宋成祥 张航 潘心栋
山东光安智能科技有限公司，山东 济南 250000
摘要：本系统是基于光纤传感器技术研究的煤矿顶板动力灾害综合监测系统；与传统的人工检测方法、总线式检测方法相比，光纤传感器在易燃易爆、高温、高压、潮湿、强电磁场、强腐蚀性等极端恶劣条件下应用有许多独特的优点。它使用光导纤维作为传感器件或信号传输媒介，具有抗电磁干扰、重量轻、体积小、绝缘、耐高温、耐腐蚀等众多优异的性能，能够对温度、位移、应变、压力等各种参数进行精确测量，能够适应极端恶劣的环境。同时，由于光纤传输损耗低、频带宽，光纤传感器在组网和传输距离方面比传统的传感器更具优势，特别是在一根光纤上可以串联多个相同或不同类型的传感器，实现准分布式多点监测。正是由于光纤传感器具有上述许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的测量问题。
关键词：KJ1268矿用；动态监测；系统
1技术综合比较
国内方面我国煤矿科技工作者对煤矿重大灾害的监测和控制进行了大量研究工作，在基于矿压、顶板和微震监测的深部开采灾害控制等方面积累了大量宝贵的经验。但是伴随着煤矿深部开采、整合重组及集约化、机械化程度逐步提升的发展趋势，传统煤矿安全监控及灾害监测预警技术已越来越不能满足煤矿智能化发展的需要，而如何真正实现煤矿多参数的实时快速监测是目前煤炭行业面临的巨大困难。
传统煤矿安全监控及顶板灾害检测预警技术的局限性：传感器可靠性差、维护工作量大，监测、传输易受电磁场干扰；煤矿所使用的各种顶板灾害监测子系统基于不同的技术平台、缺乏相互关联，监测存在盲区，信息实时融合难度大，灾害隐患监测预警所需要的实时信息不足，导致对重大灾害的预警能力差；目前国内装备的顶板安全监控系统大约有30多种，存在着通用性差、兼容性差、智能程度低等问题。
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2系统特点
“全光纤顶板安全动态数字化在线监测预警系统”是由我公司自主研发的新一代顶板动态监测系统。该项目主要目的是针对矿井深部开采遇到的难题，结合矿井实际，分析研究矿井深部围岩破碎机理，通过理论分析、实践应用探讨，研制新一代矿井深部围岩破碎的光纤顶板综合监测预警系统。
2.1系统技术内容包括：
1、国内首次将激光/光纤传感技术应用于煤矿顶板灾害监测，自主研发并实现产业化。
2、首次实现了光纤顶板离层（位移）传感器的本地可视化显示及大量程设计，为国内首创，光纤离层传感器量程是目前国内唯一一家达到500mm的生产厂家，（中科院300mm，山东省科学院100mm）。
3、首次采用光纤传感技术对顶板离层、锚杆、锚索载荷、煤岩层应力进行多参数实时监测；
4、系统从“传感单元、监测主机、服务器、云计算”整个链路层彻底实现数字化，实现了工业级标准化通讯协议MODBUS/TCP协议；目前国内首家取消系统多级分站+中继+传感器，实现传感器直联技术与数据融合传输。
5、首次通过全光纤顶板安全动态数字化在线监测预警系统对顶板离层情况、两帮锚固状态、工作面超前支撑压力的数据采集和分析，实现巷道安全性的自动识别判定、超前支撑压力分布及转移特征的分析。
7、系统核心设备主要技术指标：
光纤顶板离层传感器：测量精度：±0.5％；范围：0-500mm;
光纤钻孔应力传感器：测量精度：±0.5％；范围：0-60Mpa;
光纤锚杆应力传感器：测量精度：±0.5％；范围：0-600KN;
光纤智能多参数锚索传感器：直径：22mm；抗力强度：≮1770Mpa；破断力＞375KN;
矿用隔爆兼本安型顶板动态监测主机：通道：≤48；响应时间：＜10s;供电电压：1140V/660V/127V；
3系统能达到效果：
系统能够通过日报表、周报表及月报表更直观的展示各个监测区域的顶板离层、钻孔、锚杆索传感器每日变化量、深、浅日累计变化量及监测周期内的累计量， 全光纤顶板安全动态数字化在线监测预警系统围绕矿方结合实际矿方需求开发而生，更适合现代化采煤工艺监测需要；系统有利于矿方相关人员全方面的了解各个监测的巷道受力、离层变化情况，而不是一套范范的顶板安全监控系统。系统多次结合全国不同煤矿矿方技术人员及专家提出的要求进行升级，升级后系统提供了大量的计算与分析方法，利用这些功能算法的展示，减少了相关人员需要结合测点数据自行分析的负担，提高了安全分析管理效率。系统从2019年12月份开始在全国各大煤矿集团运行至今，系统通过现场运行掌握了大量的数据，而且各大煤矿集团投入运行系统，至今数据基本保持了监测的连续性，对后续顶板安全分析管理方面、大数据分析提供的大量的现场数据，也是评估该系统是否有效、顶板是否安全的重要信息来源。
4结语
矿用光纤顶板动态监测系统从现场应用情况分析，是一种适合煤矿井下工况条件，满足煤矿顶板变化规律实施监测的新一代监测手段，该系统突出的优势主要表现在：一是系统架构简单。与传统监测手段相比较，光纤监测系统取消了多分站架构，主机直接连接传感器，传输距离可达10km以上，从而保证了系统的稳定性和监测数据的连续性，大大降低了使用过程中的维护费用；二是光纤传感器无源本安设计，降低了井下顶板淋水、粉尘及电磁干扰，从而杜绝了数据漂移和误报警现象，大大提高了传感器的使用寿命；三是系统集成度高、功能强大。一台系统主机可直可同时监测顶板离层、锚杆（索）应力及钻孔应力，降低了使用和维护成本。
参考文献：
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