KJ煤矿顶板动态监测系统技术方案.doc

封面作者： PanHongliang仅供个人学习顶板动态监测系统技术标招标人：山东东山古城煤矿有限公司招标编号： LKWZZB-20171105 投标人：北京中煤矿山工程有限公司 2017 年 11 月 20 日 目录一、概述二、设计依据三、设计原则四、系统监测内容五、系统功能六、系统组成七、主要技术参数八、系统工作原理与工作过程九、系统现场测点布置与安装 十、产品简介一、概述随着人类社会对于能源需求的增长，同时也局限于现今的能源结构，由于其它的 新型能源，例如核能、太阳能、风能等还不具备足够的开发技术或广泛推广的条件， 煤、石油、天然气至今仍然是人类主要的能源形式尤其是我国现今的能源结构中， 煤炭仍然是主要的能源形式，它占一次能源生产和消费总量的 76%和 69%我国电力工业能源的 76%、家庭消费能源的 80%以及能源化学原料的 60%都是由煤炭提供的，在未 来相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构为了满足国民经济建设的需 要，在今后相当长的历史时期内仍需保证煤炭的高效生产，这就为我国的煤矿开采提 出了更加严峻的要求安全生产是煤炭开采工作中的重中之重，在各类煤矿事故中， 顶板事故仍居前位。

随着生产能力的提高、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 定性现有的支护参数到底有多大安全系数？需要监测手段进行评估及潜在的危险性 预测二是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；三是工作面支护稳定性和安全性工作面支护工作状态怎样？支护是否满足控 制顶板的要求？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，这是顶板管理不到位的主要原 因因此，安装一套技术先进、稳定、安全可靠的“矿压实时监测系统”，对促使煤 矿安全上一新台阶具有实际意义二、设计依据GB/T 2887 电子计算机场地通用规范GB191-2000 包装储运图示标志GB3836.1-2010 爆炸性环境 第 1 部分：设备 通用要求GB3836.2-2010爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“ d”保护的设备GB3836.4-2010 爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“ i ”保护的设备GB9969.1-1998 工业产品使用说明书总则MT209-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品 通用技术要求MT210-1990 基本实验方法MT286-1992 煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理方法MT/T 772-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法MT/T899-2000 煤矿用信息传输装置三、设计原则可靠性系统经过相关部门检测，取得合格证、防爆证、安标证，能够在煤矿恶劣环境下 长期工作，确保系统可靠运行。

安全性 系统采用冗余及容错技术，具有数据备份、数据恢复功能，具有完善的防范措 施（如权限认证、防病毒等），保证系统安全、稳定地运行先进性 系统采用先进的技术，功能强，确保系统的使用周期扩展性系统采用标准接口，结构灵活，根据需要，容易扩充，保护用户投资 高度自动化系统根据配置实现自动分析、预警以及报警等功能易用性系统组成简单、灵活，易于安装维护，操作简便、实用，满足煤矿需求四、系统监测内容1、综采工作面顶板矿压监测2、巷道顶板离层监测3、巷道锚杆应力监测五、系统功能灵活组网，支持RS485总线、光纤、以太网；系统容量： 64 个分站；实时监测多种传感器，本地超限报警；系统监测功能全面，一套系统可同时满足掘进巷道和回采工作面的矿压 监测需求，便于管理，有效避免了重复建设，节约了矿压监测成本； 配置灵活，适用于井下不同开采条件的测区、测点布置； 实时数据分析，超限报警；报表方式多样，便于查询；操作简单，易于维护；支持局域网、客户端、 Web莫式、OPC接口和FTP模式；双机热备，确保系统安全 系统稳定性好，所用位移监测仪采用光测技术，抗干扰性强，量程大； 系统防水性好，独特的安装技术可以解决多水等复杂环境中巷道顶板、 两帮、底板位移监测；井下分站支持U盘拷贝及存储功能，在井下环网不通时分站自动储存数据，分站采用超大高亮液晶显示，便于井下查看数据；六、系统组成KJ951煤矿顶板动态监测系统采用先进的传感器技术、自动监测技术、网络技术、 数据库技术，进行数据采集、存储、分析、报表、打印、上传，实时监测综采工作面 液压支架工作阻力、巷道顶板及围岩离层、巷道围岩锚杆支护应力等安全生产参数， 实现实时超限报警。

系统支持多种通讯方式，具有功能齐全、抗干扰能力强、可靠性 高、通信距离远、配置灵活、经济适用等特点，增强了应急响应手段，为矿山企业安 全生产提供可靠保障系统结构图如图1：图1矿压监测系统组成（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）传输接口； 2）监测服务器；3）矿井办公局域 网和客户端如图2 KJ951系统传输接口可自动接收通讯线路传送的数据，接收单元 自动侦测上位计算机的运行状态，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测功能KJ951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模式访问矿区广域网PC客户端Web服务器办公局域网络线监测系统井上部分图2矿3所示顶板监测系统分站本系统可与矿井综合自动化系统联网使用,综合自动化网络建设的基本构架采用 了内外和外网结构，内网为矿井工业千兆以太环网如图内置RS485接口，可与带串口（服务器485组件的交换机直接接入监测系统接入矿井以 太环网，监测服务器通过传输接口读取井下监测分站传送的数据目前KJ951系统已接入煤矿综合监控系统和信息集成应用已有多个案例，取得了较好的应用效果。

井上 Web服务器…井下监测网络井下（二）井下部分监测系统预留接口保证矿井以后扩展多个测区的使用要求，系统可通过扩展通讯分机和传感器方法扩展测区考虑到井下采区的布局,井下系统结构如图示，地面传输接口和监测分站通过 RS485总线电缆连接，与下位分站构成主从式系统结构监测分站独立参数设置和运行，循环采集和显示每个监测点的数据，并能实时报 警监测分站通过总线巡测每个测点的数据，形成上下位主从通讯关系，当传感器收到分站的指令时中断采集过程将存储的数据发送到分站1、巷道顶板离层监测系统顶板离层传感器可用于顶板或两帮的岩层移动监测，传感器利用光学技术原理，采用组合式设计，方便用户的安装和回收复用传感器具有数字显示、报警、参数设 置、485通讯功能如图4所示为顶板离层监测系统结构图根据《煤矿安全规程》的要求，建议每 隔50m安装一组测点（传感器），可分段布置每组测点有两个位移基点每个离层传感器配置了两个基点（深基点 A,浅基点B）,基点的安装深度根据顶板地质条件和选择的支护方式确定2、锚网巷道锚杆、锚索支护应力及支承压力监测锚杆/ 锚索应力、支承压力监测可选择部分断面布置测点，测点可与顶板离层测 点相邻安装。

结构图如图 5 所示，工作面巷道按 50M 一组测点布置每条巷道可布置 一台或多台分站锚杆应力传感器与锚索应力传感器通用，锚杆应力监测传感器与顶 板离层传感器使用同一条通讯电缆传输接口顶板离层传感器锚杆/索应力传感器50m防爆电源监测分站660/127V轨道巷660/127V运输巷防爆电源660/127V监测分站接线盒图4巷道顶板离层、锚杆及监测硬件组成及布置图660/127V七、主要技术参数KJ951 顶板动态监测系统是专业用于全矿井矿压综合实时监测系统， 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 化系统容量：每套系统可接入 64 台分站，每台分站有 4 路 RS485 信号接 口，每一路可以按总线方式接入 18 个传感器或监测仪；每台分站有 4 路频率信 号接口传输方式：传感器与分站，分站与传输接口采用通信电缆传输，通讯方式RS485传输速率4800bps;传输接口与地面通讯方式为 RS485 TCP/IP、ST 单模光纤，根据井下环网设定系统巡检时间：系统最大检测周期不大于 30s;传输距离：分站与接口 w 10km，分站与传感器w 2km系统供电：地面设备为 AC220V井下设备为：AC660V/127V 通讯速率： 4800bps八、系统工作原理与工作过程1 、巷道围岩移动（离层）监测监测分站连接巷道各顶板传感器和锚杆、索应力传感器，构成总线上下位监测 关系，离层传感器与锚杆应力传感器可共用一条总线连接，每个传感器有唯一 的地址编码，监测分站控制巡测每个传感器的数据，分站显示和存储数据并将 数据发送到上位传输接口。

监测传感器采用智能一体化设计，每个传感器独立 运行（供电状态），LCD显示器显示实时检测数据，设置报警参数后能自动报 警2、锚杆、锚索应力、支承压力监测锚杆锚索传感器，传感器部分与电路部分采用分体式设计，固定设置变送 器编码传感器部分输出标准的电压信号，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上位连接到监测分站，每台监测分站最大可连接 18台传感器，每台传感器由唯一的地址编码，监测分站按地址编码顺序巡测各锚杆传感 器的数据，循环显示各测点的数据监测分站可诊断并显示下位锚杆应力监测 传感器的工作状态（正常/故障）支承压力通过安装在煤壁内的压力油枕将压力传输至监测分站，由监测分 站发送到总线3、井上接收及数据处理系统接收主机通过传输接口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，实现同步监测若局域网建立 了 Web!务器，可安装B/S监测软件，局域网或互联网用户可通过 IE浏览器方 式共享监测信息。

九、监测系统现场测点布置与安装1、巷道顶板位移（离层）监测系统如图7所示距切眼位置30M每隔50m （具体距离按实际情况而定）布置 一个测点，每 18个测点增加一台供电电源电源通过三通接线盒接入总 线顶板离层传感器采用巾28mm钻孔（锚杆钻孔）安装，顶板钻孔深度不大 于20M允许钻孔倾角+30度每个传感器配套一个三通本安型接线盒建议议 浅基点B的安装深度2.2m,深基点A的安装深度8.5m （供参考）锚杆应力监测测点的安装方法如图 8所示锚杆应力传感器适用于端锚的 金属锚杆或锚索的安装锚杆/锚索应力传感器采用穿孔式固定安装，最大穿孔 直径①30mm导向盘的穿孔直径依锚杆或锚索的直径确定（用户订货时说 明）锚杆传感器安装锚杆的托盘和紧固螺母之间，传感器安装时要注意穿孔 居中建议锚杆/锚索。