KJ27说明书概要.docx

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KJ27说明书概要

KJ27矿山压力位移监测系统

——支承压力分布监测子系统

技

术

方

案

徐州弘毅电子科技有限公司

ChinaUniversityOfMiningAndTechnologyHongyiElectronicCo.,Ltd

目录

第一章企业简介3

第二章支承压力分布监测目的与内容3

第三章支承压力分布监测子系统在矿压观测中的应用5

3.1项目监测要求（内容）5

3.2系统实现功能5

3.3支承压力分布监测系统主要技术特点6

3.3.1、系统主要组成8

3.3.2、系统连接示意图8

3.3.3、系统主要设备配置：

8

3.4系统现场测点布置及安装9

3.5系统主要技术指标11

第四章支承压力分布监测子系统设备清单14

第一章企业简介

徐州弘毅电子科技有限公司是以中国矿业大学为依托的贸易公司，主要从事电子产品开发、销售、以及科技项目咨询等服务。

公司现有员工30名，其中多数来自中国矿业大学冲击矿压课题组科研团队，长期从事科研项目研究、产品研发以及引进产品（波兰SOS微震监测系统）的技术指导和售后服务，形成了一支业务娴熟的员工队伍。

中国矿业大学长期进行煤矿冲击矿压灾害监测与治理研究，针对目前煤矿冲击危险性预测及治理的关键技术问题，以岩层运动与围岩应力场为基础，研究煤岩体的强度弱化减冲理论，巷道围岩的强弱强结构效应，形成了以综合指数法、微震法、电磁辐射法和钻屑法为一体的冲击矿压与矿震预测预报技术，同时形成了以松散煤岩体为主的冲击矿压治理技术和以柔性蓄能为主的防冲支护技术，从而建立了煤矿冲击矿压防治理论与技术体系。

依托中国矿业大学，公司已建立了多个微震监测试验示范基地，积极开展了相关的前期研究工作，并已经取得了一系列研究成果。

公司代理的微震监测系统已成功应用于甘肃砚北、甘肃华亭、临沂古城、兖州鲍店、大同忻州窑、山东天安星村、鹤岗峻德、淮北海孜、平顶山十一等煤矿现场冲击矿压的监测预报，研究成果显著。

第二章支承压力分布监测目的与内容

2、1支承压力概念：

支承压力是由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力。

2、2支承压力分布监测的意义

没有选择合理的时空位置进行采掘活动是煤矿采场重大安全事故发生的根源。

因此有必要开展下面两方面研究：

（1）支承压力分布范围

采场推进过程中，由于悬露空间增大，造成煤体四周压力产生变化，煤体产生失稳，煤体压力高峰位置向外转移，形成“内、外应力场”。

因采场上覆岩层压力转移至两端矸石和煤体上，“内应力场”范围内煤体承受压力较小，进行安全高效进行采掘活动；相反，若在高应力区进行采掘活动，则易发生由于压力超限造成冲击地压、煤与瓦斯突出、巷道失稳等灾害。

因此，通过支承压力分布监测系统实施监控采场推进过程中压力显现，推演煤体四周压力分布规律，确定采掘活动合理的空间位置。

（2）煤矿采场上覆岩层运动时空规律

煤矿开采过程中，采场上覆岩层不断向采空区弯曲下沉，处于动态运动过程，造成工作面支承压力不断发展变化，若此时进行开采活动，则一直受动态压力影响，使得开采活动不能够有效进行。

如下图示：

找到支承压力分布规律我们可以有效的解决由于煤矿开采对地表环境破坏问题。

尤其是地表沉陷问题，对开采沉陷做到科学有效控制，即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施，来减少地表下沉，控制地表下沉速度和范围，达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。

第三章支承压力分布监测子系统在矿压观测中的应用

3.1项目监测要求（内容）

两顺槽在距开切眼等于工作面倾向长度处安装2个支承压力分布监测分站，每个分站含两帮安装的两组测点，每组布置5个测点。

3.2系统实现功能

1、数据采集存储显示功能

系统具有对所监测对象的压力、位移数据进行实时在线自动存储功能。

系统提供了三种实时监控的方式，包括实时列表显示、监控图显示及实时曲线显示。

2、监测功能

系统能对设备之间的数据传输、数据的储存、数据的通信进行监测；

3、专业化多元化的数据分析功能

系统提供多种数据分析方法，主要包括：

●支承压力原始曲线分析、支承压力分布分析等；

●上覆岩层运动规律分析；主要包括直接顶厚度、老顶厚度、来压步距等信息；

5、备用电源功能

电网停电后，备用电源可使系统继续工作。

6、报表统计分析、历史数据的查询、导出功能

7、短信通知功能

3.3支承压力分布监测系统主要技术特点

支承压力分布监测系统（以下简称系统）集成了中国科学院宋振骐院士以“岩层运动为中心”的实用矿山压力控制理论和研究方法体系，实现煤矿专业化支承压力分布监测手段与计算机检测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。

1、全新的网络式结构设计，更适用工作面恶劣环境中使用

本系统井下部分采用CAN总线设计，贯串工作面只有一根电缆。

由于采用了低功耗设计，整系统采用单一本安电源供电，（电源由分站接入供系统运行），供电及信号共用一条电缆，简化了系统结构。

2、先进的数字通讯系统

本系统从井上信息传输接口至井下主站部分采用单模光纤或DTMF双音频或TCP/IP网络通讯方式。

具有通讯稳定、可靠、抗干扰能力强等特点，其中，DTMF通讯方式为双音频信号，适合用电话线传输；而单模光纤为光信号传输，TCP/IP网络借助现场环网传输，抗干扰能力更强。

3、传感器功能齐全

传感器为基本的监测单元。

由独立的微处理（CPU）控制。

高强度外壳，具有强度大，抗冲击、防水、防潮等优点。

尤其是传感器与传感器一体化设计，无外接信号电缆，大大提高了在井下长期使用的可靠性。

同时传感器还有报警功能及显示功能，更方便用户使用。

4、传感器的突出特点

采用高分子材料制作的柔性感应单元主动对钻孔施加预应力，完全消除了非柔性材料安装间隙所带来的煤体弹性变形区无测量数据的弊端。

有效解决了非柔性材料在煤体塑性变形区单点、单向测试带来的数据失真的问题。

内置安全卸载装置，有效保护了感应单元的正常运转，溢流测量装置为测量钻孔变形提供依据。

5、系统故障自诊断能力

系统采用容错控制技术，同时具有系统故障自诊断能力，操作人员可直观地了解到任何出现的硬件故障，大大方便了系统维护。

6、安装、调试、操作方便

井下系统传感器、分站、主站与电线之间均采用标准的防水连接件连接，传感器与传感器一体化，安装后系统无需硬件调试。

整个系统安装只需5-6人一个检修班的工作量而且不影响生产。

7、多级数据备份，保证系统数据的安全性

系统分站设置数据盒，实时存贮该分站挂接的所有传感器的实时压力数据，即使系统出现故障，也可将数据盒数据上传给上位主机。

同时每个传感器也可按设定的时间间隔进行压力数据存贮。

存贮的信息可通过手持采集器采集上传给上位主机。

信息传输接口可实时循环存贮数据信息。

在上位主机故障时，可独立工作，其数据信息可上传给上位主机。

3.3.1、系统主要组成

系统包括七个组成部分：

1、工业计算机及数据处理软件2、UPS电源3、KJ385-J煤矿用信息传输接口（以下简称信息传输接口）4、KJ385-F1煤矿用本安型压力监测主站（以下简称主站）5、KJ27-F煤矿用本安型传输分站（以下简称为KJ27-F分站）6、KJ385-G支承压力分布监测单元（组成：

表头，多功能接头（内有传感器），高压胶管，柔性注液探测单元）7、KDW28-18矿用隔爆兼本安不间断电源。

辅助设备：

住液枪或者升柱器，手动泵

3.3.2、系统连接示意图

图1系统组成示意图

3.3.3、系统主要设备配置：

1）KJ385-J煤矿用信息传输接口1台

2）KJ385-F1煤矿用本安型压力监测主站16台

3）KJ27-F煤矿用本安型传输分站16台

4）KJ385-G支承压力分布监测单元512台

（配套相应的电源及其它设备，详见设备清单）

3.4系统现场测点布置及安装

3.4.4、支承压力分布监测

1、监测目的

监测超前支承压力分布及影响范围及煤体在采场超前支承压力作用下的应力变化。

2、测点布置（假设工作面倾向长度100m）

每条顺槽内设计安装2个测站共4组支承压力分布监测点。

上顺槽测点布置如图2所示。

下顺槽测点布置如图3所示。

第一测站（I组和II组）布置的位置必须距离工作面100m以上。

第二测站（III组和IV组）距离第一测站的距离30m。

工作面侧布置2组（I组，III组），每组3个应力传感器，深度分别为8m、9m、10m，间距0.6m。

煤壁侧布置2组（II组，IV组）。

各组的位置与工作面侧对应。

每组布置5个支承压力分布监测单元，深度分别为2m、5m、8m、11m，15m。

4组煤体应力测点分别编号为：

I，II，III，IV。

每组内钻孔按照由煤壁方向向外依次编号，分别为：

1，2，3，4，5。

图2

图3

在走向方向上工作面长度位置安装监测分站，如下图4所示。

图4

3.5系统主要技术指标

1、KJ385-J信息传输接口

1）显示方式液晶显示

2）与计算机的通讯方式：

RS232/2400bps

3）与计算机通讯的最大传输距离为15m

4）与主站的通讯方式：

单模光纤/2400bps

RS485总线/2400bps

电话线（DTMF通讯方式）

5）与主站通讯的最大传输距离为10km

6）存储容量512kB

7）电源AC220V

8）防爆型式一般兼矿用本安型[Exib]I

2、KJ385-F1主站

1）显示方式液晶显示

2）与信息传输接口的通讯方式：

单模光纤/2400bps

RS485总线/2400bps

电话线（DTMF通讯方式）

3）通讯距离：

最大传输距离为20km

4）与计算机的通讯方式：

井下环网（TCP/IP协议）

通过KZC12以态网串口转换器接入井下环网（TCP/IP协议）

5）与分站（KJ385-F2分站或KJ27-F分站）的通讯方式：

CAN总线/5kbps

6）与分站的通讯距离2km

7）挂接分站容量16个分站

8）供电电源DC18V

9）防爆型式矿用本质安全型ExibI

3、KJ27-F分站

1）显示方式液晶显示

2）与主站通讯方式CAN总线5kbps

3）与主站的通讯距离2km

4）与监测仪（顶板位移监测仪、锚杆锚索测力仪、超前支护测压仪（或围岩应力监测仪））的通讯方式RS485总线1.2kbps

5）与监测仪的通讯距离2km

6）挂接监测仪容量32个

7）供电电源DC18V

8）防爆型式矿用本质安全型ExibI

4、支承压力分布监测单元

1）通讯方式RS485总线1.2kbps

2）测量通道数1

3）测量范围（0～10）MPa

4）准确度等级:

1.0级

5）电源DC18V

6）防爆型式矿用本质安全型ExibI

5、电源

a）井上采用UPS作为备用电源

b）井下采用KDW28-18矿用隔爆兼本安不间断电源供电（内含充电电池作为备用电源）：

本安输出电压：

DC18V；

输入电压：

AC127V；

本安输出电流：

800mA；

电池规格及数量：

UN2.3-122.3Ah

矿用隔爆兼本安型；Exd[ib]I

防爆合格证号：

21120518

煤安标志编号：

MAA080025

第四章支承压力分布监测子系统设备清单

典型方案：

工作面长度200米，移动变电站距工作面150米，对巷道两侧进行四测站20测点观测支承压力分布。

产品名称

产品型号

数量

单价

金额

工控机（含打印机）

研祥

1台

UPS电源

C1KS

1台

UPS电源电池

MT1000S

1台

电涌保护器

信息传输接口

KJ385-J

1台

矿用本安型压力监测主站

KJ385-F1

1台

矿用本安型传输分站

KJ27-F

1台

支承压力分布监测单元

KJ385-G

20台

矿用手持采集器

FCH64/0.5

1台

测压注液枪

CZQ-40

1台

防爆电源

KDW28

2台

手动快速升柱器

1台

安装杆

15米

10m防护电缆

MHYBV2×2×1.0

20套

50m防护电缆

MHYBV2×2×1.0

2套

矿用通讯电缆

MHYBV2×2×1.0

1000米

矿用通讯电缆

MHYV1×4×（7/0.37mm）

100米

支承压力分布监测系统软件

1套

接线盒（三通）

JHH-3

10台

接线盒（二通）

JHH-2

10台

　合计