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        礦山地壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建研究與實(shí)例

        2019-10-28 03:25:18張小華張楠楠盧泰宏
        中國礦山工程 2019年5期
        關(guān)鍵詞:接線盒孔深單點(diǎn)

        張小華, 張楠楠, 盧泰宏

        (云南錫業(yè)研究院有限公司, 云南 個(gè)舊 661000)

        1 前言

        在地下礦山中,由于受傳統(tǒng)地壓監(jiān)測(cè)觀念的影響,僅僅是針對(duì)礦山某一地點(diǎn)或區(qū)域開展人工現(xiàn)場(chǎng)地壓監(jiān)測(cè),來解決局部的地壓?jiǎn)栴},遠(yuǎn)程地壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前還未得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。地下礦山地壓采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)較多,人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,雖然這種方式易于實(shí)施,但觀測(cè)周期較長(zhǎng),無法實(shí)施連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)容易混亂,也難以快速綜合分析。

        隨著國內(nèi)近年來經(jīng)濟(jì)技術(shù)的日漸崛起,由此帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)、傳感、通訊等技術(shù)的革新,這些技術(shù)慢慢應(yīng)用在礦山領(lǐng)域,特別是礦山地壓在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控等方面。業(yè)內(nèi)人士也不斷加大了利用傳感、通訊技術(shù)在礦山地壓在線監(jiān)測(cè)方面的研究。

        付東波[1]等成功提出將采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)理論應(yīng)用于沖擊危險(xiǎn)工作面的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。曲效成[2]等通過對(duì)濟(jì)三煤礦作業(yè)面實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和數(shù)值計(jì)算,將鉆孔應(yīng)力同鉆屑量、支承壓力之間關(guān)聯(lián),研究并構(gòu)建了沖擊地壓在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。鞠文君[3]等全方面總結(jié)了我國現(xiàn)有沖擊地壓4種主要監(jiān)測(cè)的主要手段以及特點(diǎn),客觀分析了監(jiān)測(cè)理論、方案設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)目標(biāo)、設(shè)備搭配等方面存在的問題。閆靜杰[4]等在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)方面進(jìn)行了相關(guān)研究,張國盛[5]基于人工智能和數(shù)據(jù)庫技術(shù)分析了礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

        2 技術(shù)線路及研究?jī)?nèi)容

        2.1 原理及技術(shù)路線

        地壓活動(dòng)規(guī)律一般通過應(yīng)力、應(yīng)變等形式表現(xiàn)出來。因此,可以借助儀器通過對(duì)巖體自身或其附近工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),根據(jù)收集儲(chǔ)存的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),綜合分析研究巖體應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律及其對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響關(guān)系從而建立地壓預(yù)警模型以及預(yù)警評(píng)價(jià)方法,及時(shí)采取有效的處理和防范措施,確保生產(chǎn)中的安全。

        本項(xiàng)目主要結(jié)合云南錫業(yè)股份有限公司某礦山的實(shí)際情況,對(duì)井下地壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和構(gòu)建研究,整個(gè)在線系統(tǒng)由傳感器(鉆孔應(yīng)力計(jì)、單點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì))、防水監(jiān)控箱、RS485總線、串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、雙絞線以太網(wǎng)、光纖交換機(jī)、光纖以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心等組成,系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)工作原理圖

        項(xiàng)目通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)構(gòu)建等幾方面來進(jìn)行實(shí)施,項(xiàng)目技術(shù)路線如圖2所示。

        2.2 主要研究?jī)?nèi)容

        (1)主生產(chǎn)區(qū)及重大生產(chǎn)設(shè)施地壓監(jiān)測(cè)區(qū)域調(diào)查與監(jiān)測(cè)點(diǎn)確定:

        ①主生產(chǎn)區(qū)及重大生產(chǎn)設(shè)施地壓監(jiān)測(cè)區(qū)域調(diào)查;

        ②空區(qū)檔案建立;

        ③結(jié)合井下開采歷史情況及以后開采規(guī)劃確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置確定,并對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)性初步辨識(shí)。

        (2)地壓監(jiān)測(cè)方法選擇與實(shí)施方案:

        ①地壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì);

        ②監(jiān)測(cè)方法確定;

        ③監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備選型;

        ④地壓監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)。

        (3)地壓遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì):

        ①監(jiān)測(cè)硬件及串口服務(wù)器的組網(wǎng)設(shè)計(jì);

        ②監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì);

        ③監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程在線傳輸方案設(shè)計(jì)。

        3 地壓監(jiān)測(cè)區(qū)域調(diào)查

        在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、采空區(qū)、礦柱、巷道地壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上,兼顧經(jīng)濟(jì)性、靈敏性、簡(jiǎn)便性和可靠性的原則,確定每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用一個(gè)單點(diǎn)位移計(jì)、一組鉆孔應(yīng)力計(jì)及一個(gè)錨桿應(yīng)力計(jì)對(duì)礦山生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)系統(tǒng)工程、重要安全生產(chǎn)設(shè)施、重大采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)對(duì)象見表1。

        4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝

        4.1 鉆孔施工

        根據(jù)傳感器對(duì)孔徑及孔深的要求,確定1#單點(diǎn)位移計(jì)(2.5m)鉆孔孔徑42mm,孔深3m;2#單點(diǎn)位移計(jì)(1.5m)鉆孔孔徑42mm,孔深2m;鉆孔應(yīng)力計(jì)鉆孔孔徑42mm,孔深2m;鋼筋應(yīng)力計(jì)鉆孔孔徑55mm,孔深2m。

        表1 監(jiān)測(cè)對(duì)象

        4.2 傳感器安裝

        1)單點(diǎn)位移計(jì)

        按照設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)深度,將錨頭、傳遞桿,與位移計(jì)本體進(jìn)行組裝??椎追胖缅^固劑,將位移計(jì)送入孔內(nèi),單點(diǎn)位移計(jì)的信號(hào)線敷設(shè)至防水接線盒,具體如圖3所示。

        圖3 單點(diǎn)位移計(jì)

        2)鋼筋應(yīng)力計(jì)

        檢查鉆孔直徑和孔深,孔底放置錨固劑,插入鋼筋應(yīng)力計(jì),理順電纜,將信號(hào)線敷設(shè)至防水接線盒,具體如圖4所示。

        圖4 鋼筋應(yīng)力計(jì)

        3) 鉆孔應(yīng)力計(jì)

        鉆孔打好后,用工具管子將傳感器送入孔內(nèi)的一定深處,然后給傳感器一個(gè)初應(yīng)力。記下傳感器的初頻,輸入儀表進(jìn)行調(diào)零,將鉆孔應(yīng)力計(jì)的信號(hào)線敷設(shè)至防水接線盒,具體如圖5所示。

        圖5 鉆孔應(yīng)力計(jì)

        4) 傳感器安裝

        防水接線盒及監(jiān)控箱均用膨脹鉤固定在巷道壁上。

        4.3 系統(tǒng)連接及顯示

        系統(tǒng)主要線纜有光纜、通訊電纜、電源電纜和傳感器電纜。光纜采用4芯鎧裝光纖,通訊電纜采用4×1.0的屏蔽電纜,電源電纜規(guī)格為3×1.0。

        傳感器安裝完成后,將傳感器信號(hào)電纜接入防水接線盒內(nèi),通訊電纜從接線盒內(nèi)的485集線器引出,接入監(jiān)控箱內(nèi)的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器及光端交換機(jī)。光纜從發(fā)送端防水監(jiān)控箱中的光端交換機(jī)接出,敷設(shè)并接入監(jiān)控箱中的光纜終端盒,通過光端交換機(jī)。引出通訊電纜接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)口端,直接通過井下環(huán)網(wǎng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳感器的監(jiān)測(cè)信息上傳到中控室。防水接線盒接線如圖6所示,發(fā)送端防水監(jiān)控箱接線如圖7所示,接收端防水監(jiān)控箱接線如圖8所示,中控室監(jiān)測(cè)信息顯示如圖9所示。

        圖6 防水接線盒接線

        圖7 發(fā)送端防水監(jiān)控箱接線

        圖8 接收端防水監(jiān)控箱接線

        圖9 中控室監(jiān)測(cè)信息顯示

        5 結(jié)論

        通過對(duì)井下生產(chǎn)區(qū)地壓進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè),分析掌握地壓的變化規(guī)律,有效控制地壓活動(dòng)。為井下采空區(qū)、礦柱、巷道的失穩(wěn)、變形及破壞提供預(yù)報(bào)依據(jù),技術(shù)保障地下礦山的安全生產(chǎn)。同時(shí)也為礦山今后礦體開采采礦方法、場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采順序、巷道支護(hù)等提供參考依據(jù)。

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