南辅运输中巷交叉口布置第一个测站，同时监测3207 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各道监测 500米左右的巷道，辅助进风巷中第二测站距离第一测站约500米位置，监测 3207 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各监测500 米左右的巷道。专排瓦斯巷布置2 个测站，在专排瓦斯巷和南辅运输中巷交叉口布置一个测站，同时监测 3207 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各监测500 米左右的巷道，专排瓦斯巷中第二测站距离第一测站约500 米位置，监测 3207 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各监测500 米左右的巷道。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11
19、页，共 15 页 -12 图 6 第三监测组示意图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 15 页 -13 4、安装与施工井下安装与施工需两组人员，第一组负责布线，一组负责安装，由于布线工作量大，可以在先期，由两组人员共同布线。顶板钻孔和布线由矿上负责施工，天地科技提供技术协助，布线、井下传输接口、监控分站、传感器的安装位置参考图 3、4、5、6。4.1 系统布线主干线自愈光纤环网由地面监控室机头硐室东辅运大巷主运集中巷南主运集中巷和3207 工作面的交叉口地面监控室，需要8 芯光缆 2000 米。第一个井下传输接口布置在主运集中巷和东回风大巷的交叉口附近，第二个井下传
20、输接口布置在南主运集中巷和3205 工作面运输顺槽交叉口附近，第三个井下传输接口布置在南主运集中巷和3207 工作面专排瓦斯巷交叉口附近。第一监测组，在专排瓦斯巷、辅助进风巷分别布置1 个监测分站，专排瓦斯巷测站布置专排瓦斯巷和东辅运大巷交叉口，辅助进风巷测站布置距离主运集中巷大约 500 米的位置，每个监测分站，携带 20 个顶板位移传感器，间隔 50 米布置一个顶板位移传感器，能够监测1000 米巷道。需要布电缆，从井下传输接口到两个分站布 1X2 7/0.43 矿用电缆，大约 800米，每个分站到传感器布 1X4 7/0.28 矿用电缆，大约 1000 米。第二监测组，用来监测3205
21、工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷，在专排瓦斯巷内和6 号横川交叉口布置一个测站，同时监测3205 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各自监测 500 米左右的巷道，在辅助进风巷和南辅运输中巷的交叉口布置1 个监测分站，同时监测3205 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各自监测 500 米左右的巷道，从井下传输接口到两个分站布1X2 7/0.43 矿用电缆，大约 600 米，每个分站到传感器布1X4 7/0.28 矿用电缆，大约 1200 米。第三监测组用来监测3207 工作面的运输顺槽、回风顺槽、辅助进风巷、专排瓦斯巷。井下传输接口布置在南主运集中巷和3207 工作面专排瓦斯巷交叉口附
22、近，辅助进风巷布置2 个测站，同时监测运输顺槽、辅助进风巷，在辅助进风巷和南辅运输中巷交叉口布置第一个测站，同时监测3207 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各道监测 500 米左右的巷道，辅助进风巷中第二测站距离第一测站约500 米位置，监测 3207 工作面运输顺槽、辅助进风巷，各监测500 米左右的巷道，专排瓦斯巷布置 2 个测站，在专排瓦斯巷和南辅运输中巷交叉口布置一个测站，同时监测 3207 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各监测500 米左右的巷道，专排瓦斯巷中第二测站距离第一测站约500 米位置，监测 3207 工作面回风顺槽、专排瓦斯巷，各监测 500米左右的巷道。从井下传输接口到最近
23、两个分站布1X2 7/0.43 矿用电缆，大约500 米，每个分站到传感器布1X4 7/0.28 矿用电缆，大约 1200 米；随着巷道掘进，布置另外两个测站及传感器，需要布布 1X2 7/0.43 矿名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 15 页 -14 用电缆，1500米，布 1X4 7/0.28 矿用电缆，大约 2300 米4.2 井下传输接口、分站安装系统布线过程中分别安装井下传输接口和分站，每个井下传输接口配备一个KDW28 电源箱(供电电压 127V)，井下传输接口连接光缆，需要矿上配合熔接光纤。每个分站配备一个KDW660/21B 电源箱(供电电压 12
24、7V 或 660V)，需要矿上机电配合。4.2 顶板位移传感器安装顶板打孔深 10m 至老顶，孔径 30。安装时深测点至老顶处，浅测点深至与锚杆长度相当。和普通顶板离层仪的安装方式相似，详细内容参阅使用说明书。5 进度安排整个工程分三个阶段进行，第一阶段为系统布线，主要完成地面到监测分站传输电缆的布设；第二阶段，建立系统阶段，主要完成设置测点，监测分站，主机与监测仪间的布线，人员的培训。第三阶段，数据的收集与分析，随工作面掘进增加测点。第一阶段于月 日开始。天地科技人员辅助矿上人员进行系统的安装。具体时间安排见下表：安装时间及人员要求工作时间工作内容备注天地科技人员霍尔辛赫矿人员第一阶段（天）
25、布井下光缆，组成自愈光纤环网多名人员第二阶段第一天1、双方确认安装地点（传感器安装地点、监控分站放置地点，电源放置地点）及工作计划2、下井实勘根 据 各 点 位置 计 算 出 实用电缆长度第二、三天1、对安装人员进行培训；2、安装前准备。1、监 测 巷 道 打孔：孔深 10m，孔径30mm 2、准备所用电缆并送至安装位置第四、五天下井安装，人员分两组，一组负责井下布线，二组负责监测仪安装1、井下布线（天地科技一名人员及矿上3-5名人员，其中安排一名电工）时间：1-2 天a)井下传输接口到监控分站b)监控分站至最近一个传感器2、传感器安装（天地科技一名人员及矿上2-3名人员），时间：1-2 天a
26、)安装传感器b)传感器联线需 矿 上 安 排4-6 名人员进行 布 线 及 安装安 装 时 可 采用 安 装 杆 或是锚索第六天监控主机传输接口井下传输接口监控分站传感器通讯及联线第七天对矿上人员进行应用培训名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 15 页 -15 第三阶段，对数据进行初步的分析，矿上人员在完全掌握系统与监测仪安装后，随掘进自行安装监测仪，天地科技人员提供必要的技术支持。监测方案设备序号仪器数量备注1 监控计算机及软件2 套天地科技提供2 无线通讯器1 对天地科技提供3 KJT-2A 井上传输接口1 台天地科技提供4 数据光端机3 个天地科技提供5 电源箱 KDW28 5 个天地科技提供6 监控分站9 台天地科技提供7 电源箱 KDW660/21B 9 台天地科技提供8 GUD180 位移传感器160 套天地科技提供9 GPD60 型压力传感器15 台天地科技提供9 通讯电缆1*2*1.00 6000 米天地科技提供10 通讯电缆（4 芯）9500 米天地科技提供11 三通接头190 个天地科技提供12 直通接头30 个天地科技提供13 安装杆60 米天地科技提供14 安装专用工具2 套天地科技提供15 光缆2000 米天地科技提供名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 15 页 -