基本信息
- 項目名稱：
- 巷道圍巖變形自動監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)主要采用了超聲波測距技術(shù)、壓力傳感技術(shù)、RS485通信技術(shù)、單片機技術(shù)、ＧＰＲＳ技術(shù)和計算機技術(shù)，通過計算機對巷道圍巖實時寬度、累計形變量、日收斂速率以及支護結(jié)構(gòu)體受力狀態(tài)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)對巷道圍巖目前的穩(wěn)定狀態(tài)進行評估，及時發(fā)現(xiàn)隱患并通過ＧＰＲＳ模塊將數(shù)據(jù)傳輸給礦山領(lǐng)導(dǎo)和工程技術(shù)人員，以便及時對隱患做出合理的處理。
- 詳細介紹：
- 巷道變形問題日趨嚴重，特別是巷道的大變形直接影響了礦業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益，并嚴重危及了人身安全。目前的巷道變形監(jiān)測技術(shù)仍采用普通方法，如收斂計測量、皮尺量測、手動激光測量等，這些監(jiān)測手段不但耗時，又需要大量資金，而且還不能從根本上解決實時連續(xù)的監(jiān)測并達到預(yù)警的目的，特別是不能實現(xiàn)自動傳輸與遠距離通信的目的。 一種巷道圍巖變形自動監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器部分、MCU模塊、RS485數(shù)據(jù)通信模塊、電源模塊、計算機軟件單元以及GPRS模塊，其中電源模塊可為傳感器部分、MCU模塊以及RS485數(shù)據(jù)通信模塊供電，其特征在于：所述傳感器部分包括n個數(shù)據(jù)監(jiān)測單元（1≤n≤128），每個數(shù)據(jù)監(jiān)測單元均由多個位移傳感器、DS18B20溫度傳感器、壓力傳感器三部分構(gòu)成，傳感器部分將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化處理后傳入MCU模塊，MCU模塊消除由于溫度而引起的距離測量誤差，并在每個采集點采集的數(shù)據(jù)前面加上特定的標示符，通過RS485數(shù)據(jù)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機軟件單元；計算機軟件單元利用MFC來制作完成，通過串口與外部硬件系統(tǒng)相連接，計算機軟件單元可在遇到危險情況時向GPRS模塊發(fā)送AT指令，GPRS模塊接到指令后發(fā)送預(yù)警信息給設(shè)定手機。 主要創(chuàng)新點: 1.本系統(tǒng)實現(xiàn)了對巷道圍巖變形，錨桿受力，以及環(huán)境溫度的實時動態(tài)掃描監(jiān)測及分析； 2.本系統(tǒng)既考慮了巷道圍巖變形量與變形速度，又考慮了支護結(jié)構(gòu)體的受力大小和環(huán)境溫度，比較全面地反映整個巷道工程的穩(wěn)定性。 3.本系統(tǒng)通過運用RS485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了多站點監(jiān)測功能。 4.本系統(tǒng)通過串口將數(shù)據(jù)傳入計算機進行數(shù)據(jù)分析和顯示實時的數(shù)據(jù)，隨時將數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送給礦山領(lǐng)導(dǎo)和工程師，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的： 本作品主要解決各類生產(chǎn)礦井或地下工程圍巖變形的自動監(jiān)測及預(yù)警問題。通過多點掃描實現(xiàn)對巷道圍巖的變形量、變形速度和支護體的受力情況等進行實時監(jiān)測，為管理人員和工程技術(shù)人員提供預(yù)警信息，對巷道圍巖的安全狀態(tài)進行評估，并及時調(diào)整相應(yīng)的支護參數(shù)，提高巷道圍巖的穩(wěn)固性，避免發(fā)生較大范圍的垮塌或冒頂事故。 基本思路： 首先，采用超聲波測距技術(shù)達到測量巷道形變速度的目的同時，通過壓力傳感器實時監(jiān)控錨桿受力情況，并通過RS485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳入計算機進行數(shù)據(jù)分析和顯示實時的數(shù)據(jù)；然后，在臨界點時將數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送給礦山領(lǐng)導(dǎo)和工程師。 創(chuàng)新點： （1）實現(xiàn)了巷道圍巖變形與支護結(jié)構(gòu)體受力的多點實時動態(tài)監(jiān)測與集成分析； （2）實現(xiàn)了井下實時監(jiān)測，井上監(jiān)控的目的，同時，可將異常數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦山領(lǐng)導(dǎo)或工程師手機上，使管理人員隨時了解巷道安全級別。 關(guān)鍵技術(shù)： （1）巷道圍巖變形的實時監(jiān)測與分析技術(shù)； （2）巷道不同級別的穩(wěn)定性評估及預(yù)警算法； （3）動態(tài)多點數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)； （4）GPRS技術(shù)及AT指令； 主要技術(shù)指標： 收斂測量精度：<1mm； 溫度測量范圍：-55℃～+125℃； 工作電壓：5V-12V； 數(shù)據(jù)傳輸距離：2KM—9.6KM； 數(shù)據(jù)傳輸波特率:9600Bps； 移動運營商：中國移動 中國聯(lián)通 中國電信
科學性、先進性
- 根據(jù)現(xiàn)場實驗及應(yīng)用結(jié)果，表明該作品具有較明顯的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景，與現(xiàn)有其它類型的巷道圍巖變形監(jiān)測裝置（光柵位移測量設(shè)備、電阻應(yīng)變測量設(shè)備、光纖光柵應(yīng)變傳感設(shè)備）相比，有如下突出技術(shù)特點： ⑴ 運用了RS-485通信，RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，較遠的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點。 ⑵ 運用了通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS），實現(xiàn)了井上異地監(jiān)控，并可以將異常數(shù)據(jù)發(fā)送給礦山領(lǐng)導(dǎo)或工程師，及時做出安全決策。 ⑶ 運用計算機技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的智能監(jiān)測和分析，可以實現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定性分級與評估，當發(fā)現(xiàn)異常能及時通知管理者并發(fā)生不同級別的預(yù)警信號。 ⑷ 系統(tǒng)的使用壽命長，可以多次用于不同的巷道工程中，使用過程中不易損壞，穩(wěn)定性好。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- ⑴ 2011年3月，本作品榮獲第四屆“挑戰(zhàn)杯”xxxx大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎。 ⑵ 2011年3月，煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點實驗室鑒定本作品具有先進實用性。 ⑶ 2011年5月，本作品榮獲第九屆 “挑戰(zhàn)杯” 湖南省大學生課外科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作生產(chǎn)、專利買斷
作品可展示的形式
- 實物展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點： 該作品運用RS485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，傳輸距離可達9.6km，完全可以達到要求。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測巷道收斂速率和錨桿的受力大小，對巷道圍巖穩(wěn)定性等級進行評估，在變形較大時或錨桿受力較大時發(fā)出不同等級的警報。 適應(yīng)范圍： 非金屬礦山及金屬礦山在內(nèi)的地下巷道工程的監(jiān)測監(jiān)控；地下礦山的采場圍巖收斂變形監(jiān)測監(jiān)控；深埋軟巖隧道和硐室等的收斂變形監(jiān)測監(jiān)控。 推廣前景的技術(shù)性說明： 本系統(tǒng)具有集成度高，數(shù)據(jù)采集面大，數(shù)據(jù)傳輸距離長，操作簡單，應(yīng)用范圍廣，成本低廉等特點，適用于各類礦山等軟巖巷道問題嚴重的地下工程，具有極大地推廣前景。 經(jīng)濟效益預(yù)測： 本產(chǎn)品能及時對巷道圍巖的安全狀態(tài)進行評估，并調(diào)整相應(yīng)的支護參數(shù)，為礦井生產(chǎn)節(jié)省大量維修成本和工程量，大大提高了礦山的生產(chǎn)力，而且保證了工人的人身安全，可為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。該產(chǎn)品對1000米巷道進行該產(chǎn)品的監(jiān)測后，僅節(jié)省維修費用可達50萬元左右，而且避免了因巷道整修而引起的停產(chǎn)，其經(jīng)濟效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 目前我國礦山掘進的巷道中很多都是軟巖巷道，同時，淺部易采的煤炭資源日益減少，所以不得不轉(zhuǎn)向開采深部煤炭資源。隨著開采深度的加大，軟巖巷道開采問題日益突出巷道圍巖變形越來越嚴重。于是，巷道監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的越來越多，其目的是對軟巖巷道在施工過程中采取動態(tài)監(jiān)測，并提供反饋信息，對指導(dǎo)施工和修改設(shè)計、確保工程安全。 廣泛應(yīng)用的新奧法是以現(xiàn)場實測與基礎(chǔ)理論定性分析為起點，采用工程類比法對井巷參數(shù)作初選設(shè)計，再通過施工過程的監(jiān)測工作修改和完善設(shè)計，以最終保證施工安全。新奧法強調(diào)在地下工程施工過程中進行系統(tǒng)的監(jiān)測和現(xiàn)場觀察，掌握圍巖活動特性和巷道安全程度。作為新奧法施工的重要一環(huán)，巷道施工過程中的監(jiān)測具有重要的意義，它不僅能評價支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能依據(jù)監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)來反演圍巖的支護參數(shù)。 目前巷道的施工過程中的監(jiān)測內(nèi)容主要包括兩個方面：一是巷道圍巖位移量監(jiān)測；二是支護構(gòu)件受力監(jiān)測。其中，巷道圍巖位移監(jiān)測包括圍巖表面位移監(jiān)測和深部位移監(jiān)測，前者是巷道穩(wěn)定性的評價依據(jù)之一，后者反映圍巖深部位移情況，可以判斷圍巖塑性圈的大小，從而為確定和修改錨桿的合理長度提供依據(jù)。當前的監(jiān)測技術(shù)主要憑借收斂儀、測桿、鋼尺和激光測距儀等，每隔一段時間直接對圍巖兩幫進行收斂變形測量.這種手段具有實施方便、簡單直觀、適用性強等優(yōu)點，能反映變形的主要趨勢，但也存在很多缺陷，例如：精確度不高、測點易被人為破壞、效率低、不但耗時，又需要大量資金而且還不能從根本上解決實時連續(xù)的監(jiān)測并達到預(yù)警的目的。因此造成很多巷道圍巖的支護手段盲目性大、針對性差、成功率低，給礦山安全帶來危害，延誤了工期，造成了大量的資金浪費，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益。 綜上所述，根據(jù)軟巖巷道變形特點和國內(nèi)應(yīng)用情況，研制一種，實現(xiàn)實時監(jiān)測巷道的形變速度及支護桿體受力大小，并及時預(yù)警的監(jiān)測裝置及系統(tǒng)具有重要的工程應(yīng)用價值。
