CN103670362A - 一种矿山液压钻机监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山液压钻机监控系统，它包括：检测模块，用于对液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角、震动、搬运状态和行进深度进行检测，与信号采集处理模块电连接；信号采集处理模块，用于采集检测模块各个传感器的信息，并将各个传感器的信息进行汇总、处理、存储及发送至监控模块，与监控模块电连接；监控模块，根据信号采集处理模块上传的数据信息对液压钻机的位置信息和工作状态进行实时监控；解决了现有技术对液压钻机的状态检测和监控还很不完善，大部分均采用单机人工记录等方式进行数据汇总，不能对液压钻机进行有效的检测和监控，由此引发了很多的矿难，造成很大的人员伤亡和经济损失等问题。

Description

一种矿山液压钻机监控系统

技术领域

本发明属于矿山液压钻机监控技术，尤其涉及一种矿山液压钻机监控系统。

背景技术

液压钻机是矿井下大量使用的装备，主要用于井下钻进瓦斯抽（排）放孔、注浆防灭火孔、煤层注水孔、防突卸压孔、地质勘探孔及其它工程孔；适用于岩石坚固性系数f8的各种煤层和岩层，钻机机械部分包括机架和立柱框架组成，液压系统主要由泵站、动力头、机架、立柱框架、操纵台和钻具等6大部分组成，随着煤矿矿难时有发生和国家矿难问责机制的严格执行，煤矿企业对井下安全生产越来越重视，瓦斯和矿井垮塌是近年矿难常见原因，而对井下煤层液压钻机检测监控是预防瓦斯和矿井垮塌的一个至为重要的手段，然后在实际生产过程中，由于经济或技术原因，导致对液压钻机的状态监测和监控还很不完善，大部分均采用单机人工记录等方式进行数据汇总，不能对液压钻机进行有效的监测和监控，由此引发了很多的矿难，造成很大的人员伤亡和经济损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种矿山液压钻机监控系统，以解决现有技术对液压钻机的状态检测和监控还很不完善，大部分均采用单机人工记录等方式进行数据汇总，不能对液压钻机进行有效的检测和监控，由此引发了很多的矿难，造成很大的人员伤亡和经济损失等问题。

提供发明技术方案：

一种矿山液压钻机监控系统，它包括：

检测模块，用于对液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角、震动、搬运状态、和行进深度进行检测，与信号采集处理模块电连接；

信号采集处理模块，用于采集检测模块各个传感器的信息，并将各个传感器的信息进行汇总、处理、存储并发送至监控模块，与监控模块电连接；

监控模块，根据信号采集处理模块上传的数据信息对液压钻机的位置信息和工作状态进行实时监控。

检测模块包括：

液压钻机工作姿态检测单元，用于检测液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角信息，与信号采集模块电连接；

液压钻机震动和搬动检测单元，用于检测液压钻机的震动和搬运状态，与信号采集模块电连接；

液压钻机行进深度检测单元，用于检测液压钻机的行进深度，与信号采集模块电连接。

液压钻机工作姿态检测单元为捷联式惯导姿态测量系统，它包括三轴光纤陀螺仪、三轴磁场计、三轴加速度计和温度传感器，均安装在液压钻机上。

液压钻机震动和搬动检测单元包括加速度计和角速度计，均安装在液压钻机上。

液压钻机行进深度检测单元包括接近开关，安装在钻杆加载装置处。

信号采集处理模块包括信号调理电路，信号调理电路与AD模块导线连接，AD模块与单片机导线连接，单片机与DSP处理芯片导线连接，DSP处理芯片与存储模块、以太网模块、外设接口模块和备用DA模块导线连接。

监控模块包括车载监控终端和地面远程监控中心。

检测模块还包括：张力或压力检测传感器、气体检测传感器和开关传感器，均与信号采集处理模块电连接。

 

本发明有益效果：

本发明在常规液压钻机基础上增加液压钻机工作姿态检测单元、液压钻机震动和搬动检测单元、液压钻机行进深度检测单元，采用三轴光纤陀螺仪、三轴磁场计、三轴加速度计和温度传感器、加速度计和角速度计、接近开关张力或压力检测传感器、气体检测传感器和开关传感器等检测元件对钻机的翻滚角、俯仰角、方位角、震动、搬运状态和行进深度等进行实时检测，并送至信号采集处理模块，进行集中汇总处理存储后送至监控模块，进行监控，以便于工作人员实时掌握了解钻机的工作状态，解决了现有技术对液压钻机的状态检测和监控还很不完善，大部分均采用单机人工记录等方式进行数据汇总，不能对液压钻机进行有效的检测和监控，由此引发了很多的矿难，造成很大的人员伤亡和经济损失等问题。

附图说明：

图1 为本发明总体结构示意图；

图2为本发明信号采集处理模块结构示意图。

具体实施方式：

一种矿山液压钻机监控系统，它包括（见图1）：

检测模块，用于对液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角、震动、搬运状态、和行进深度进行检测，与信号采集处理模块采用屏蔽导线连接；

信号采集处理模块，用于采集检测模块各个传感器的信息，并将各个传感器的信息进行汇总、处理、存储并发送至监控模块，与监控模块通过屏蔽导线或无线网络连接；

监控模块，根据信号采集处理模块上传的数据信息对液压钻机的位置信息和工作状态进行实时监控，监控模块包括车载监控终端和地面远程监控中心，车载监控终端采用工业液晶屏。

检测模块包括：

液压钻机工作姿态检测单元，用于检测液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角信息，液压钻机工作姿态检测单元为捷联式惯导姿态测量系统，它包括三轴光纤陀螺仪、三轴磁场计、三轴加速度计和温度传感器，均安装在液压钻机上，位于液压钻机后端部，对钻机姿态进行实时检测；本发明采用先进可靠的捷联式三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计作为基本测量元件。它具有体积小、重量轻、寿命长、动态性能好、耗电少、成本低、使用方便、不用维护保养等优点，同时光纤陀螺仪是一种固态陀螺，对井下恶劣环境的适应性比较强，加速度计采用MEMS加速度计，它以集成电路工艺和微加工工艺为基础，其体积小、重量轻、功耗小、成本低、易集成、过载能力强且可批量生产等优点。

液压钻机震动和搬动检测单元，用于检测液压钻机的震动和搬运状态，液压钻机震动和搬动检测单元包括加速度计和角速度计，均安装在液压钻机上，通过对液压钻机的分析可以实现更精确的钻深判定和姿态判定。

液压钻机行进深度检测单元，用于检测液压钻机的行进深度，与液压钻机行进深度检测单元包括接近开关，安装在钻杆加载装置处。

检测模块还包括：张力或压力检测传感器、气体检测传感器和开关传感器，张力与压力传感器主要是用于采集矿山机械设备，如传送带，吊装机器等设备的工作负载与运行负载数据；气体传感器主要是采集在矿业生产环境中有毒气体，易燃、易爆气体的散发与分布情况；主要是监测设备操作与重要开关继合器的开关情况；以实现对矿井下各种设备和环境的实时检测，进行集中统一监控。

信号采集处理模块包括信号调理电路，信号调理电路与AD模块导线连接，AD模块与单片机导线连接，单片机与DSP处理芯片导线连接，DSP处理芯片与存储模块、以太网模块、外设接口模块和备用DA模块导线连接，信号调理电路对采集信号进行放大滤波等处理，以提高信号的强度和准确度，信号采集处理模块采用主从式耦合导航的方式，即采用DSP芯片加单片机的主从式双处理器结构，DSP处理器主要负责数据的解算和信息的处理，并通过外设接口（如RS232或USB等）把解算结果上传，单片机则用来实现板级信号的控制，并把AD转换的结果写入DSP的存储空间，液压钻机的信号采集处理模块由于要实时计算振动、转动等信息，并进行信号的fft运算，需要强大的处理和运算能力，因此选用高性能DSP处理器，同时由于井下工作环境恶劣，设备为满足防爆设计不会有电控按钮，因此在信号采集处理模块在实时记录各种数据的同时，还要能够应对随时的断电情况，因此存储模块采用铁电存储器，可以实现无限次擦写， 常用的非易失存储器均有擦写次数限制，如常用nand flash存储器的擦写寿命是2万次，EEPROM存储器是10万次等，液压钻机工作中需要不断记录数据，以防止意外断电时丢失，因此需要使用无限次擦写的存储元件，本发明中使用铁电存储器，可以实现每200ms一次的数据记录，且无擦写寿命等优点。

Claims (8)

1.一种矿山液压钻机监控系统，它包括：

检测模块，用于对液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角、震动、搬运状态和行进深度进行检测，与信号采集处理模块电连接；

信号采集处理模块，用于采集检测模块各个传感器的信息，并将各个传感器的信息进行汇总、处理、存储及发送至监控模块，与监控模块电连接；

监控模块，根据信号采集处理模块上传的数据信息对液压钻机的位置信息和工作状态进行实时监控。

2.根据权利要求1所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：检测模块包括：

液压钻机工作姿态检测单元，用于检测液压钻机的翻滚角、俯仰角、方位角信息，与信号采集模块电连接；

液压钻机震动和搬动检测单元，用于检测液压钻机的震动和搬运状态，与信号采集模块电连接；

液压钻机行进深度检测单元，用于检测液压钻机的行进深度，与信号采集模块电连接。

3.根据权利要求2所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：液压钻机工作姿态检测单元为捷联式惯导姿态测量系统，它包括三轴光纤陀螺仪、三轴磁场计、三轴加速度计和温度传感器，均安装在液压钻机上。

4.根据权利要求2所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：液压钻机震动和搬动检测单元包括加速度计和角速度计，均安装在液压钻机上。

5.根据权利要求2所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：液压钻机行进深度检测单元包括接近开关，安装在钻杆加载装置处。

6.根据权利要求1所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：信号采集处理模块包括信号调理电路，信号调理电路与AD模块导线连接，AD模块与单片机导线连接，单片机与DSP处理芯片导线连接，DSP处理芯片与存储模块、以太网模块、外设接口模块和备用DA模块导线连接。

7.根据权利要求1所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：监控模块包括车载监控终端和地面远程监控中心。

8.根据权利要求1所述的一种矿山液压钻机监控系统，其特征在于：检测模块还包括：张力或压力检测传感器、气体检测传感器和开关传感器，均与信号采集处理模块电连接。

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