1、 煤礦頂板壓力自動化監(jiān)測與分析系統(tǒng)的應(yīng)用研究 可行性研究報告結(jié)論： 1、必要性：目前頂板監(jiān)測沒有連續(xù)在線監(jiān)測和預(yù)警功能,頂板災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控方面相對滯后，未能建立有效的預(yù)防決策機(jī)制，使得頂板事故頻繁發(fā)生。對礦井圍巖進(jìn)行實時監(jiān)測，不僅能夠預(yù)測各種來壓規(guī)律，還可以得到頂板離層的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)征兆的安全隱患，采取必要的加強(qiáng)支護(hù)措施，避免冒頂事故的發(fā)生。2、可行性及先進(jìn)性：以頂板狀態(tài)參量的先進(jìn)傳感技術(shù)和計算機(jī)監(jiān)測技術(shù)為核心，通過預(yù)警算法對采集的頂板狀態(tài)的多參量數(shù)據(jù)處理與預(yù)案決策，達(dá)到安全預(yù)警的目的。3、本項目的研究不但在陽煤集團(tuán)具有廣闊的應(yīng)用前景，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值，而且具有極高的推

2、廣價值及良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。市場前景良好。編制單位： 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司 協(xié)作單位： 山西巨安電子技術(shù)有限公司 編制時間： 2011年9月1日 1一、項目提出的必要性及市場分析預(yù)測（一）項目提出的必要性：目前頂板監(jiān)測沒有連續(xù)在線監(jiān)測和預(yù)警功能，頂板災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控方面相對滯后，未能建立有效的預(yù)防決策機(jī)制，使得頂板事故頻繁發(fā)生。本項目以礦山壓力與巖層控制理論為基礎(chǔ)，以頂板狀態(tài)參量的先進(jìn)傳感技術(shù)和計算機(jī)監(jiān)測技術(shù)為核心，通過預(yù)警算法對采集的頂板狀態(tài)的多參量數(shù)據(jù)處理與預(yù)案決策，達(dá)到安全預(yù)警的目的。這也正符合在國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）中提到的“大力發(fā)展煤炭清潔、高效

3、、安全開發(fā)和利用技術(shù)”發(fā)展思路。在我國所提出的“十一五”國家科技支撐計劃“煤礦瓦斯、火災(zāi)與頂板重大災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)研究”中大部分是關(guān)于瓦斯災(zāi)害防治與監(jiān)測監(jiān)控，針對頂板災(zāi)害連續(xù)監(jiān)測和安全預(yù)警方面的內(nèi)容相對比較缺乏，因此該項目的研制成功必將最大限度地消除安全生產(chǎn)隱患，避免礦井頂板事故的發(fā)生，減少或避免設(shè)備損壞和人員傷亡，保障井下人員的生命安全，提高礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前，煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，常規(guī)的瓦斯超標(biāo)報警，風(fēng)速粉塵等監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較快，唯獨頂板災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控方面相對滯后，未能建立有效的預(yù)防決策機(jī)制，使得頂板事故頻繁發(fā)生。值得注意的是，雖然每次冒頂事件傷亡人數(shù)較少，但它的全

4、年累計數(shù)卻大大高于其它煤礦事故的全年累計數(shù)，因此國家煤礦管理機(jī)關(guān)已經(jīng)開始加大對煤礦頂板管理和巖層控制以及災(zāi)害事故預(yù)警防治的研究組織與經(jīng)費(fèi)投入，為本研究提供了廣闊的推廣應(yīng)用前景，并且在礦山企業(yè)的市場前景也是非常好。目前國內(nèi)煤炭行業(yè)效益良好，企業(yè)有足夠的經(jīng)濟(jì)承受能力；利用新技術(shù)新設(shè)備創(chuàng)造良好的安全生產(chǎn)環(huán)境，也是煤炭行業(yè)的迫切需求。“不要帶血的煤”，隨著國家煤炭行業(yè)管理機(jī)關(guān)對安全生產(chǎn)管理的不斷加強(qiáng)，安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)成為采礦挖煤的必備硬件，頂板災(zāi)害連續(xù)監(jiān)測與安全預(yù)警系統(tǒng)將作為該系統(tǒng)必不可少的一個子系統(tǒng)，并為礦井頂板維護(hù)與預(yù)警決策提供安全可靠的重要技術(shù)保障。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，全國所有礦井都必須裝設(shè)能

5、夠滿足本礦測點要求的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。僅山西省就有4000余座煤礦，大部分頂板監(jiān)測并沒有連續(xù)在線監(jiān)測和預(yù)警功能，由此可見該項目的應(yīng)用前景非常廣闊。根據(jù)煤礦安全操作規(guī)程結(jié)合國家煤礦安全十一五規(guī)劃中 “煤礦要逐步改革采煤方和采煤工藝，加強(qiáng)支護(hù)，完善頂板監(jiān)測系統(tǒng)”的明確要求，全國所有礦井都必須裝設(shè)能夠滿足本礦測點要求的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。僅山西省就有4000余座煤礦，大部分頂板監(jiān)測并沒有連續(xù)在線監(jiān)測和預(yù)警功能，由此可見該項目的應(yīng)用前景非常廣闊。本項目產(chǎn)品為頂板災(zāi)害多參數(shù)在線監(jiān)測和預(yù)警分析系統(tǒng)因此，本項目研制完成將在同行業(yè)中具有無可比擬的競爭力因此，針對陽泉礦區(qū)高應(yīng)力圍巖巷道與采場的地質(zhì)條件，進(jìn)

6、行頂板災(zāi)害預(yù)警技術(shù)的研究，無疑對礦區(qū)的安全、高產(chǎn)、高效開采是必要的。（二）市場分析預(yù)測 根據(jù)煤礦安全操作規(guī)程結(jié)合國家煤礦安全十一五規(guī)劃中 “煤礦要逐步改革采煤方和采煤工藝，加強(qiáng)支護(hù)，完善頂板監(jiān)測系統(tǒng)”的明確要求，全國所有礦井都必須裝設(shè)能夠滿足本礦測點要求的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。項目擬針對陽泉礦區(qū)高應(yīng)力地質(zhì)條件下巷道與采場的支護(hù)難題研發(fā)的，礦區(qū)大部分頂板監(jiān)測并沒有連續(xù)在線監(jiān)測和預(yù)警功能，由此可見該項目的應(yīng)用前景非常廣闊。因此，本研究成果可以在解決陽泉礦區(qū) 巷道與采場頂板災(zāi)害提前預(yù)警，驗證巷道與工作面支護(hù)合理性、可靠性，降低支護(hù)成本，創(chuàng)造良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。故本項目的研究不但在陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份

7、有限公司具有廣闊的應(yīng)用前景，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值，而且具有極高的推廣價值及良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。市場前景良好。二、國內(nèi)外技術(shù)水平及發(fā)展趨勢，生產(chǎn)現(xiàn)狀（一）國內(nèi)、外技術(shù)水平現(xiàn)狀國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢：國內(nèi)在20世紀(jì)中后期都已經(jīng)有各種機(jī)械式的頂板觀測儀器，但大部分采用頂板鉆孔方式安裝和人工觀察記錄，測量數(shù)據(jù)少，比較離散，難以如實地反映頂板狀態(tài)參數(shù)變化的連續(xù)性和實時性，不能迅速地預(yù)測頂板災(zāi)害的發(fā)生預(yù)兆，并有目的地實施主動的防災(zāi)減災(zāi)措施。目前國內(nèi)外相繼研制出各種類型的位移與應(yīng)力（或流體壓強(qiáng)）傳感器，精度、線性度等有很大的提高，然而在煤礦井下的應(yīng)用不是很理想，主要集中在傳感器安裝困難、靈敏

8、度、抗沖擊能力等不高。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)研制，形成了百花齊放、百家爭鳴的局面，到目前為止，僅煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的類型就不下30余種，生產(chǎn)的廠家就更多了。由此，優(yōu)勢是安全監(jiān)測系統(tǒng)選擇的余地很寬，能有力地推動我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步，而帶來的問題是因多家開發(fā)研制，出于市場競爭的需要，監(jiān)測系統(tǒng)均自成體系，兼容性明顯存在障礙。在頂板自動監(jiān)測中大部分主要針對頂板下沉和鼓起量、工作面支架載荷的測量，而頂板斷裂運(yùn)動狀態(tài)與災(zāi)害發(fā)生預(yù)兆的監(jiān)測參量較少，不能全面地反映采場頂板來壓和巷道頂板垮落的真實情況。 （二）發(fā)展趨勢近年來，在礦山壓力理論與巖層控制實踐研究中

9、，我國的理論研究基礎(chǔ)非常深厚，且取得了大量的科技成果，在頂板巖層運(yùn)動的理論研究也有大量的理論成果，著名的“關(guān)鍵巖層理論”、“傳遞巖梁理論”以及“堅硬頂板的暫態(tài)平衡理論”均發(fā)揮了積極的頂板巖層控制與災(zāi)害預(yù)測防治的理論應(yīng)用價值和工程指導(dǎo)作用。因此，在我國頂板安全狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)控與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)研制方面，具有很好的理論研究基礎(chǔ)。過去對頂板災(zāi)害的預(yù)警通過對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行理論人工分析，得出一個預(yù)警值，然后再根據(jù)預(yù)警值進(jìn)行預(yù)警，這樣即分析復(fù)雜又不精確，此外缺乏實時性，災(zāi)害防治方案與技術(shù)措施的實施嚴(yán)重滯后，并不能起到明顯的減災(zāi)防災(zāi)效果，且會帶來很大的人力、物力損失。目前為止，針對頂板災(zāi)害的多因素參數(shù)監(jiān)測和能

10、同時給出頂板災(zāi)害預(yù)兆與災(zāi)害程度的預(yù)警專家決策系統(tǒng)仍然是一個空白，專家決策系統(tǒng)在其他領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用先例，該系統(tǒng)能達(dá)到自我學(xué)習(xí)，自我預(yù)測，自我評估等，從而達(dá)到完全智能化。國外在六、七十年代已經(jīng)具有了煤礦計算機(jī)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)比較先進(jìn)，但隨著國際能源結(jié)構(gòu)和政策的變化，目前國外主要集中在石油、天然氣開采上，煤炭開采處于限制狀態(tài)如：德國和英國已經(jīng)關(guān)閉了絕大部分礦井，具有豐富的石油和天然氣的俄羅斯對煤炭的開采不是非常重視。由于國外對煤炭開采投入日益減少，煤礦監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)目前也處于停止不前狀態(tài)，而針對頂板災(zāi)害連續(xù)監(jiān)測與安全預(yù)警技術(shù)水平也處于六、七十年代狀態(tài)。所以從以上分析可知我國目前針對頂板災(zāi)害監(jiān)測和

11、安全預(yù)警技術(shù)方面，有一定的基礎(chǔ)，但完全能夠智能化的頂板安全連續(xù)監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警還有一定的差距。三、技術(shù)來源、開發(fā)研制現(xiàn)狀及協(xié)作單位基本情況（一）技術(shù)來源1. 山西巨安專業(yè)從事煤礦頂板安全監(jiān)控系統(tǒng)的企業(yè)，集設(shè)計、開發(fā)、制造、服務(wù)為一體，2. 山西巨安具有國內(nèi)一流的“礦井頂板安全狀態(tài)連續(xù)監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)”模擬試驗臺，它實現(xiàn)了礦井頂板的多環(huán)境參數(shù)模擬監(jiān)測，對綜采工作面液壓支架的工作阻力模擬采煤工況現(xiàn)場進(jìn)行評判，為設(shè)計研發(fā)此類產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。3. 設(shè)計、開發(fā)、制造與為用戶服務(wù)相統(tǒng)一，為煤礦井下綜合監(jiān)測提供生產(chǎn)和管理中全面的技術(shù)支持，給用戶提供最佳的解決方案和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。4. KJ232礦壓頂板狀態(tài)連續(xù)

12、監(jiān)測與分析系統(tǒng)已在國內(nèi)眾多大型煤礦投入使用，具有豐富的井下運(yùn)行經(jīng)歷。5. 巨安公司有雄厚的人力資源，與科研院所、高校緊密合作，保障了系統(tǒng)產(chǎn)品的前瞻性。（二）開發(fā)研制現(xiàn)狀課題組將整個項目的開發(fā)應(yīng)用分為以下步驟進(jìn)行：第一步，在巷道內(nèi)主要通過頂板位移傳感器監(jiān)測頂板下沉量、頂?shù)装逡平俊㈨敯逦灰莆恢谩㈦x層速度變化，用于判斷頂板破壞范圍，對巷道穩(wěn)定性進(jìn)行識別，對巷道所處的安全等級進(jìn)行評價。第二步，采用錨桿載荷應(yīng)力傳感器通過對巷道頂板、兩幫錨固力以及錨固力沿著錨桿長度變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到對錨桿的工作狀態(tài)、頂板安全性等進(jìn)行評價，實現(xiàn)信息反饋，為錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計優(yōu)化提供基礎(chǔ)。第三步，監(jiān)測端頭支架的工作阻力變

13、化規(guī)律，為保障端頭支護(hù)穩(wěn)定性和安全性提供依據(jù)，并為確定最優(yōu)的端頭方式及參數(shù)提供基礎(chǔ)。第四步，分區(qū)監(jiān)測工作面內(nèi)支架的工作阻力變化規(guī)律，為評價支架支護(hù)效果、支架對該類頂板的適定性以及頂板來壓規(guī)律提供依據(jù)第五步，進(jìn)行項目成果的總結(jié)和鑒定工作，將所得到的成果應(yīng)用于指導(dǎo)類似條件下的現(xiàn)場實踐。（三）協(xié)作單位1、山西巨安電子技術(shù)有限公司山西巨安電子技術(shù)有限公司是專業(yè)從事煤礦、安防監(jiān)測監(jiān)控及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的國家級高新技術(shù)企業(yè)。是科技部國家科技支撐計劃課題的承擔(dān)單位，公司和太原理工大學(xué)礦用智能電器研究所、采礦工藝研究所長期合作，形成了平穩(wěn)運(yùn)行的“產(chǎn)、學(xué)、研”合作模式。公司位于交通便利的運(yùn)城市空港新區(qū)關(guān)公西街

14、，公司除裝備了先進(jìn)的自動化車間、性能卓越的“電子產(chǎn)品綜合檢測臺”外，還建設(shè)了功能齊全的“礦壓試驗室”。公司擁有一批專業(yè)從事工業(yè)過程控制、自動化儀表、計算機(jī)應(yīng)用以及煤礦頂板控制理論研究等方面的專業(yè)人才。以豐富的設(shè)計經(jīng)驗和強(qiáng)烈的責(zé)任感，向用戶提供全方位先進(jìn)和實用的工程解決方案。公司主要研發(fā)人員長期從事采礦工程和巖石力學(xué)的科研工作。完成國家自然科學(xué)基金、部科技攻關(guān)項目和省部自然科學(xué)基金項目10余項，神華集團(tuán)科技創(chuàng)新項目和企業(yè)委托項目20多項，并與國內(nèi)大型煤炭企業(yè)、煤炭科研院所等單位長期開展合作研究，獲得了多項重大的科學(xué)研究成果，具有長期的理論儲備和大量的實踐工作，本系統(tǒng)功能軟件正是建立在豐富的礦壓理

15、論基礎(chǔ)上，開發(fā)的具有單因素預(yù)警和多因素相結(jié)合的礦壓專家分析系統(tǒng)。2、太原理工大學(xué)采礦工藝研究所太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，長期從事礦山壓力基礎(chǔ)理論、采場頂板巖層控制與災(zāi)害預(yù)測防治以及特殊開采工藝的研究工作，擁有豐富的頂板災(zāi)害防治實踐經(jīng)驗，建設(shè)成山西省采礦工程重點學(xué)科、采礦工程學(xué)科博士點和博士后流動站，山西省“礦產(chǎn)資源安全高效開采重點實驗室”、山西省“綠色開采工程技術(shù)中心”和山西省“安全工程技術(shù)中心”，并與國內(nèi)大型煤炭企業(yè)（諸如神華集團(tuán)神東煤炭公司和萬利煤炭公司、烏達(dá)礦業(yè)集團(tuán)分公司和海勃灣礦業(yè)集團(tuán)分公司，大同煤礦集團(tuán)，晉城煤業(yè)集團(tuán)和潞安礦業(yè)集團(tuán)公司等）、煤炭科研院所等單位長期開展合作研究，獲得了

16、多項重大的科學(xué)研究成果。該所擁有大型三軸壓力實驗機(jī)，大型立體模型試驗臺、巖石破裂災(zāi)變的CT探測等先進(jìn)的科研設(shè)備，能夠承擔(dān)完成該項目的頂板災(zāi)害發(fā)生機(jī)理模擬實驗與安全預(yù)警決策軟件研制任務(wù)。在本項目的相關(guān)研究方面，實施了大同煤業(yè)集團(tuán)堅硬頂板沖擊災(zāi)害的控制、颶風(fēng)形成原因的調(diào)查與分析，晉城煤業(yè)集團(tuán)大面積來壓沖擊災(zāi)害的研究，以及神華集團(tuán)神東煤炭公司頂板災(zāi)害的預(yù)防與控制研究工作，具有長期的理論儲備和前期研究基礎(chǔ)。3、課題組取得的理論成果本課題組參與和研究取得的理論成果主要包括以下內(nèi)容：1）、采集一體化裝置的超低功耗設(shè)計采集一體化裝置主要安裝在礦井監(jiān)測處的最前端，在保證正常工作條件下，降低功耗與電源供電是面臨

17、的主要難題，巨安公司采取降耗措施后，最終將功率降在小于20mA，比同類產(chǎn)品功耗降低了3倍左右，這樣大大減少了供電電源的數(shù)量。2）、井下傳輸分站的智能存儲、智能傳輸功能設(shè)計傳輸分站設(shè)計采用了大容量FLASH存儲器，采集分站設(shè)計采用了EEPROM存儲器，作為應(yīng)急數(shù)據(jù)存儲裝置。傳輸分站設(shè)計有上位機(jī)連接狀況自動智能檢測程序，采集分站設(shè)計有CAN總線連接狀況自動智能檢測程序。一旦傳輸分站檢測到與上位機(jī)（服務(wù)器）數(shù)據(jù)連接斷開后，將啟動應(yīng)急采集模式，該模式下，傳輸分站會自動從各所屬采集分站查詢一次數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)保存在大容量FLASH中，F(xiàn)LASH容量能夠保證在此模式下工作7天（120個分站的條件下）

18、，不會丟失數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)與總站連接重新建立之后，可以根據(jù)上位機(jī)指令自動將線路中斷期間的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)（服務(wù)器）。3）、井下停電及故障監(jiān)測的智能設(shè)計傳輸站設(shè)計有帶光電隔離的電源狀態(tài)檢測接口，能夠?qū)崟r檢測井下交流電源的供電狀態(tài)，一旦井下發(fā)生交流電源停電事件，傳輸分站將通過光電隔離通道捕獲該事件，觸發(fā)程序中設(shè)定的狀態(tài)標(biāo)志位，并把該標(biāo)志位打包到上報數(shù)據(jù)包中，傳輸至上位機(jī)（服務(wù)器）。同樣，當(dāng)井下交流電源恢復(fù)供電，其狀態(tài)也能夠被捕獲，清除程序中設(shè)定的狀態(tài)標(biāo)志位，并把該標(biāo)志位打包上報至服務(wù)器。4）、電話線上信號遠(yuǎn)距離傳輸設(shè)計電話線通訊是礦用電纜通訊的一種方式，目前煤礦電話線網(wǎng)絡(luò)遍布到井上、下各個角落，采用

19、電話專線進(jìn)行通訊可減少重復(fù)投資電纜和人工費(fèi)用。KJ232礦用頂板連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)成功解決了在0.5mm2電話線上通訊距離大于20Km的難題，并可滿足大中型礦井的需求。5）、單因素與多因素相結(jié)合的專家分析預(yù)警系統(tǒng)公司與太原理工大學(xué)采礦工藝研究所合作開發(fā)的專家預(yù)警分析系統(tǒng)功能。Ø 專家預(yù)警分析系統(tǒng)中單因素支架載荷分析模塊，是沿工作面長度方向建立5個測區(qū)，每個測區(qū)3條測線，共計15條測線的圖形繪制和分析計算功能，并設(shè)計開發(fā)礦壓觀測數(shù)據(jù)庫等模塊能夠給出各條測線（15條）、測區(qū)（5線平均）和全工作面（3區(qū)總平均）的最大值、最小值和平均值參數(shù)，并分別計算出相應(yīng)的初次來壓步距、各次周期來壓步距以及來壓

20、時間，同時給出來壓期間的載荷最大值、平均值、來壓前的載荷平均值以及來壓動載系數(shù)，初撐力與末阻力的回歸關(guān)系等。圖3.1Ø 專家預(yù)警分析系統(tǒng)中單因素采場頂?shù)滓平ㄖЪ芰⒅s量）分析模塊，與支架載荷數(shù)據(jù)同步進(jìn)行，同樣建立5個測區(qū)，每個測區(qū)3條測線，共計15條測線的圖形繪制和分析計算功能等。模塊能夠給出各條測線、測區(qū)和全工作面頂?shù)滓平康淖畲笾怠⒆钚≈岛推骄档葏?shù)，并為計算出相應(yīng)的初次來壓步距、各次周期來壓步距以及來壓時間提供更有效的數(shù)據(jù)支持，同時結(jié)合支架可縮量數(shù)據(jù)合理的判斷出來壓期間的載荷最大值、平均值、來壓前的載荷平均值以及來壓動載系數(shù)等。綜上所述，專家預(yù)警分析系統(tǒng)可對支架選型，支護(hù)參

21、數(shù)選型提供科學(xué)依據(jù)，為摸清頂板覆巖運(yùn)動奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。6）、全新的網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)設(shè)計，更適合工作面惡劣環(huán)境中使用 本系統(tǒng)支持礦井以太網(wǎng)傳輸，傳輸分站信息可直接進(jìn)入礦井局域網(wǎng)，減少了整個系統(tǒng)維護(hù)的工作量，傳輸分站的下位機(jī)采用國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場CAN總線設(shè)計；在礦井比較惡劣工作面采用CAN總線傳輸，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、實時性高；可擴(kuò)充系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)；總線上各節(jié)點的地位平等，不分主從，突發(fā)數(shù)據(jù)可實時傳輸；非破壞總線仲裁技術(shù)，可多節(jié)點同時向總線發(fā)數(shù)據(jù)，總線利用率高；出錯的CAN節(jié)點會自動關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；報文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯率極低；對未成功發(fā)送的報文，硬件

22、有自動發(fā)送功能，傳輸可靠性很高；具有硬件地址濾波功能，可簡化軟件的協(xié)議編制；結(jié)構(gòu)簡單，性價比極高等優(yōu)點。并貫串工作面只有一根電纜，供電與信號共用一條電纜，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。7）、提高數(shù)據(jù)的采集速率及采集數(shù)據(jù)的完整性措施Ø 充分利用CAN總線的總線仲裁特性，建立多主通訊機(jī)制，與軟件仲裁控制總線占用的方案相比，極大地提高了總線利用率，在數(shù)據(jù)繁忙階段，總線占用率幾乎100%，有效地減小了總線資源浪費(fèi)。Ø 優(yōu)化代碼，采用數(shù)據(jù)壓縮方法，將多通道的長數(shù)據(jù)組合壓縮為短數(shù)據(jù)，在CAN總線規(guī)定的每包數(shù)據(jù)8字節(jié)的范圍內(nèi)，壓縮了包括四通道采集值、分站代碼、分站狀態(tài)信息在內(nèi)的全部所需信息，從而提高了

23、傳輸效率。上述措施，有效降低了數(shù)據(jù)傳輸時間，在系統(tǒng)配置120個分站的情況下，采集全部分站數(shù)據(jù)，所用時間僅18s。Ø 系統(tǒng)設(shè)計有靈活的采集方式，在某分站出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常（比如壓力報警等）的情況下，可以針對單獨的站點進(jìn)行快速高頻率查詢，查詢頻率可達(dá)每秒5次，遠(yuǎn)高于每秒一次的采集頻率。以上高效的數(shù)據(jù)傳輸能力和靈活的采集方式，能夠有效保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性和完整性。四、項目研究的可行性、項目內(nèi)容、開發(fā)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（一）項目可行性研究中國煤炭資源豐富且地域分布十分廣泛，隨著各地經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對煤炭的需求日趨增加，煤炭的開采量也日趨增大，這就對煤炭安全生產(chǎn)提出了更高的要求。我國煤炭主要是井工開

24、采，生產(chǎn)環(huán)境條件復(fù)雜，尤其是一些中小型煤礦，由于投資能力有限，再加上對安全生產(chǎn)的重視不夠，安全設(shè)施配置不足，給安全生產(chǎn)造成極大隱患。近期以來屢屢報道的煤礦瓦斯爆炸事故就是最突出的例證。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2010年上半年全國煤礦安全事故1399起，死亡人數(shù)達(dá)1672人，雖然每次冒頂事件傷亡人數(shù)較少，但它的事故全年累計數(shù)占到煤礦事故全年累計數(shù)的55%，因此已引起國家有關(guān)部門的高度重視。在對煤炭安全生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，大中型煤礦安監(jiān)系統(tǒng)中的瓦斯、粉塵等預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成熟可靠，唯獨頂板的預(yù)警方式不太能適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需求，因此開發(fā)頂板監(jiān)測系統(tǒng)迫在眉捷。由于煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

25、，地質(zhì)地貌的不確定性，給煤礦工作面開采和巷道的維護(hù)管理造成了很大的困難。國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)對坑道的支護(hù)進(jìn)行了大量的科研攻關(guān)，取得了很好的研究成果，支護(hù)技術(shù)也日趨完善，但是無論是木棚支護(hù)、鋼架支護(hù)、還是錨桿(索)網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，均建立在巷道頂板的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，但地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣性，使得人們無法對礦井巷道頂板的結(jié)構(gòu)了如指掌，只能了解其走向和大致分層。這樣，人為的力量就不可能控制巷道頂板的剝離下沉，現(xiàn)有的巷道支護(hù)技術(shù)也只能在一定的程度上阻止頂板的下沉速度，最大限度地延長巷道的使用壽命。若對礦井采場頂板和巷道圍巖進(jìn)行實時監(jiān)測，不僅能夠預(yù)測各種頂板條件下頂板周期來壓規(guī)律，還可以得到頂板離層的準(zhǔn)確

26、數(shù)據(jù)，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)征兆的安全隱患，采取必要的加強(qiáng)支護(hù)措施，避免冒頂事故的發(fā)生。本項目針對陽泉礦區(qū)工作面與巷道頂板失穩(wěn)征兆的安全隱患研究成果，不但可以驗證陽泉礦區(qū)高應(yīng)力圍巖巷道支護(hù)合理性，還可以及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)征兆的安全隱患，采取必要的加強(qiáng)支護(hù)措施，避免冒頂事故的發(fā)生。因此本項目的研究不但在陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司具有廣闊的應(yīng)用前景，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值，而且具有極高的推廣價值及良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。市場前景良好。（二）項目內(nèi)容項目主要對以下內(nèi)容進(jìn)行研究：1）針對目前國內(nèi)頂板傳感器測量精度不高、線性度差、穩(wěn)定性和抗沖擊能力等問題，研究適合于頂板測量的高質(zhì)量的壓力、應(yīng)力、位移傳感器

27、。2)研究適合于井下的高可靠性、高精度、超低功耗的數(shù)據(jù)采集裝置。3）研究適合于煤礦井下通訊分站數(shù)據(jù)傳輸抗干擾方法、數(shù)據(jù)智能存儲、智能傳輸?shù)取?）研究基于頂板多因素參數(shù)的安全預(yù)警專家分析軟件，頂板狀態(tài)數(shù)學(xué)模型與最優(yōu)評估算法，頂板專家決策預(yù)警算法研究等。（三）項目開發(fā)方案1、理論分析：主要以傳感器技術(shù)、信息傳輸、信號處理、頂板災(zāi)變理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，建立適合于煤礦井下的傳感器檢測技術(shù)，對頂板災(zāi)害連續(xù)監(jiān)測與安全預(yù)警系統(tǒng)中所采集的信息建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分析頂板垮落災(zāi)害的安全預(yù)警臨界閾值參數(shù)，并建立監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2、仿真研究：采用仿真可以對理論分析成果進(jìn)行驗證，對軟硬件進(jìn)行實驗室構(gòu)建，

28、它能夠補(bǔ)充理論分析缺乏的一些研究環(huán)節(jié)，從而對實驗形成強(qiáng)有力的指導(dǎo)，減少實驗的盲目性，節(jié)約實驗投資，縮短實驗周期。3、實驗研究：本項目所設(shè)計的傳感器系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、通訊分站、頂板專家安全預(yù)警智能決策軟件都必須通過實驗驗證。在實驗室模擬井下的情況，進(jìn)行實際監(jiān)測,從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，進(jìn)一步完善監(jiān)測系統(tǒng)。4、 現(xiàn)場調(diào)試：這一環(huán)節(jié)是驗證仿真和實驗研究結(jié)果是否正確的唯一途徑，只有滿足現(xiàn)場的實際需求，才能檢驗監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的成功與否。這里分兩步進(jìn)行，即地面仿真調(diào)試和工業(yè)現(xiàn)場調(diào)試。（四）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、根據(jù)煤礦安全規(guī)程、山西省“一通三防”管理規(guī)定及GB3836.1、GB3836.2、GB3836.4爆

29、炸性環(huán)境用防爆電器設(shè)備、MT210煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品基本試驗方法、MT209煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本項目主要技術(shù)指標(biāo)如下： 電壓信號輸出：12V頻率信號輸出：200Hz1000Hz或5Hz15Hz看見報警亮光的距離不小于20mCAN 接口通訊，速率1200bps、2400bps、4800bps可選傳輸距離2km誤碼率不大于10-8 數(shù)據(jù)傳輸采用總線傳輸和井下無線傳輸兩種方式，具有以太網(wǎng)通信接口，總線接口與大多數(shù)目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)兼容，如CAN網(wǎng)、PROFIBUS網(wǎng)等。 2、頂板災(zāi)害的防災(zāi)專家系統(tǒng)軟件技術(shù)指標(biāo)a)工作面頂板和巷道頂板的單因素和多因素災(zāi)害預(yù)警機(jī)理和數(shù)學(xué)模型；b)基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論和BP模型的頂板預(yù)警，臨界閾值的確定；c)研制開發(fā)出能實際應(yīng)用的頂板安全狀態(tài)監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警智能決策軟件；d)在綜合考慮信息采集、預(yù)處理、傳輸過程和地面信息處理分析以及軟件運(yùn)行等因素的基礎(chǔ)上使頂板安全狀態(tài)監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警決策系統(tǒng)的反應(yīng)置后時間不大于1015s 五、項目進(jìn)度計劃2011年10月-2011年11月 現(xiàn)場調(diào)查、資料收集、項目調(diào)研，完成與外協(xié)單位的技術(shù)交流工作。2011年12月-2012年02月 完成項目計劃任務(wù)書、可行性研究報告、合同書等資料上報，提出項目實施方案。2012年