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2021年第5
期
收稿日期 2020-12-18
作者简介 李晋阳（1988—），男，山西晋城人，2011年毕业于北方民族大学电气工程自动化专业，机电工程师。
李晋阳
（山西晋煤集团技术研究院，山西 晋城 048006）
摘 要 为有效解决岳城矿13081巷顶板数据观测不准确、人工监测费时费力等问题，研究应用了顶板大
数据智能监测分析系统并进行了现场实验。实验结果表明：13081巷顶板离层下沉量在110 mm 左右，顶板层面间的分离距离在15 mm 以下，系统完成了顶板动态监测数据库的建立和基于监测数据的智能分析方法的实现，为现场顶板智能化管理提供了数据参考。关键词 大数据；智能检测；顶板离层
中图分类号 TD76 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.05.073
Research on Roof Big Data Intelligent Monitoring and Analysis System
Li Jinyang
(Shanxi Jin Coal Group Technology Research Institute, Shanxi Jincheng 048006)
Abstract : In order to effectively solve the problems of inaccurate roof data observation and manual monitoring of the 13081 roadway in Yuecheng Mine, the roof big data intelligent monitoring and analysis system is studied and applied, and the field experiment is carried out. The experimental results show that the roof separation subsidence of the 13081 roadway is about 110 mm, and the separation distance between roof layers is less than 15 mm. The system completes the establishment of roof dynamic monitoring database and the realization of intelligent analysis method based on monitoring data, which provides data reference for on-site roof intelligent management.Key words : big data; intelligent detection; roof separation
1 引言
顶板动态监测作为井下煤矿智能化开采的重要基础部分，其数据的实时性和准确性一直是智能化水平的重要标志。随着采矿设备的发展和采煤技术的进步，高强度开采工作面逐渐成为现代化矿井的主要开采方式，此类工作面巷道断面大、割煤高度高、煤柱应力集中、回采扰动大，对煤层条件、巷道支护质量、顶板管理水平要求更高。一旦出现数据延迟或上传不及时、不全面，极易诱发片帮冒顶、煤壁弹射、压死支架等事故，造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。
2 现场概况
13081巷为岳城矿一盘区矿压显现最为集中的一条顺槽巷道，目前巷道均采用机械式顶板离层仪异想天开的异是什么意思
蓝洁瑛怎么疯的进行顶板管理。但机械顶板离层仪读数装置太过分散，若对所有安装顶板离层仪的数据进行观测，就必须对所有装置进行一遍人工轮巡，并进行手工记录分析后才能得到整条巷道的顶板支护状况，费时费力，难以建立有效的预防决策机制[1]。当顶板离层、压力等参数变化过大或过快时监测装备极易失效，无法及时将顶板信息数据传输至地面，如果不及时采取支护或补救措施，则有可能发生顶板事故。因此计划在13081巷研究应用一套顶板大数据智能监测分析系统，通过电子式的顶板离层监测设备将离层位移数据传输至地面并智能分析，为工作人员决策提供大数据依据。
3 系统设计
3.1 主要内容
在13081巷研究应用一套顶板大数据智能监测分析系统，实时监测巷道各个监测点的离层位移参数和锚杆（索）受力参数并提出智能分析，为监测巷道的顶板离层情况提供数据支持。其技术路线如
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李晋阳：顶板大数据智能监测分析系统研究
图1
。
图1 技术路线示意图
如图1，根据顶板动态监测设备分布以及前期调研情况确定控制系统的总体架构，明确系统各层结构的作用及通讯方式，根据系统设备安装图对电源、分站、传感器及电缆进行敷设，待调试完毕后进行系统试运行。广东海边旅游
3.2 系统架构
根据方案设计思路，顶板动态监测系统包括三部分：井下传感器网络系统、数据传输网络系统、地面监测服务器系统。系统构架图如图2
。
图2 系统构架图
3.2.1 井下传感器网络系统
井下传感器网络系统主要由多个位移传感器、对位移传感器供电的电源箱、本安型分站等设备组成。通过布置在顶板的位移传感器实现对监测点顶板离层的实时监测，将各个测点监测数据通过矿用通信电缆连接到所属区域的本安型分站上，由本安型分站接入数据传输网络系统进行数据上传[2]
，从而实现对井下顶板离层的监测。
3.2.2 数据传输网络系统
传输网络系统担负着将井下顶板动态监测系统的监测数据按照采集要求及时传输到煤矿监控中心机房的服务器等设备中，通过井下环网，将分站中的数据传输至地面机房上位机，实现井下顶板动态监测系统的数据传输。3.2.3 地面监测服务器系统
地面监测服务器系统主要由部署在监控机房的服务器设备、监控中心的监控设备和监控业务管理软件组成。监控机房的服务器设备包括数据库服务器设备、数据服务软件、网络交换设备。按照行业
安全要求，数据库服务器使用Rose 双机热备份方式进行数据存储；数据服务软件作为顶板监测系统
核心设备，采用经过主机加固的BSD UNIX ，避免了病毒感染和外部攻击。设备承载了数据采集、设备控制管理和业务分析软件。
4 主要设计
4.1 分站结构设计
数据上传分站设计如图3。
吴奇隆 马苏图3 分站结构设计图
图3为分站外形结构，由壳体、进线装置、显示窗、悬挂装置、主板及彩液晶显示器等组成。分站主控芯片采用STM32F207，外围电路包括2路CAN 总线接口、1路以太网电口、1路RS485接口、蓝牙无
线接口等。来自配接设备的不同制式的信号，通过主控芯片处理后，分别进行显示、数据存储，并将信号上传至交换机，供地面计算机分析和处理[3]。
4.2 上位机软件设计
本软件开发是基于煤矿顶板地质构造学，采用Visual Studio2010软件编程开发。系统采用客户端/服务器（C/S ）架构，在安装客户端的计算机上，可以查看相关数据。系统主要用于煤矿井下顶板离
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区域内自动化放煤执行情况、全工作面自动化放煤程序执行情况进行了试验和参数确定。
（3）自动化放煤进一步提高了顶煤采出率，经济效益显著。而且煤量保持均匀，减少了后溜过载现象，后溜电流不会出现大幅度的变化，对后溜刮板和链条的维护有积极作用。
【参考文献】
［1］ 于斌，徐刚，黄志增，等.特厚煤层智能化综放
开采理论与关键技术架构[J].煤炭学报，2019，
层动态的监测和分析。软件设计主要分为系统管理和顶板离层数据监测模块。系统管理模块包含用户管理、基础数据录入和监测设备信息维护等；顶板离层数据监测模块主要功能有：实时数据列表、历史数据列表、历史数据曲线、离层数据统计、异常值查询、传感器状态查询、实时数据图表显示等。
5 现场实验及结论
项目于2019年6月在2324工作面开始实施，于2019年9月安装调试完毕进入试运行。其现场安装如图4
。
图4 2324工作面布置图
如图4，巷道全长约1370 m 。电源与分站放置于变电所内，并接入交换机。传感器在23243巷共计安装20台，经过调试后，全部传感器数据上传至地面。通过顶板位移传感器对巷道顶板离层量进行监测，并在分站设备的屏幕上实时显示监测数据，通过井下环网将数据传输至地面计算机，最终进行顶板离层量数据的查看、分析和辅助决策。对2324工作面巷道的顶板离层规律研究的主要结论如下：（1）结合相关的文献和本矿的现场情况，将回采巷道的顶板离层划分为3个时期：未受采动影响区、采动影响区、剧烈采动影响区。
（2）当顶板测点处在采动影响范围之外时，巷道的离层值和离层速度较小，在剧烈采动影响区，离层值呈指数型增长，增长较为剧烈。
（3）结合现场数据的预测趋势和数值分析，确定巷道顶板离层下沉量在110 mm 左右，由弹塑性变形、扩容变形、碎胀变形、折曲变形等因素引起的巷道变形量在95 mm 以上，顶板层面间的分离距离在15 mm 以下，主要离层下沉区域较大可能发生巷道顶板2.5 m 以内的锚杆控制区域。
（4）系统运行中存在数据接收不全、部分数据偏低等问题，初步分析为顶板数据监测模块安装不到位，造成现场数据未有效采集，今后应进一步加强现场安装质量的检查，保证数据及时有效上传。
（5）系统完成了顶板动态监测数据库的建立和基于监测数据的智能分析方法的实现，并在顶板动态监测软件中实现了对监测数据的预测预警功能。
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（上接第198页）
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