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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 巷道圍巖變形自動(dòng)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)主要采用了超聲波測(cè)距技術(shù)、壓力傳感技術(shù)、RS485通信技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、ＧＰＲＳ技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)巷道圍巖實(shí)時(shí)寬度、累計(jì)形變量、日收斂速率以及支護(hù)結(jié)構(gòu)體受力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖目前的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并通過(guò)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(shí)對(duì)隱患做出合理的處理。
- 詳細(xì)介紹：
- 巷道變形問(wèn)題日趨嚴(yán)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(jì)效益，并嚴(yán)重危及了人身安全。目前的巷道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)仍采用普通方法，如收斂計(jì)測(cè)量、皮尺量測(cè)、手動(dòng)激光測(cè)量等，這些監(jiān)測(cè)手段不但耗時(shí)，又需要大量資金，而且還不能從根本上解決實(shí)時(shí)連續(xù)的監(jiān)測(cè)并達(dá)到預(yù)警的目的，特別是不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸與遠(yuǎn)距離通信的目的。 一種巷道圍巖變形自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元（1≤n≤128），每個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元均由多個(gè)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(guò)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(cè)量誤差，并在每個(gè)采集點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)前面加上特定的標(biāo)示符，通過(guò)RS485數(shù)據(jù)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)軟件單元；計(jì)算機(jī)軟件單元利用MFC來(lái)制作完成，通過(guò)串口與外部硬件系統(tǒng)相連接，計(jì)算機(jī)軟件單元可在遇到危險(xiǎn)情況時(shí)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(jī)。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn): 1.本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道圍巖變形，錨桿受力，以及環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描監(jiān)測(cè)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(hù)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(gè)巷道工程的穩(wěn)定性。 3.本系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)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(shí)現(xiàn)了多站點(diǎn)監(jiān)測(cè)功能。 4.本系統(tǒng)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和顯示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，隨時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給礦山領(lǐng)導(dǎo)和工程師，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 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(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警問(wèn)題。通過(guò)多點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖的變形量、變形速度和支護(hù)體的受力情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為管理人員和工程技術(shù)人員提供預(yù)警信息，對(duì)巷道圍巖的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的支護(hù)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(cè)距技術(shù)達(dá)到測(cè)量巷道形變速度的目的同時(shí)，通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控錨桿受力情況，并通過(guò)RS485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和顯示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)；然后，在臨界點(diǎn)時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS發(fā)送給礦山領(lǐng)導(dǎo)和工程師。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖變形與支護(hù)結(jié)構(gòu)體受力的多點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與集成分析； （2）實(shí)現(xiàn)了井下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，井上監(jiān)控的目的，同時(shí)，可將異常數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至礦山領(lǐng)導(dǎo)或工程師手機(jī)上，使管理人員隨時(shí)了解巷道安全級(jí)別。 關(guān)鍵技術(shù)： （1）巷道圍巖變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)； （2）巷道不同級(jí)別的穩(wěn)定性評(píng)估及預(yù)警算法； （3）動(dòng)態(tài)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)； （4）GPRS技術(shù)及AT指令； 主要技術(shù)指標(biāo)： 收斂測(cè)量精度：<1mm； 溫度測(cè)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(dòng)運(yùn)營(yíng)商：中國(guó)移動(dòng) 中國(guó)聯(lián)通 中國(guó)電信
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(cè)裝置（光柵位移測(cè)量設(shè)備、電阻應(yīng)變測(cè)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(diǎn)： ⑴ 運(yùn)用了RS-485通信，RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，較遠(yuǎn)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)。 ⑵ 運(yùn)用了通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（GPRS），實(shí)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(shí)做出安全決策。 ⑶ 運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的智能監(jiān)測(cè)和分析，可以實(shí)現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定性分級(jí)與評(píng)估，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常能及時(shí)通知管理者并發(fā)生不同級(jí)別的預(yù)警信號(hào)。 ⑷ 系統(tǒng)的使用壽命長(zhǎng)，可以多次用于不同的巷道工程中，使用過(guò)程中不易損壞，穩(wěn)定性好。
獲獎(jiǎng)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(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 ⑵ 2011年3月，煤礦安全開(kāi)采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鑒定本作品具有先進(jìn)實(shí)用性。 ⑶ 2011年5月，本作品榮獲第九屆 “挑戰(zhàn)杯” 湖南省大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
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(shí)物展示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)： 該作品運(yùn)用RS485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，傳輸距離可達(dá)9.6km，完全可以達(dá)到要求。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道收斂速率和錨桿的受力大小，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，在變形較大時(shí)或錨桿受力較大時(shí)發(fā)出不同等級(jí)的警報(bào)。 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(cè)監(jiān)控；地下礦山的采場(chǎng)圍巖收斂變形監(jiān)測(cè)監(jiān)控；深埋軟巖隧道和硐室等的收斂變形監(jiān)測(cè)監(jiān)控。 推廣前景的技術(shù)性說(shuō)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(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，成本低廉等特點(diǎn)，適用于各類礦山等軟巖巷道問(wèn)題嚴(yán)重的地下工程，具有極大地推廣前景。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 本產(chǎn)品能及時(shí)對(duì)巷道圍巖的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并調(diào)整相應(yīng)的支護(hù)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(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該產(chǎn)品對(duì)1000米巷道進(jìn)行該產(chǎn)品的監(jiān)測(cè)后，僅節(jié)省維修費(fèi)用可達(dá)50萬(wàn)元左右，而且避免了因巷道整修而引起的停產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 目前我國(guó)礦山掘進(jìn)的巷道中很多都是軟巖巷道，同時(shí)，淺部易采的煤炭資源日益減少，所以不得不轉(zhuǎn)向開(kāi)采深部煤炭資源。隨著開(kāi)采深度的加大，軟巖巷道開(kāi)采問(wèn)題日益突出巷道圍巖變形越來(lái)越嚴(yán)重。于是，巷道監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越多，其目的是對(duì)軟巖巷道在施工過(guò)程中采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并提供反饋信息，對(duì)指導(dǎo)施工和修改設(shè)計(jì)、確保工程安全。 廣泛應(yīng)用的新奧法是以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與基礎(chǔ)理論定性分析為起點(diǎn)，采用工程類比法對(duì)井巷參數(shù)作初選設(shè)計(jì)，再通過(guò)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)工作修改和完善設(shè)計(jì)，以最終保證施工安全。新奧法強(qiáng)調(diào)在地下工程施工過(guò)程中進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)觀察，掌握圍巖活動(dòng)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(guò)程中的監(jiān)測(cè)具有重要的意義，它不僅能評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能依據(jù)監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)來(lái)反演圍巖的支護(hù)參數(shù)。 目前巷道的施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：一是巷道圍巖位移量監(jiān)測(cè)；二是支護(hù)構(gòu)件受力監(jiān)測(cè)。其中，巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)包括圍巖表面位移監(jiān)測(cè)和深部位移監(jiān)測(cè)，前者是巷道穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)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(zhǎng)度提供依據(jù)。當(dāng)前的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要憑借收斂?jī)x、測(cè)桿、鋼尺和激光測(cè)距儀等，每隔一段時(shí)間直接對(duì)圍巖兩幫進(jìn)行收斂變形測(cè)量.這種手段具有實(shí)施方便、簡(jiǎn)單直觀、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能反映變形的主要趨勢(shì)，但也存在很多缺陷，例如：精確度不高、測(cè)點(diǎn)易被人為破壞、效率低、不但耗時(shí)，又需要大量資金而且還不能從根本上解決實(shí)時(shí)連續(xù)的監(jiān)測(cè)并達(dá)到預(yù)警的目的。因此造成很多巷道圍巖的支護(hù)手段盲目性大、針對(duì)性差、成功率低，給礦山安全帶來(lái)危害，延誤了工期，造成了大量的資金浪費(fèi)，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 綜上所述，根據(jù)軟巖巷道變形特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況，研制一種，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道的形變速度及支護(hù)桿體受力大小，并及時(shí)預(yù)警的監(jiān)測(cè)裝置及系統(tǒng)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
