CN111577392A - 一种回采巷道多参数综合智能监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回采巷道多参数综合智能监控方法，具体是：在采煤工作面回采巷道内建立一系列监测断面，监测断面内布置多种传感器，实时检测位移、应力、气体、温度、粉尘、人员定位等指标变化情况；回采巷道口设置数据监测子站，采集各传感器监测的数据，并将收集的数据上传到数据采集分站，数据采集分站再通过信号转化上传到地面监测服务中心，地面监测服务中心负责判断接收的各项数据是否在预设的安全阈值内，及时调整井下支护体布置，再次进行监测，直到各项监测指标处于安全阈值内，达到巷道服务要求。本发明解决了传统人工监测存在的误差大、监测效率低等问题，实现了多断面、全时空、无人化智能监测，显著提高了监测的准确度与效率。

Description

一种回采巷道多参数综合智能监控方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道安全监测领域，具体涉及一种回采巷道多参数综合智能监控方法。

背景技术

随着我国煤炭行业智能化进程的不断加快及煤矿开采条件复杂程度加深，工作面回采巷道安全性的重视程度也在不断提升。采煤过程中，回采巷道担负整个工作面的煤炭运输，材料运送及通风通人等重要功能，其安全状况直接影响整个煤矿的安全运行。长期以来，众多回采巷道危险因子，无时无刻不在威胁着回采巷道的安全性，但这也成为监测巷道安全性的重要指标。其中，围岩位移应力裂隙反映巷道顶板承载状态和运动特征，气体温度粉尘关乎工作面安全生产和工人身体健康，支护体应力状态影响支护体工作状况、人员定位涉及矿井生产管理水平。为保证回采巷道安全稳定，需要对巷道支护过程中围岩应力、位移，气体温度粉尘等多因素变量进行监测分析，随着开采地质条件越来越复杂，监测能力的准确性和可靠性要求也越来越高。

目前已有多种测量装置及方法得到广泛应用，但在测量过程中还是以人工手动测量为主，这种测量方法不仅会对测量装置产生一定干扰，而且人工在长期监测过程中由于疲劳造成测量误差及操作不当造成测量失误等情况，不能真实全面的反映巷道各参数实际情况，而大范围长期监测会消耗大量人力、物力，造成成本急剧增加，满足不了煤矿智能化发展的目标。因而，缺少一种智能化、易操作、准确度高、系统性强的监测系统用于井下回采巷道各参数的监测与预警。

发明内容

本发明的目的是提供一种回采巷道多参数综合智能监控方法，智能化水平高、抗干扰能力强，能够进行巷道多断面、全时空的位移、应力、支护体强度、气体、温度、粉尘、人员定位等多参数监测分析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种回采巷道多参数综合智能监控方法，具体步骤包括：

①建立井下工作面回采巷道监测断面，实时监测井下巷道围岩应力变形、支护体强度、气体、温度、粉尘、人员定位情况，为巷道监测提供基础参数；

②建立井下数据采集子站，收集所述监测断面内各传感器监测到的数据，并将收集到的数据上传到数据采集分站，保证数据传输的稳定可靠；

③建立地面监测服务中心，对数据采集分站上传的数据与预设的安全阈值进行比对处理，及时调整井下支护体布置，再次进行监测，直到各项监测指标处于安全阈值内，达到巷道服务要求。

进一步的，步骤①中，所述的监测断面内布置有：

锚杆索应力传感器，用于煤矿巷道顶板锚杆或锚索的受力监测；

顶底板移近量动态报警仪，用于测量岩层位移变化情况，测量顶底板移近量、移近速度，进行采场来压预测，监测支承压力高峰位值等；

围岩移动传感器，在传统两基点围岩移动传感器监测的直接顶和基本顶以外增加一个不动的基准点，对顶板上覆岩层的不同层位的顶板离层层位、离层量下沉量进行准确的校验与监测；

钻孔应力传感器，用于测量因采动影响煤层或岩层内部垂直及水平应力场的变化；

激光测距仪，用于煤矿两帮之间水平距离监测，具有显示与发送功能；

气体温度集成传感器，用于监测巷道内CH₄、CO浓度及巷道温度变化；

粉尘定位集成传感器，用于监测巷道内粉尘浓度及巷道人员定位；

围岩裂隙探测传感器，用于监测巷道顶板围岩裂隙发育情况。

优选的，所述激光测距仪由激光测距仪主机和激光测距仪探头组成。

进一步的，步骤②中，在每条监测的回采巷道内布置一台数据监测子站，数据监测子站分别与所述锚杆索应力传感器、顶底板移近量动态报警仪、围岩移动传感器、钻孔应力传感器、激光测距仪、气体温度集成传感器、粉尘定位集成传感器和围岩裂隙探测传感器通过无线通信方式连接，用于收集各传感器监测的数据，并通过信号转化上传到数据采集分站。

优选的，所述数据采集子站布置在回采巷道口的帮部。

进一步的，所述数据采集分站可以实现光纤信号、以太网信号以及电话线信号的相互转换，进行数据的高效稳定传输。

优选的，所述数据监测子站与光端机连接，将各类接收信号转化成光信号。

进一步的，在矿井工业广场内建立地面监测服务中心，监测服务中心包括判断和控制两个模块，判断模块为通过整理数据采集分站上传数据，实时动态显示各监测巷道监测参数，生成交互式参数曲线、直方图、云图，判断各数据是否超出预设安全阈值，出现异常可实时报警并记录报警事件，并将超出安全阈值的传感器数据上传到报警装置；控制模块为通过编写相关程序定位到超出安全阈值的传感器的位置，并将所在位置信息显示到显示器上，实现精准定位。

与现有技术相比，本发明提供的用于回采巷道多参数综合智能监控方法，与现有技术相比有以下进步：监控智能化水平高，耗费的人力物力少，布置维护简单；监测精准度高，监测数据可以充分反映实际位移、应力、能量变化等多项指标，反映信息全面；时空可靠性强，即时间上工作面全周期连续监测、空间上多断面同时在线监测。

附图说明

图1是本发明的一种回采巷道多参数综合智能监控方法示意图；

图2是选取某一监测断面的传感器布置图。

图中，1-锚杆、2-锚索、3-激光测距仪探头、4-激光测距仪主机、5-锚杆索应力传感器、6-顶底板移近量动态报警仪、7-围岩移动传感器、8-钻孔应力传感器、9-反射板、10-数据采集子站、11-数据采集分站、12-地面监测服务中心、13-报警装置、14-显示器、15-监测断面、16-气体温度集成传感器、17-粉尘定位集成传感器、18-围岩裂隙探测传感器、19-光端机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种回采巷道多参数综合智能监控方法包括：

①建立井下工作面回采巷道监测断面，实时监测井下巷道围岩应力变形、支护体强度、气体、温度、粉尘、人员定位情况，为巷道监测提供基础参数；

监测断面内各传感器的布置如图2所示：

a.锚杆索应力传感器5，用于煤矿巷道顶板锚杆或锚索的受力监测；采用穿孔式固定安装，每个监测断面在顶板中线一侧700mm处安装1台锚杆索应力传感器(监测1根锚索)；

b.顶底板移近量动态报警仪6，用于测量岩层位移变化情况，测量顶底板移近量、移近速度，进行采场来压预测，监测支承压力高峰位值等；需要在顶底板中线位置安设牢固的基点。基点的安设方法是：先用钻在顶底板打眼，顶底板上基点的连线应与顶底板垂直，在孔眼内楔入事先准备的木桩，外露端钉入一个铁钉，钉尾即作为观测基点，将顶底板移近量动态报警仪安装在底板基点上，完成安装；

c.围岩移动传感器7，对顶板上覆岩层的不同层位的顶板离层层位、离层量下沉量进行准确的校验与监测；安装时，首先在巷道顶板钻一个安装孔，用安装杆将不动点锚爪、深部基点锚爪和浅部基点锚爪分别送至安装孔，送入时用手拉紧钢丝绳，将围岩移动传感器7插入安装孔，使围岩传感器托盘紧贴顶板。将不动点、深、浅基点钢丝绳拉紧绷直，然后旋紧螺丝，将多余的钢丝绳剪掉，固定好围岩传感器后，按“清零”键，将围岩传感器设置清零；

d.钻孔应力传感器8，用于测量因采动影响煤层或岩层内部垂直及水平应力场的变化；由钻孔测力计、三通和传感器三部分组成，首先需用钻头(根据实际情况选取)在巷道顶板钻取安装孔，依次把钻孔测力计、三通和传感器分别送入钻孔，推送时，方向不能转动，保持各部件垂直向上，直至完成安装；

e.激光测距仪，用于煤矿两帮之间水平距离监测，具有显示与发送功能；由激光测距仪主机4和激光测距仪探头3组成安装时，在巷道侧帮安装激光测距仪探头3、激光测距仪主机4，沿激光测距仪光束方向的反射板9安装在巷道的另一帮，以确保激光光束打在反射板的中心区域；

f.气体温度集成传感器16，用于监测巷道内CH₄、CO浓度及巷道温度变化；安装在距巷道顶板不大于300mm，距巷帮不小于200mm的位置；

g.粉尘定位集成传感器17，用于监测巷道内粉尘浓度及巷道人员定位；安装于巷道帮部中线以下位置；

h.围岩裂隙探测传感器18，用于实时监测顶板围岩裂隙发育情况；安装于顶板位置。

②建立井下数据采集子站，收集各传感器监测到的数据，并将收集到的数据上传到数据采集分站，保证数据传输的稳定可靠；

为保证数据传输稳定，在每条回采巷道内布置一台数据采集子站10，数据采集子站布置在巷道口帮部，数据监测子站10一端分别与所述锚杆索应力传感器5、顶底板移近量动态报警仪6、围岩移动传感器7、钻孔应力传感器8、激光测距仪、气体温度集成传感器16、粉尘定位集成传感器17和围岩裂隙探测传感器18通过无线通信方式连接，一台数据监测子站10通过通信电缆与一台光端机19相连，将各类接收信号转化成光信号；井下数据采集分站11安装于靠近工业以太环网交换机的硐室内，通过阻燃网线接入工业以太环网交换机，井下数据采集分站11与光端机19通过通信电缆相连，即数据监测子站10-光端机-光端机-数据采集分站11依次连接。所述数据采集分站可以实现光纤信号、以太网信号以及电话线信号的相互转换，进行数据的高效稳定传输。

为保证巷道长时间不间断多参数监测工作，在数据采集分站11安装位置附近布置矿用隔爆兼本安不间断电源，用于为井下数据采集分站11及数据监测子站10供电。

③在矿井工业场内建立地面监测服务中心12，对数据采集分站上传的数据与预设的安全阈值进行比对处理，及时调整井下支护体布置，再次进行监测，直到各项监测指标处于安全阈值内，达到巷道服务要求。

所述监测服务中心包括：

数据分析处理主机，所述数据分析处理主机包括判断模块和控制模块，所述判断模块为通过整理数据采集分站上传数据，实时动态显示各监测巷道监测参数，生成交互式参数曲线、直方图、云图，判断各数据是否超出预设安全阈值，出现异常可实时报警并记录报警事件，并将超出安全阈值的传感器数据上传到报警装置13；所述控制模块为通过编写相关程序定位到超出安全阈值的传感器的位置，并将所在位置信息显示到显示器14上，实现精准定位；

报警装置13，实时报警出现的各类监测数据异常情况；

显示器14，实时定位显示出现异常数据传感器的位置。

井上监测服务中心12主机并入矿内机房并安装正常监测所需的数据库、服务器、客户端软件，各相关办公室安装客户端软件，利用局域网进行数据共享。监测主机利用网线与环网交换机连接。

Claims (8)

1.一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，具体步骤包括：

①建立井下工作面回采巷道监测断面，实时监测井下巷道围岩应力变形、支护体强度、气体、温度、粉尘、人员定位情况，为巷道监测提供基础参数；

②建立井下数据采集子站，收集所述监测断面内各传感器监测到的数据，并将收集到的数据上传到数据采集分站，保证数据传输的稳定可靠；

③在矿井工业广场内建立地面监测服务中心，对数据采集分站上传的数据与预设的安全阈值进行比对处理，及时调整井下支护体布置，再次进行监测，直到各项监测指标处于安全阈值内，达到巷道服务要求。

2.根据权利要求1所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，步骤①中，所述的监测断面内布置有：

锚杆索应力传感器，用于煤矿巷道顶板锚杆或锚索的受力监测；

顶底板移近量动态报警仪，用于测量岩层位移变化情况，测量顶底板移近量、移近速度，进行采场来压预测，监测支承压力高峰位值；

围岩移动传感器，在传统两基点围岩移动传感器监测的直接顶和基本顶以外增加一个不动的基准点，对顶板上覆岩层的不同层位的顶板离层层位、离层量下沉量进行准确的校验与监测；

钻孔应力传感器，用于测量因采动影响煤层或岩层内部垂直及水平应力场的变化；

激光测距仪，用于煤矿两帮之间水平距离监测，具有显示与发送功能；

气体温度集成传感器，用于监测巷道内CH₄、CO浓度及巷道温度变化；

粉尘定位集成传感器，用于监测巷道内粉尘浓度及巷道人员定位；

围岩裂隙探测传感器，用于监测巷道顶板围岩裂隙发育情况。

3.根据权利要求2所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，所述激光测距仪由激光测距仪主机和激光测距仪探头组成。

4.根据权利要求2所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，步骤②中，在每条监测的回采巷道内布置一台数据监测子站，数据监测子站分别与所述锚杆索应力传感器、顶底板移近量动态报警仪、围岩移动传感器、钻孔应力传感器、激光测距仪、气体温度集成传感器、粉尘定位集成传感器和围岩裂隙探测传感器通过无线通信方式连接，用于收集各传感器监测的数据，并通过信号转化上传到数据采集分站。

5.根据权利要求4所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，所述数据采集子站布置在回采巷道口的帮部。

6.根据权利要求4所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，所述数据采集分站可以实现光纤信号、以太网信号以及电话线信号的相互转换，进行数据的高效稳定传输。

7.根据权利要求4或5所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，所述数据监测子站通过通信电缆与光端机连接，将各类接收信号转化成光信号。

8.根据权利要求1所述的一种回采巷道多参数综合智能监控方法，其特征在于，步骤③中，所述监测服务中心包括数据分析处理主机、报警装置和显示器，所述数据分析处理主机包括判断模块和控制模块，所述判断模块为通过整理数据采集分站上传数据，实时动态显示各监测巷道监测参数，生成交互式参数曲线、直方图、云图，判断各数据是否超出预设安全阈值，出现异常可实时报警并记录报警事件，并将超出安全阈值的传感器数据上传到报警装置；所述控制模块为通过编写相关程序定位到超出安全阈值的传感器的位置，并将所在位置信息显示到显示器上，实现精准定位。

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