導語

頂板災(zāi)害是煤礦五大災(zāi)害之首，實現(xiàn)煤礦頂板的在線監(jiān)測是有效預(yù)防頂板災(zāi)害的必要環(huán)節(jié)。本期由能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺推薦的《礦用全光纖數(shù)字化頂板動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)》，是基于光學原理，采用無源本安設(shè)計、專門針對煤礦頂板災(zāi)害研發(fā)的新一代在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對頂板離層、錨桿、錨索載荷、煤巖層應(yīng)力進行多參數(shù)實時監(jiān)測；系統(tǒng)無分站，傳感器不帶電且具有極高的抗干擾能力，可實現(xiàn)超長距離傳輸和多參數(shù)綜合分析，研究形成了監(jiān)測與治理相結(jié)合的頂板綜合防治解決方案，最大限度的防止頂板事故發(fā)生。

一、系統(tǒng)概述

礦用全光纖數(shù)字化頂板動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于光學原理，采用無源本安設(shè)計專門針對煤礦頂板災(zāi)害研發(fā)的新一代在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光纖傳感技術(shù)對頂板離層、錨桿、錨索載荷、煤巖層應(yīng)力進行多參數(shù)實時監(jiān)測；系統(tǒng)主機采用多參數(shù)、大容量設(shè)計，可同時實現(xiàn)對頂板離層、錨桿(索)應(yīng)力及鉆孔應(yīng)力的實時在線監(jiān)測，傳感器均為光學無源本安型設(shè)計的光纖傳感器，具有極高的抗干擾能力。系統(tǒng)無分站，傳感器不帶電，可實現(xiàn)20km長距離傳輸，多參數(shù)綜合分析，不僅及時準確掌握頂板動態(tài)變化規(guī)律，還能為合理支護參數(shù)，解決支護不足或者過度支護問題提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。大量程可視化離層(位移)傳感器為國內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)水平達到“國際先進”水平。

系統(tǒng)架構(gòu)拓撲圖

二、系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

1.系統(tǒng)主機技術(shù)指標

2.光纖傳感器技術(shù)指標

三、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)顯示界面截圖

顯示功能：滿足多種類型圖表、系統(tǒng)圖、曲線圖、棒圖等現(xiàn)實要求。

分析功能：滿足歷史趨勢顯示，對未來趨勢進行評估，提供檢修參考信息；

報警功能：可根據(jù)實際情況設(shè)定不同地點的頂板參數(shù)預(yù)警值、報警級別及地理位置名稱；系統(tǒng)可設(shè)置聲音報警功能；

打印功能：具備各種報表的打印功能；

上傳功能：滿足實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳，輕松實現(xiàn)無人值守。

自檢功能：系統(tǒng)中某一個傳感器出現(xiàn)故障，軟件自動甄別出故障傳感器。

表格定制：滿足用戶可定制各種表格：實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)及統(tǒng)計報表、報警一覽表等。

查詢功能：滿足在系統(tǒng)圖上直接查詢設(shè)備信息、運行歷史數(shù)據(jù)等。

四、系統(tǒng)解決的主要技術(shù)問題

1.針對目前通用的機械式頂板離層儀無法實現(xiàn)實時監(jiān)測的弊端，該系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)測、數(shù)字化傳輸，實現(xiàn)了頂板動態(tài)的實時在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理及報警功能；

2.與傳統(tǒng)的電子式頂板監(jiān)測系統(tǒng)相比，由于傳感器采用無源本安設(shè)計，具有較好的抗干擾能力，應(yīng)用現(xiàn)場免受粉塵、頂板水及電磁干擾，系統(tǒng)架構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定可靠；

3.解決了傳統(tǒng)礦用光纖無源傳感器本地顯示難的問題，系統(tǒng)傳感器實現(xiàn)井下就地無源實時顯示功能；

4.系統(tǒng)采用了全數(shù)字化光纖通訊技術(shù)，數(shù)字化架構(gòu)采用了C/S與B/S架構(gòu)相結(jié)合，系統(tǒng)主機以TCPIP通訊為主，以CAN、485總線通迅為輔助，實現(xiàn)準分布式多點監(jiān)測，監(jiān)測覆蓋面廣，極大程度的減輕了安裝及維護的工作量。

五、系統(tǒng)主要創(chuàng)新點

1.系統(tǒng)從“傳感單元、監(jiān)測主機、服務(wù)器、云計算”整個鏈路層實現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)字化的實現(xiàn)解決了傳感器傳輸距離短、模擬信號易干擾、數(shù)據(jù)傳輸速度慢、分辨率低等問題，系統(tǒng)數(shù)字化實現(xiàn)了無論井下集成還是地面軟件集成更簡易，系統(tǒng)主流通訊協(xié)議采用當今工業(yè)控制領(lǐng)域的標準通訊協(xié)議MODBUS/TCP協(xié)議，系統(tǒng)主機以TCPIP通訊為主，以CAN、485總線通訊為輔，符合智慧礦山及智能化建設(shè)需求，實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，系統(tǒng)配備RJ45電口與光纖網(wǎng)口。

2.系統(tǒng)架構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，兼容性及帶載能力強；與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)無需大量分站，僅僅依靠一臺光電解調(diào)主機通過光纜可連接160支光纖頂板離層、錨桿(索)應(yīng)力、鉆孔壓力等傳感器，現(xiàn)場應(yīng)用可覆蓋3-4個采掘工作面或者一個采區(qū)，實現(xiàn)準分布式區(qū)域監(jiān)測。

3.系統(tǒng)傳感器基于光學原理，采取無源本安設(shè)計，大量程可視化離層(位移)傳感器量程達到500mm以上，是目前國內(nèi)量程最大的光學傳感器，解決了目前光纖傳感器無法實現(xiàn)就地顯示和量程小問題，傳感器設(shè)計為國內(nèi)首創(chuàng)，而且傳感器可重復利用。

4.系統(tǒng)利用光纖作為傳輸載體，通訊距離可達20km，解決傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)易受干擾、傳輸距離短、分站供電隱患及防潮防水等問題，系統(tǒng)可實時監(jiān)測頂板的變化規(guī)律，數(shù)據(jù)實時上傳，準確預(yù)報早期隱患點的位置，對預(yù)防頂板災(zāi)害和保證工作人員安全具有重要意義。

5.首次將光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)與全注漿錨索工藝有機結(jié)合，針對系統(tǒng)報警事件，及時采取注漿錨索治理措施，有效控制頂板沉降和破碎，監(jiān)測與治理相結(jié)合，形成一套完整的頂板綜合防治解決方案，最大限度的防止頂板事故發(fā)生。

六、應(yīng)用案例

該系統(tǒng)目前已在山東、河北、黑龍江等沖擊地壓礦井及千米深井推廣應(yīng)用，對于實時監(jiān)測頂板動態(tài)，預(yù)防頂板事故起到了較好的監(jiān)測預(yù)警效果，同時為礦井合理確定支護參數(shù)，改革支護工藝，發(fā)揮了積極作用。

山東某千米深井監(jiān)測報警截圖：

2019年6月26日安裝系統(tǒng)，28日頂板監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生二級報警，最大報警值150mm，通過局部注漿，截止7月2日，頂板狀態(tài)趨于穩(wěn)定。

黑龍江某骨干礦井安裝示意圖