專利名稱：煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦井下巷道及工作面的頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在各類煤礦事故中，頂板事故仍居前位。隨著生產(chǎn)能力的提高、開采強(qiáng)度 的增大和向深部開采轉(zhuǎn)移，頂板安全問題越來越凸現(xiàn)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面 一是以錨桿支護(hù)為主要形式的巷道穩(wěn)定性。現(xiàn)有的支護(hù)參數(shù)到底有多大安全系 數(shù)？需要監(jiān)測手段進(jìn)行評估及潛在的危險(xiǎn)性預(yù)測。二是超前支承壓力影響范圍 多大？壓力集中程度多高？支承壓力高峰位置在何處？支承壓力前移速度是多 少？等，與超前支護(hù)和沖擊地壓密切相關(guān)因素等其他監(jiān)測問題；三是回采工作 面支護(hù)穩(wěn)定性和安全性?；夭晒ぷ髅嬷Ъ芄ぷ鳡顟B(tài)怎樣？支護(hù)是否滿足控制頂 板的要求？回采工作面上覆巖層初次來壓與周期來壓步距多大？來壓時(shí)對目前 支護(hù)系統(tǒng)有多大影響等。目前，煤礦上已有的監(jiān)測手段都是獨(dú)立的，包括煤礦 井下綜采工作面液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)、巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測系統(tǒng)、煤巖超前 支撐應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)、巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)等。因?yàn)楦鞅O(jiān)測單元相互 獨(dú)立，所以不能對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理；除了監(jiān)測手段獨(dú)立外，各 生產(chǎn)礦井的獨(dú)立監(jiān)測，也制約了整個(gè)礦區(qū)的資源共享。因此，充分利用網(wǎng)絡(luò)資 源，建立一套"基于以太網(wǎng)技術(shù)的礦山頂板安全監(jiān)測系統(tǒng)"，對促使煤礦安全上 一新臺階具有實(shí)際意義，在全國煤礦中具有重要推廣應(yīng)用價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為滿足煤礦井下安全需要，提出一種基于以太網(wǎng)平 臺建立的可實(shí)現(xiàn)全礦井礦壓在線監(jiān)測的綜合監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用礦區(qū)或礦井
3己經(jīng)建立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺，將各生產(chǎn)礦井頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成礦務(wù)局級礦 區(qū)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)礦壓監(jiān)測的自動化和信息共享。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是它包括井下四個(gè)子系統(tǒng)，即井下綜釆工作面液 壓支架監(jiān)測系統(tǒng)、巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測系統(tǒng)、煤巖超前支撐應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)、 巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述四個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過礦用 數(shù)據(jù)通訊電纜傳送到井下設(shè)置的礦用監(jiān)測主站，礦用監(jiān)測主站通過兼容電話線 或以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到井上設(shè)置的礦用數(shù)據(jù)通訊接口 ，通過礦用數(shù)據(jù)通訊接 口至監(jiān)測服務(wù)器，監(jiān)測服務(wù)器再傳送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)至礦區(qū)局 域網(wǎng)，并傳送到GPRS收發(fā)器至GPRS公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。本實(shí)用新型的監(jiān)測服務(wù)器 采用工控機(jī)，系統(tǒng)監(jiān)測分析軟件采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，CS/BS結(jié)構(gòu)，實(shí)行多 項(xiàng)集成，并發(fā)機(jī)制，支持多元化參數(shù)分析及報(bào)警功能。
監(jiān)測分析軟件的處理步驟是1、先根據(jù)礦井情況設(shè)置采場頂板參數(shù)及報(bào)警 閾值；2、監(jiān)測服務(wù)器接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與報(bào)警閾值進(jìn)行比較，比較結(jié)果超出閾 值范圍，軟件發(fā)出事件報(bào)警信息；3、同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫；4、對 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析、多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析和開采條件對比分析；5、將以 上分析情況再根據(jù)輸入的采場頂板參數(shù)作以下處理， 一是生成綜合報(bào)表，二是 輸出煤礦頂板的危險(xiǎn)性的綜合預(yù)測情況，三是輸出到GPRS收發(fā)器，對授權(quán)用 戶進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)輸出。
本系統(tǒng)根據(jù)煤巖層的賦存特點(diǎn)和物理力學(xué)性質(zhì)，在井下進(jìn)行布點(diǎn)，安設(shè)四 個(gè)子系統(tǒng)的傳感器。根據(jù)不同類型監(jiān)測數(shù)據(jù)所反映出圍巖穩(wěn)定狀態(tài)或支護(hù)體工 作狀態(tài)的數(shù)學(xué)力學(xué)模式，對四個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，由工控機(jī)進(jìn)行分析與解釋， 達(dá)到以下自動識別判定1)巷道圍巖安全性；2)或端頭支護(hù)的穩(wěn)定性和可靠 性；3)或錨桿及支架的工作狀態(tài)；4)或超前支撐壓力分布及轉(zhuǎn)移特征等。四個(gè)子系統(tǒng)兩兩相鄰，覆蓋內(nèi)外應(yīng)力場的整個(gè)范圍，在同一時(shí)間，可以監(jiān)測到不 同位置處的礦壓信息；隨著頂板巖層在相對穩(wěn)定的運(yùn)動到顯著運(yùn)動，再到頂板 來壓的全過程中，支撐壓力高峰要經(jīng)歷先向前方擴(kuò)展，后向工作面方向收縮的 往復(fù)過程，上述四個(gè)子系統(tǒng)將相繼經(jīng)歷壓力顯現(xiàn)高峰階段，這樣人們就可以從 前一個(gè)子系統(tǒng)(上一子系統(tǒng))的信息狀態(tài)預(yù)測相鄰系統(tǒng)(下一個(gè)子系統(tǒng))的信 息狀態(tài)；同理，可以從下一個(gè)子系統(tǒng)當(dāng)前的信息狀態(tài)驗(yàn)證此前在上一個(gè)子系統(tǒng) 預(yù)測的正確性，從而提高頂板動態(tài)監(jiān)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了全礦區(qū)的數(shù)據(jù)共享。其理論依 據(jù)是基于礦山壓力分布的"內(nèi)外應(yīng)力場理論"。隨采場推進(jìn)，上覆巖層運(yùn)動和礦 山壓力的分布都處于不斷的變化之中，其中上覆巖層(包括頂板)運(yùn)動的規(guī)律 性決定了礦山壓力分布及其顯現(xiàn)的規(guī)律性。在揭示了上覆巖層運(yùn)動、礦山壓力 分布及礦山壓力顯現(xiàn)因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，就可以通過實(shí)測得到的礦山壓力顯現(xiàn) 信息，預(yù)測上覆巖層運(yùn)動及礦山壓力分布的變化情況。
煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵是對采場礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的頂板巖層運(yùn)動的監(jiān) 測，頂板巖層運(yùn)動具有周期性，監(jiān)測頂板巖層周期性運(yùn)動過程是監(jiān)測活動的核 心。在頂板巖層周期性運(yùn)動過程中，礦山壓力分布和顯現(xiàn)的規(guī)律性充分體現(xiàn)在 同一位置處在不同時(shí)間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不同；不同時(shí)間內(nèi)，不同位置處的礦壓顯 現(xiàn)規(guī)律不同。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在頂板周期性運(yùn)動的全過程中盡可能在較大的 范圍內(nèi)，全程監(jiān)測多種礦壓信息并進(jìn)行綜合分析，從而得到準(zhǔn)確的預(yù)測預(yù)報(bào)結(jié) 果。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于四個(gè)子系統(tǒng)布置方案依據(jù)了上述頂板動態(tài)監(jiān)測 理論而進(jìn)行的。監(jiān)測系統(tǒng)采用兩級總線樹型結(jié)構(gòu)，井下監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)以回采工作面 為中心，由遠(yuǎn)及近布置。由遠(yuǎn)及近的順序依次是1、 巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)。主要監(jiān)測外應(yīng)力場中支撐壓力高峰 的位置，巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)，評價(jià)錨桿工作狀態(tài)及巷道圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)，為錨 桿支護(hù)和沖擊地壓預(yù)防等提供依據(jù)。
2、 煤巖超前支撐應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)。該系統(tǒng)位于工作面超前巷道中，傳感器 分布在以頂板巖層端部斷線為界的內(nèi)外應(yīng)力場兩個(gè)部分，主要監(jiān)測頂板巖層在 相對穩(wěn)定和顯著運(yùn)動全過程中，支撐壓力顯現(xiàn)在內(nèi)外應(yīng)力場中的變化過程，為 依據(jù)支撐壓力分布和轉(zhuǎn)移變化而決策礦壓問題提供依據(jù)，如高峰壓力分布位置、 范圍、頂板來壓遠(yuǎn)期、中期預(yù)報(bào)等。
3、 巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測子系統(tǒng)。該系統(tǒng)位于回采工作面上方頂板巖層 內(nèi)，主要監(jiān)測臨近采場的頂板巖柱內(nèi)的離層狀況，為上覆巖層的組合運(yùn)動狀況 及直接頂和老頂?shù)碾x層跨落狀況預(yù)測提供依據(jù)。
4、 煤礦井下綜采工作面液壓支架監(jiān)測子系統(tǒng)。本系統(tǒng)位于回采工作面內(nèi)， 隨采場推進(jìn)監(jiān)測支撐工作阻力，為研究合理的支架——圍巖關(guān)系、頂板控制的 設(shè)計(jì)和管理提供依據(jù)。
上述四個(gè)子系統(tǒng)的位置不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。從空間上說，四個(gè) 子系統(tǒng)兩兩相鄰，覆蓋內(nèi)外應(yīng)力場的整個(gè)范圍，在同一時(shí)間，可以監(jiān)測到不同 位置處的礦壓信息。從時(shí)間上說，隨著頂板巖層在相對穩(wěn)定的運(yùn)動到顯著運(yùn)動， 再到頂板來壓的全過程中，支撐壓力高峰要經(jīng)歷先向前方擴(kuò)展，后向工作面方 向收縮的往復(fù)過程。上述四個(gè)子系統(tǒng)將相繼經(jīng)歷壓力顯現(xiàn)高峰階段，這樣我們 就可以從前一個(gè)子系統(tǒng)(上一子系統(tǒng))的信息狀態(tài)預(yù)測相鄰系統(tǒng)(下一個(gè)子系 統(tǒng))的信息狀態(tài)；同理，可以從下一個(gè)子系統(tǒng)當(dāng)前的信息狀態(tài)驗(yàn)證此前在上一 個(gè)子系統(tǒng)預(yù)測的正確性，從而提高頂板動態(tài)監(jiān)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
參照圖1、圖2說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。

圖1是本實(shí)用新型的整體布置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理過程示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型包括以下四個(gè)字系統(tǒng)
1、 煤礦井下綜采工作面液壓支架監(jiān)測子系統(tǒng)可以由多個(gè)礦用壓力監(jiān)測分站
(最多64個(gè))組成，礦用壓力監(jiān)測分站采用多通道一體化監(jiān)測傳感器，傳感器 引壓孔通過高壓油管直接與綜采支架液壓腔連接，傳感器監(jiān)測到的信號經(jīng)過礦 用壓力監(jiān)測分站轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，礦用壓力監(jiān)測分站通過RS485接口、礦用通 訊電纜與上位的礦用監(jiān)測主站連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2、 巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測子系統(tǒng)由礦用數(shù)據(jù)通訊分站和總線式離層監(jiān)測
傳感器組成，離層監(jiān)測傳感器監(jiān)測到的煤礦頂板巷道圍巖離層位置、離層速度 變化的信號通過礦用通訊電纜傳輸?shù)降V用數(shù)據(jù)通訊分站，礦用數(shù)據(jù)通訊分站通 過RS485接口、礦用通訊電纜與上位的礦用監(jiān)測主站連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3、 煤巖超前支撐應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)由礦用數(shù)據(jù)通訊分站和總線式煤巖鉆孔應(yīng) 力傳感器組成，煤巖鉆孔應(yīng)力傳感器監(jiān)測到的煤巖采場上覆巖層的運(yùn)動誘發(fā)的 應(yīng)力作用信號通過礦用通訊電纜傳輸?shù)降V用數(shù)據(jù)通訊分站，礦用數(shù)據(jù)通訊分站 通過RS485接口、礦用通訊電纜與上位的礦用監(jiān)測主站連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
4、 巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)由礦用數(shù)據(jù)通訊分站和總線式錨桿應(yīng) 力傳感器組成，錨桿應(yīng)力傳感器監(jiān)測到的錨桿初始錨固力及錨桿受力變化的信 號通過礦用通訊電纜傳輸?shù)降V用數(shù)據(jù)通訊分站，礦用數(shù)據(jù)通訊分站通過RS485 接口、礦用通訊電纜與上位的礦用監(jiān)測主站連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
礦用監(jiān)測主站將各上述四個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過兼容電話線(或單模光
7纖)和礦用數(shù)據(jù)通訊接口傳輸?shù)骄媳O(jiān)測服務(wù)器(工控機(jī))。監(jiān)測服務(wù)器通過監(jiān) 測分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理(包括礦壓規(guī)律變化趨勢分析，頂板壓力 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，事件報(bào)警分析等)。通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V井局域
網(wǎng)；通過GPRS收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，根據(jù)軟件的配置信息， 實(shí)現(xiàn)授權(quán)的手機(jī)用戶接收不同的數(shù)據(jù)信息和報(bào)警服務(wù)。
圖2示出了本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理過程。1、根據(jù)實(shí)測礦井情況設(shè)置采場頂 板參數(shù)及報(bào)警參數(shù)，設(shè)定報(bào)警閾值輸入到監(jiān)測服務(wù)器；2、監(jiān)測服務(wù)器接收到實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)，與報(bào)警閾值進(jìn)行比較，若超出閾值范圍，發(fā)出事件報(bào)警信息；3、實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)同時(shí)定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫，并將采場頂板參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫；4、監(jiān)測分析軟件對 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，通過對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行不同權(quán)值的加權(quán)處理， 形成以時(shí)間為坐標(biāo)的譜圖曲線，可反映出頂板壓力不同時(shí)間段的作用規(guī)律；5、 監(jiān)測分析軟件對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析，將頂板的壓力參數(shù)與頂 板運(yùn)動的位移參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，再與巷道支護(hù)阻力聯(lián)系起來分析，可以確定支護(hù) 參數(shù)是否合適，巷道是否安全；6、監(jiān)測分析軟件對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行開采條 件對比分析，將不同的支護(hù)條件和采煤方法形成類，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與開采分類的 權(quán)值對比，確定是否存在支護(hù)安全問題；7、通過上述第4一6步的分析，根據(jù) 第三步輸入的采場頂板參數(shù)一是生成綜合報(bào)表，包括每天的綜合壓力數(shù)據(jù)，統(tǒng) 計(jì)分析支護(hù)合格值，二是輸出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測情況、給用戶的建議措施等，三是 輸出到連接GPRS收發(fā)器，對授權(quán)的用戶進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)輸出。
權(quán)利要求1、一種煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，它包括井下綜采工作面液壓支架監(jiān)測子系統(tǒng)、巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測子系統(tǒng)、煤巖超前支撐應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)和巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)，其特征在于，上述四個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過礦用數(shù)據(jù)通訊電纜傳送到井下設(shè)置的礦用監(jiān)測主站，礦用監(jiān)測主站通過兼容電話線或以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到井上設(shè)置的礦用數(shù)據(jù)通訊接口，通過礦用數(shù)據(jù)通訊接口至裝有監(jiān)測分析軟件的監(jiān)測服務(wù)器，監(jiān)測服務(wù)器再傳送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)至礦區(qū)局域網(wǎng)，并傳送到GPRS收發(fā)器至GPRS公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，它是將井下綜采工作面液壓支架監(jiān)測子系統(tǒng)、巷道頂板及圍巖離層監(jiān)測子系統(tǒng)、煤巖超前支撐應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)、巷道圍巖錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測子系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過礦用數(shù)據(jù)通訊電纜傳送到井下設(shè)置的礦用監(jiān)測主站，礦用監(jiān)測主站通過兼容電話線或以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳送到井上設(shè)置的礦用數(shù)據(jù)通訊接口，通過礦用數(shù)據(jù)通訊接口至裝有監(jiān)測分析軟件的監(jiān)測服務(wù)器，監(jiān)測服務(wù)器再傳送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)至礦區(qū)局域網(wǎng)，并傳送到GPRS收發(fā)器至GPRS公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。本實(shí)用新型根據(jù)煤巖層的賦存特點(diǎn)和物理力學(xué)性質(zhì)，在井下進(jìn)行布點(diǎn)，安設(shè)四個(gè)子系統(tǒng)的傳感器，實(shí)現(xiàn)了全礦區(qū)的數(shù)據(jù)共享。
文檔編號E21F17/00GK201236722SQ20082002668
公開日2009年5月13日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者卜照坤, 亮 吳, 張東升, 李建中, 閆相宏, 黃自偉 申請人:山東省尤洛卡自動化裝備股份有限公司