顶板压力监控

1、中煤顺通辛安煤业KJ685煤矿顶板动态安全检测系统技术方案 泰安市鲁洲机械电子设备有限公司山东科技大学煤矿灾害监测工程研究中心2013年03月04日技术方案目录一、 监测内容 二、 监测系统实现的功能三、 产品技术特点四、 系统结构及组成说明（含电气结构图）五、 系统监测方法及工作原理六、 系统现场布置及安装说明七、 技术指标、技术参数八、 系统软硬件配置清单一、 矿井概况(一)、1401工作面概况1、1401工作面概况概况煤层名称4#层水平名称水平采区名称南盘区工作面名称1401回采工作面地面标高1674-1682工作面标高+1455+1472地面位置地面为中山丘陵黄土掩盖地貌，植被稀少地势

2、起伏较大、沟谷呈树枝状“V”字形发育，地表无建筑物、无河流、改回采面位于井田南部。井下位置工作面东西布置，北、西、南三向均为实体煤，东侧20米1402工作面。走向长（m）872倾 向 长（平距）（m）200平 面 积（m2）174400煤层情况煤层总厚（m）7.47煤 层 结 构煤层倾角（°）0-6°简单煤层总厚是7.47米根据实际计算，采厚3.2m，机采厚3.2m，放煤厚度4.27米。煤层为气煤、长焰煤，内含2层夹矸，厚度均为0.3米。煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称厚度（m）岩 性 特 征老 顶细砂岩8.25-17.9胶接致密的水平层理。直接顶粉砂质泥岩1.22-3.0

3、层理发育伪 顶0.3棕色、灰色高岭土直接底粉砂质泥岩1.79-3.8无层理、质密。2、工作面简介： 1401工作面长200米，顺槽到井口3040米，井口到办公室300米。（实地测绘距离）2.1 工作面液压支架：中间架型号：ZF8000/22/35_ 过渡架型号： ZFG8000/22/35 。2.2 两巷超前支护：单体液压支柱型号_DW35/100_ 。 3. 工作面测区的布置： 3.1 工作面支架工作阻力测区：工作面共布置 135 台支架。其中有 6 台过渡支架，机头3_台，机尾3_台；其余为中间架 129台 。4.工作面现有的监测仪器是顶板离层监测仪（机械式）； (二)、1402

4、工作面概况1、1402工作面概况概况煤层名称4#层水平名称水平采区名称南盘区工作面名称1402 地面标高1640工作面标高+1485+1508地面位置位于井田范围东南部，地表为中山丘陵黄土掩盖地貌，植被稀少、地势起伏较大、沟谷呈树枝状“V”字形发育，地表无建筑物、无河流。井下位置位于井田范围南部，工作面东西布置，西侧为1401工作面，东侧为采空区。走 向 长（m）1470倾 向 长（平距）200m平 面 积（m2）294000煤层情况煤层总厚（m）10煤 层 结 构煤层倾角（°）0-10°简单煤层总厚是10米，机采厚3.2m，放煤厚度6.8米。煤层为气煤、长焰煤，内含2层夹

5、矸，厚度均为0.3米。煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称厚度（m）岩 性 特 征老 顶细砂岩8.25-17.9胶接致密的水平层理。直接顶粉砂质泥岩1.22-3.0层理发育伪 顶0.3棕色、灰色高岭土直接底粉砂质泥岩1.79-3.8无层理、质密。2、工作面简介：1402工作面长210米，顺槽到井口3800米，井口到办公室300米。（实地测绘距离）2.1 工作面液压支架：中间架型号：ZF8000/22/35_ 过渡架型号： ZFG8000/22/35 。2.2 两巷超前支护：单体液压支柱型号_DW35/100_ 。 3.  工作面测区的布置： 3.1 工作面支架工作阻力测区：工作面共布置

6、136 台支架。其中有 6 台过渡支架，机头3_台，机尾3_台；其余为中间架 130台 。4.工作面现有的监测仪器是顶板离层监测仪（机械式）； 二、项目监测要求（内容）KJ685煤矿顶板动态安全检测系统1401工作面在端头安装2台压力监测分机，在端尾安装2台压力监测分机，每架监测二个压力测点，每隔6架安装1台压力监测分机，共设计安装26台压力监测分机（含备用两台），压力监测分站安设2台。1402工作面在端头安装2台压力监测分机，在端尾安装2台压力监测分机，每架监测二个压力测点，每隔6架安装1台压力监测分机，共设计安装26台压力监测分机（含备用两台），通讯分站安设3台（备用1台）。三、系统实现功

7、能1井上计算机动态模拟显示监测参数、报警 监测服务器和客户端可实时显示监测点的数据和直方图，当监测数据超限时能自动报警并记录报警事件。2井下现场显示数据和报警 井下的压力监测分机可实时监测数据，能根据设定报警参数报警指示，通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示。3监测数据自动记录存储 井上监测服务器能根据设置记录周期将数据存储到数据库，数据采用动态存储技术，数据库采用SQL海量数据库。4.连续监测曲线显示、分析 5软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析。6监测数据综合专业化分析；ZMPSES监测分析软件综合了矿压理论数学模型，支持综合专业化数据分析。l 工作面支架循环工

8、作阻力分析l 测线（或上、中、下部）顶板运动规律分析l 工作面顶板压力分布分析l 支架液压系统故障诊断 l 工作面周期来压步距、强度分析等 l 巷道顶板及围岩运动分析l 巷道支护应力变化分析l 多元参数关联分析及预警7历史数据查询及报表输出历史数据时间区间查询，历史曲线查询和输出，统计分析，输出标准综合分析报表。三、KJ685煤矿顶板动态安全检测系统主要技术特点 KJ685煤矿顶板动态安全检测系统是第一套专业用于全矿井矿压综合在线实时监测系统，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。 2该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

9、矿压监测，每个测区检测内容包括：综采工作阻力、顶板离层、煤岩支撑应力、锚杆支护应力、充填体承载应力多元参数监测。系统容量达1000个测点。 3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，提高了系统环境适应性，与其他的煤矿安全监控系统有本质的区别。 4.传感器采用总线技术，监测分站最大可连接128个传感器，相比集散式（分站+模拟信号传感器）结构可靠性更高，成本更低。6.智能一体化监测分站和传感器，有微处理器控制，内置总线接口，具有现实的独立报警设置功能。7、监测分析软件采用矿压专家提出的数据分析处理思想，分析功能更具专业化，分析结果更具科学性，指导安全生产的效果更好。四、 监测系统

10、结构及组成 井下部分 系统配置一个采煤工作面的顶板动态监测系统。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3、4所示。1041和1042工作面分别主要设备配置是： 1）矿用本安型监测分站 KJ685-F 3台（备用1台）2）矿用本安型压力监测分机 KJ685-FJ 26台 （配套相应的电源及其它设备，详见设备清单）本矿选择了单独铺设通信电缆的通讯方式，井下的数据信号通过通信电缆接入到通讯转换器。通讯分站与下为监测分机通过RS485总线电缆连接，与下位分站构成主从式系统结构。通讯分站负责监测多个测区，

11、通讯分站循环采集和显示每个监测点的数据，并能实时报警。数据通讯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，当支架测点（传感器）收到主站的指令时中断采集过程将存储的数据发送到上位主站。KJ685煤矿顶板动态安全检测系统 如图3。 1041和1042工作面各设计安装26台顶板压力监测分机(另备用两台)顶板压力监测分机。每台压力分机监测一组支架的二个测点，每台KDW28电源可供12台顶板压力监测分站正常工作。压力分站采用一体化设计，集监测、显示、报警、总线接口、传感器于一体。压力分站由16位单片计算机控制，具有数据分析功能，自动显示初撑力、当前工作阻力、最大工作阻力。当压力值超过报警设定

12、值时光报警。传感器根据工作面条件设计，能抗强顶板断裂引起的压力冲击。传感器通道通过高压油管与支架的高压腔连接。压力分机采用一体化结构的优点是：工作面内的地质条件复杂，传感器与压力分机一体化结构避免了分机与传感器之间电缆的损坏，提高了系统得可靠性。6 660V/127V660V/127VV4芯电缆监测分站采区变电所设备列车接线盒监测分站防爆电源轨道顺槽P1压力监测分机P2 工作面5141工作面P3P10皮带顺槽图3 KJ685煤矿顶板动态安全检测系统硬件组成及布置图 五、系统工作原理与工作过程 1、综采工作面支架工作阻力监测综采顶板压力监测分机是最基本的测量单元，每台监测分机包含二个压力监测通道

13、，支架的高压腔由管路连接到压力通道。压力监测分机在供电状态独立工作，每5秒监测一次二个通道的压力数据，由程序自动判断初撑力、最大工作阻力，LCD显示器显示二个通道的数据，通过面板控制键可启动背光显示。当压力监测分机收到总线请求发送数据指令时，自动将数据发送到总线。 综采监测子系统使用专用的数据通讯分站控制，每台通讯分站最大可巡测128台压力监测分机，每台监测分机有独立的地址编码，通讯分站与压力监测分机通过RS-485总线构成上下位关系，通讯分站按编码顺序巡测压力监测分机数据，存储并循环显示数据。通讯分站可诊断并显示下位压力监测的工作状态（正常/故障）。2 、 井下数据通讯系统通讯分站与多台通讯

14、分站构成上下位主从关系，通讯分站固定设置地址编码，依次巡测每个分站，分站接收巡测指令后，通讯分站将每次巡测的数据通过主传输系统发送到井上通讯接口。3、 井上接收及数据处理系统井上通讯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ZMPSES监测分析软件（C/S），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。六、 监测系统现场测点布置与安装工作面支架工作阻力监测系统如图3所示，1041和1042工作面各安装26台顶板压力监测分机（另备用两台）。压力监测分机端头端尾支架各布置2台，其他按均匀布置，分机固定安装在支架的顶梁下面，工作面通讯电缆采用吊挂式安装，压

15、力分机的1、2 压力通道采用KJ10高压油管与综采支架的左右立柱连接，综采通讯分站安装在开关列车上，通讯分站通过一条防护式电缆与工作面压力监测分机连接，工作面推进时通讯分站及电源、电缆随开关列车一起移动。安装方法如图4高压油管控制阀支架立柱监测分机 图4 压力监测分机安装示意图七、技术指标、参数监测服务器操作系统 : Windows 2003/5/7 server 数据库平台： SQL server 1 系统综合技术指标 1）系统分站容量 1128（监测分站）2）系统监测点数 < 10003）系统通讯距离 <20km（通信电缆） <30km ( 单模光纤)4）系统巡测周期 2

16、0S 5）传输接口 RDS-100 串行异步 MWF485 单模光纤接口6）通讯速率 120057600BPS（出厂设置1200） 7） 运行环境 环境温度： 040（井下） 平均相对湿度：不大于75%（井上）；不大于95%（井下）大气压力：80kPa106kPa8）供电电源 a.地面设备交流电源 额定电压：220V，允许偏差:-10%+10%；谐波：不大于5%；频率：50Hz；允许偏差±5%。b.井下设备交流电源额定电压：127V，允许偏差: -25%+10%；谐波：不大于10%；频率：50Hz；允许偏差±5%。 2矿用本安型监测分站1） 接入容量 1128 点2） 显示

17、方式 LCD 20*4（中文） LED背光3） 井上通讯方式 RDS-100 1200bp （井上通讯） NPORT 以太网接口 MWF485 单模光纤接口 4）下位通讯 RS485 1200bps 5） 通讯距离 至井上接口 25km 至下位分站 10km6）电源波动范围 DC1218V （本安电源）150 mA7）防爆形式 本质安全型 Exibl3、矿用本安型顶板压力监测分机 1）压力通道数 2（内置传感器） 2）量程 060Mpa 3）精度 1.5% 4） 显示分辨率 ±0.1MPa 5）显示方式 LCD 20 ×4（中文） LED背光6）通讯接口 RS485 120

18、0bps 7）传输方式： 异步全双工、半双工（RS-485 ）9）报警参数 160MPa（用户设定） 10）报警方式 光闪烁 11）电源 DC18V （本安电源） 35mA11) 防爆形式 本质安全型 Exibl 5、矿用隔爆兼本安不间断电源箱 1）电源箱输入 AC127V/380V/660V 50Hz 2) 输入电压波动 80%110% 3）输出电压 18V 0.8A; 18V 0.5A 4）备用电池 24V 1.3AH 供电延时时间2小时 5）电源切换时间 不间断、连续 6）保护方式 双重过压、过流保护八、顶板综合监测系统设备配置清单 1401、1402两个工作面配置清单价格表 单位：元序号名 称型号数量单位单价总价一井上设备1监测服务器（工业计算机）威达电RACK-3601台8600元8600元2UPS电源 1000VA1台2100元2100元3激光打印机HP10071台1800元1800元4矿用数据通讯接口KJ685-Z1台6200元6200元5监测分析软件 （B/S+C/S网络版）ZMPSES1套6通讯防雷器SR-E24V/2