煤矿顶板动态在线监测系统疏礼春（煤炭科学研究总院安全装备技术研究分院，北京100013）摘要：针对煤矿顶板灾害多发及人工监测不及时问题，设计了一种煤矿顶板动态在线监测系统；详细介绍了该监测系统的技术原理、组成结构、功能模块及应用效益。
实际应用表明，该系统实现了顶板压力、位移、应力监测数据之间的融合和可视化分析，可对煤矿顶板安全隐患进行快速、准确的预警、预报。
关键词：煤矿；顶板压力；在线监测中图分类号：TD76文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）10－0092－02Roof Dynamic On－line Monitoring System in Coal MineSHU Li－chun（Research Branch of Mine Safety Equipment Technology，China Coal Research Institute，Beijing100013，China）Abstract：For the problems that there are much more disasters in coal mine roof and the artificial monitoring roof are not in time，the paper designs a kind of roof dynamic on－line monitoring system in coal mine and introduces the technical principle and basic struc-ture，function module and the application efficiency of the monitoring system in detail．Practical application shows that the system real-ize the fusion and visualized analysis among roof pressure，displacement，stress monitoring data，which can provide rapid and accurate early warning and forecast for coal mine safety hidden trouble on roof．Key words：coal mine；roof pressure；on－line monitoring目前大部分煤矿对顶板压力、位移、应力的监测是通过人工方式对安装在综采支架上的压力传感器、巷道离层仪、应力计人工观测后计算得出，由于数据计算量较大，人工计算费时费力且及时性不够，常常造成对所观测到隐患不能及时做出预报。
KJ29型煤矿顶板动态在线监测系统是用于煤矿顶板运动各参数的计算机在线监测系统。
系统将计算机检测技术、无线和有线数据通讯技术和传感器技术融为一体，实现了复杂环境条件下对煤矿顶板的自动监测、分析和预警。
1系统组成结构煤矿顶板动态监测系统分为井下和井上2大部分，系统由计算机上位机软件系统、KJ236－J矿用数据通讯接口、KJ29－Z矿用隔爆兼本安型通讯主站、KJ29－F矿用本安型顶板监测分站、GDW150顶板位移传感器、GMY300锚杆（索）应力传感器、GZY50矿用支架（柱）压力传感器、KJJ1矿用本安无线网关设备组成。
根据煤矿具体需求可以组成电缆网传输、光纤与电缆混合组网，及光纤环网传输方式。
以光纤环网传输结构如图1。
2系统工作原理及技术指标1）系统以计算机网络为主体，兼容井下通讯电缆、光缆专线、以太网络及无线多种数据传输模式。
监测参数包括：工作面支架或支柱工作阻力、顶板离层位移、锚杆锚索载荷应力3个方面。
2）系统由3个不同监测功能的子系统（综采支架或支柱工作阻力监测子系统、顶板离层位移监测子系统、锚杆锚索应力监测子系统）组成，在有些煤矿根据具体的地质条件，可能只需要使用其中的1 2个监测子系统。
这3个监测子系统从功能上加以区分，硬件结构使用统一的总线地址编码，实际布置上分站可以混合排列，监测主机通过通讯协议区分数据类型，可满足国内大型矿井多采区布置的矿压监测需要。
3）提炼出由不同类型监测数据所反映出煤矿顶板稳定状态或支护体工作状态的数据，由计算机进行分析，达到自动识别判定巷道围岩安全性、支护稳定性和可靠性、锚杆或支架的工作状态等。
4）主要技术指标。
①系统分站容量：1 16台监测分站；②系统通讯距离：监测分站与传输接口最·29·（第43卷第10期）设计·开发图1KJ29顶板监测系统光纤环网传输方式结构图大通讯距离10km ，监测分站与传感器最大通讯距离2km ；③巡测周期：≤30s ；④系统画面响应时间：≤20s ；⑤测量参数：支架（柱）压力为0 50MPa ，锚杆（索）应力为0 300kN ，顶板离层位移为0 150mm 。
3软件系统组成软件系统的功能模块组成如图2。
图2KJ29煤矿顶板动态监测系统软件组成1）数据采集。
监测分站实时检测井下各压力、位移、应力传感器的数值的变化，并把当前值传输给通讯主站。
通讯主站可通过液晶显示屏展示各传感器的当前工作状态及监测数据，当通讯主站巡测监测分站时，监测分站将采集到的信息通过RS485总线回传到通讯主站。
通讯主站将数据通过光纤或环网连接到井上通讯接口，接口将收到的数据通过RS232口传输到监控主机，监控主机的数据采集模块实时处理上传数据，将数据存储，形成历史数据。
2）模拟显示。
①区域图：采用模拟图和柱状图的方式显示各测区的压力、应力、位移等实时监测值；②通讯图：图形化方式展示井下各通讯主站、监测分站、传感器的通讯状态、供电状态。
3）列表显示。
①实时测点：采用列表的方式显示井下各压力、位移、应力监测点的实时监测值和状态，包括测点编号、分站编号、测线号、传感器类型、监测值、状态、设备供电状态、数据更新时间、测点位置等；②分站状态：采用列表的方式显示井下各分站的工作状态，包括分站地址、分站名称、工作模式、当前状态、与无线网关的通讯状态、数据更新时间、分（下转第96页）·39·（2012－10）斯解吸，导致取芯筒内瓦斯压力上升，因此，现场解吸时初始瓦斯解吸量很大，1min时的瓦斯解吸量达0．7823mL/g，是传统岩芯管取样煤样1min瓦斯解吸量的34．6倍。
由于在同一地点取芯测试对比，因此煤质相差不大，表现在2种测定方法的粉碎解吸量和常压不可解吸瓦斯量基本相同。
反转密封取样极大缩短了取样过程煤样的暴露时间，因此能够降低损失瓦斯量占瓦斯含量的比值，减小因损失瓦斯量的推算过大而导致的瓦斯含量测值误差。
3结论1）反转密封取样装置结构新颖，操作方便。
能够取到碎屑状煤样，且在取样完成时能够完成所取煤样的密封，避免退钻过程中煤样瓦斯漏失；取样结束，无需转移煤样，可直接利用取样筒通过快接装置进行井下解吸，减少了煤芯转移暴露时间。
2）与传统岩芯管取样测定法相比，反转密封取样测定法能够缩短取样过程煤样暴露时间，降低损失瓦斯含量的推算值，减小损失瓦斯量占总瓦斯含量的比值，测定准确性更高。
参考文献：［1］周世宁，林柏泉．煤层瓦斯赋存与流动理论［M］．北京：煤炭工业出版社：1998．［2］贾晓亮，崔洪庆．煤层瓦斯含量测定方法及误差分析［J］．煤矿开采，2009，14（2）：91－93．［3］王耀峰．对于采用孔口取样方式进行瓦斯含量测定时煤钻屑暴漏时间的探讨［J］．煤矿安全，2005，36（3）：39－40．［4］胡千庭，邹银辉，文光才，等．瓦斯含量法预测突出危险新技术［J］．煤炭学报，2007，32（3）：276－280．［5］邹银辉，吕贵春，张庆华．瓦斯含量法预测突出危险性的试验研究［J］．矿业安全与环保，2007，34（4）：4－6．［6］刘志伟，何俊材，冯康武．瓦斯含量直接测定法在大方煤田的研究［J］．中国煤炭，2011，37（1）：99－101．［7］袁亮，薛生，谢军．瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的研究与应用［J］．煤炭科学技术，2011，39（3）：47－51．［8］齐黎明，陈学习，程五一，等．新型煤层瓦斯含量准确测定方法研究［J］．采矿与安全工程学报，2010，27（1）：111－115．作者简介：陈绍杰（1981－），男，河南焦作人，讲师，在读博士研究生，现在华北科技学院任教，研究方向为矿山安全。
（收稿日期：2012－02－27；责任编辑：王福厚檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷）（上接第93页）站位置等。
4）曲线显示。
①实时曲线：各监测点的实时数据曲线，每30s数据更新1次；②历史曲线：可以查询任意时间段的各监测点的历史数据曲线；③每日进尺：可查询各监测区域的每日回采或掘进进尺米数。
5）报表打印。
①原始数据；②日、月报表：查询特定时间段内某一测点的的连续的监测值；③报警明细、报警统计：查询特定时间段内系统测点的报警明细信息和统计信息。
6）系统信息。
基本信息的增加、修改、删除操作。
7）综合分析。
①事件分析：分析特定时间段的压力、位移、应力数据，采用发生大、小事件概率方法进行表示，最终得出特定时间段内的顶板是否安全、是否应该密切关注顶板压力变化；②周期来压：采用曲线的形式展示特定时间段内，某一测线的压力、位移、应力监测点随着采掘工作面的推进，顶板压力的变化趋势；③压力分析：采用柱状图和饼图的形式展示特定时间段内，某一测线的压力、位移、应力监测点的压力、位移、应力的分布范围，从而得出顶板安全状况。
4结语KJ29煤矿顶板动态在线监测系统实现了煤矿顶板压力的在线监测、预警和分析，综采工作面液压支架压力信号的无线传输，解决了工作面布线不便、放炮容易崩断电缆、液压支架挪动容易拖断电缆、巷道上隅角处电缆易折断等问题。
且实现了在上位机监测系统上实时显示各个液压支架的压力值、顶板离层位移量、锚杆锚索载荷应力值，当超过设定的报警上、下限值时上位机监测系统将自动报警。
作者简介：疏礼春（1981－），男，安徽安庆人，工程师，从事煤矿安全生产管理类的软件设计与研究工作。
（收稿日期：2012－03－17；责任编辑：李力欣）·69·（第43卷第10期）设计·开发。