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        光纖傳輸技術(shù)在礦山地壓遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

        2012-11-17 09:20:50劉國清孟中華
        采礦技術(shù) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:通訊光纖遠(yuǎn)程

        韋 峰,劉國清,孟中華

        (1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦, 廣西南丹縣 547207;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

        光纖傳輸技術(shù)在礦山地壓遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

        韋 峰1,劉國清2,孟中華2

        (1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦, 廣西南丹縣 547207;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

        結(jié)合銅坑礦地下采礦工程地壓監(jiān)測的需要,研究在受限空間環(huán)境下電話線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸易堵塞、受干擾大的原因,提出應(yīng)用光纖通信技術(shù)建立無干擾通暢監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),充分實(shí)現(xiàn)礦山井下遠(yuǎn)程地壓監(jiān)控自動(dòng)化。

        聲發(fā)射;光纖通信;遠(yuǎn)程監(jiān)控;地壓監(jiān)測

        銅坑礦地壓監(jiān)測手段以聲發(fā)射監(jiān)測為主,其他應(yīng)力、沉降、裂縫等監(jiān)測手段為輔,實(shí)施聲發(fā)射24h連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)中負(fù)責(zé)采集的計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成井下日常巖體聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集工作。由于地表地壓數(shù)據(jù)處理技術(shù)員要對井下地壓活動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測分析與預(yù)測,需要將井下計(jì)算機(jī)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸?shù)降孛妫瑒t必須借助現(xiàn)代化遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)。本文選用光纖傳輸方式,實(shí)現(xiàn)地面與井下數(shù)據(jù)信息共享和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        1 光纖通信技術(shù)

        光纖通信是應(yīng)用極高純度的玻璃光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介,通過光電變換,將需傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光波信號,并以光波為載體波來傳輸信息的通信系統(tǒng)。光纖通信的基本原理是:把待傳送信息包轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭涟l(fā)送端,然后由發(fā)送端調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上,使光的強(qiáng)度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化,然后將這一強(qiáng)度變化光束通過光纖傳輸?shù)浇邮斩?,再由接收端的光檢測器(APP)將接收到的光信號轉(zhuǎn)變回電信號,最后經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原來的信息包。

        2 地壓監(jiān)測系統(tǒng)通信技術(shù)改造

        2.1 前期地壓監(jiān)測系統(tǒng)

        廣西華錫集團(tuán)銅坑礦井下地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中,前期采用調(diào)制解調(diào)器和專用通訊電話線在地面與井下之間形成一對一連接網(wǎng)絡(luò),作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與通信的基礎(chǔ)媒介,以此為數(shù)據(jù)通信依托實(shí)現(xiàn)了井下地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測,降低了地壓監(jiān)測的工作強(qiáng)度,提高了工作效率。原地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 聲發(fā)射地壓監(jiān)測調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)傳輸示意

        2.2 電話線網(wǎng)絡(luò)存在的問題與改造

        由于井下地壓監(jiān)測硐室與地面監(jiān)測預(yù)報(bào)中心距離比較遠(yuǎn),井下電纜溝內(nèi)又同時(shí)分布有其他高壓電纜、普通電纜、控制電纜、通訊電纜等,這些電纜電信號的變化使其周邊形成了不斷變化的復(fù)雜強(qiáng)電磁場,造成了聲發(fā)射地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸受電磁干擾非常嚴(yán)重,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)撥號連接不穩(wěn)定、容易掉線、數(shù)據(jù)傳輸堵塞等現(xiàn)象,地壓監(jiān)測采集數(shù)據(jù)不完整或丟失,對地壓監(jiān)測預(yù)警分析產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差,同時(shí)也為井下開采作業(yè)埋下重大安全隱患。

        近年來井下監(jiān)測范圍不斷加大,聲發(fā)射數(shù)據(jù)量成倍增長,為了減少電話線路作為傳輸過程中產(chǎn)生的各種網(wǎng)絡(luò)弊端,提高數(shù)據(jù)傳輸量,擬用光纖代替原通訊線作為井下聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。光纖通信技術(shù)可解決通訊線長距離信號傳輸易受干擾、易斷網(wǎng)掉線、易阻塞中斷造成死機(jī)等問題。采用光纖通訊技術(shù)后的現(xiàn)有地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

        圖2 光纖通訊聲發(fā)射監(jiān)測網(wǎng)示意

        3 光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

        地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)由1臺(tái)數(shù)據(jù)采集器、1套聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、4臺(tái)視頻監(jiān)控器、1套光數(shù)字光端機(jī)、2臺(tái)工業(yè)交換機(jī)、6芯光纖通信線路組成。2臺(tái)顯示器安裝在井下監(jiān)測硐室,用于線路維護(hù)輔助監(jiān)測,2臺(tái)顯示器安裝在地面地壓預(yù)報(bào)監(jiān)控中心,用于監(jiān)測人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析處理。通信網(wǎng)絡(luò)改造主要工作是將通信光纖由地面向井下地壓監(jiān)控硐室鋪設(shè),以及井下發(fā)射端硬件與地表接收端硬件熔接安裝。具體實(shí)施過程及鋪設(shè)路線為:地表地壓監(jiān)測分析室→東副井→井筒固定→455m中段水平巷道→井下地壓監(jiān)控硐室。光纖鋪設(shè)及固定過程中應(yīng)防止過急彎折、防止松石、防止與井下運(yùn)輸車輛碰觸、防止人為破壞等措施,以免光纖折斷,造成傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷。

        整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安裝過程中,光纖之間、光纖與收發(fā)器之間采用光纖專用熔接儀。網(wǎng)絡(luò)安裝完成后,須對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通暢程度與光纖安裝質(zhì)量進(jìn)行測試,光纖接頭質(zhì)量檢測采用高級專用光強(qiáng)度測試儀器進(jìn)行測試,從而判斷光纖接頭的熔接質(zhì)量,為網(wǎng)絡(luò)連開提供高質(zhì)量硬件保障。

        通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計(jì)算機(jī)主控與受控設(shè)置,形成井下與地表光纖通訊網(wǎng)。井下各監(jiān)測點(diǎn)的聲發(fā)射傳感器將采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸至井下地壓監(jiān)控硐室下位機(jī)采集系統(tǒng),形成1個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件作為1個(gè)觸發(fā)事件,該事件數(shù)據(jù)井下實(shí)時(shí)采集時(shí)間通過光纖立即傳送到地表監(jiān)測主控機(jī),然后由專用軟件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)測數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸與統(tǒng)計(jì)分析。另外,數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇肀O(jiān)測主機(jī)后,數(shù)據(jù)接收程序?qū)⑵渥詣?dòng)保存在系統(tǒng)指定的目錄中,供多通道聲發(fā)射監(jiān)測定位系統(tǒng)軟件讀取和處理。

        為保證井下采集數(shù)據(jù)通信的完整性和可靠性,軟件上,地面地壓預(yù)報(bào)監(jiān)控中心要監(jiān)測傳送路線連接是否正常,并將監(jiān)測信息顯示在主窗口界面上,若出現(xiàn)掉線等其他網(wǎng)絡(luò)問題,立即采取恢復(fù)手段;在硬件上,進(jìn)行井下安全監(jiān)察時(shí),應(yīng)專門對通訊光纖進(jìn)行檢查,防止不必要的破壞,出現(xiàn)受損情況后立即用專用設(shè)備維護(hù)。

        4 結(jié) 論

        由于井下生產(chǎn)范圍轉(zhuǎn)移和擴(kuò)大,銅坑礦井下地壓監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致聲發(fā)射地壓監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)量呈幾何倍數(shù)擴(kuò)大,致使原電話線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)常產(chǎn)生數(shù)據(jù)堵塞、系統(tǒng)死機(jī)和掉線斷網(wǎng)等問題,為有效解決數(shù)據(jù)傳輸量增大與網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸日益突出的矛盾,提出了采用光纖作為通訊媒介的通訊監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案,并進(jìn)行了具體實(shí)施。改造后的光纖通信網(wǎng)達(dá)到了預(yù)期建設(shè)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了井下監(jiān)測數(shù)通暢、高速、準(zhǔn)確、完整傳輸,對礦山近兩年的幾次地壓活動(dòng)進(jìn)行了提前預(yù)報(bào),在銅坑礦地壓監(jiān)測過程中取得了良好的效果。該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對涉及到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送的應(yīng)用場合都具有實(shí)用價(jià)值,尤其是在強(qiáng)干擾環(huán)境和遠(yuǎn)距離通訊方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

        [1]李澤民.光纖通信(原理和技術(shù))[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1992.

        [2]王少林.銅坑礦復(fù)雜充填體下采場地壓監(jiān)測分析[J].采礦技術(shù),2010,10(5):34-36.

        [3]任志遠(yuǎn),靳 洋,王東平,等.數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銅坑礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2009,9(5):37-39,154.

        [4]林 峰,胡靜云,李庶林.遠(yuǎn)程技術(shù)在多通道微震監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,30(2):56-58.

        [5]楊承祥,羅周全,胡國斌.深井高應(yīng)力礦床開采地壓監(jiān)測與分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,26(5):17-18,33.

        2012-02-18)

        韋 峰(1983-),廣西南丹人,主要從事礦山巖石力學(xué)與井下地壓監(jiān)測預(yù)報(bào)等工作,Email:mzhofcimr@163.com。

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