一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法，由设在工作面中的多组信号发射器和信号收发中心构成，每组信号发射器包括多种传感器，部分传感器经A/D转换器连接单片机Ⅰ，其他传感器直接连接单片机Ⅰ，单片机Ⅰ上连接有无线收发模块；信号收发中心包括无线收发模块，控制无线收发模块的单片机Ⅱ，单片机Ⅱ接有显示模块、485通讯口、功能按钮及报警器。能够实时监测顶板压力、端面冒高、顶底板移近量，还可根据预先设定的各指标值形成报警回路实现预警功能和数据存储传输功能，从多方面预警预测综采工作面顶板安全。无线监测装置操作简便，功耗低、测量精度高，预测和预警方法优越。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法，普遍适用于各煤矿综采工作面顶板安全的实时动态监测。
技术介绍
我国是世界煤炭生产大国，近几年煤炭的产量不断增加，但我国煤炭生产每年平均死亡人数是全球其他产煤国家死亡人数总和的3倍，给国家人民的生命、财产带来了巨大的损失。而在煤矿的五大自然灾害中，顶板事故占极大的比例。顶板灾害事故是指在煤矿井下生产过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损毁、生产终止等事故。顶板事故相对于煤矿瓦斯爆炸、透水等事故而言，虽然每次死亡人数比较少，但其事故发生频率高，事故总量大，也是控制煤矿事故总量的重点。多年来，我国煤矿的顶板事故及顶板灾害以其点多面广、控制难度大等特点，在各类煤矿事故中一直居于前列。据国家煤矿安全监察局统计，在“十一五”期间，顶板事故发生起数和死亡人数分别占总事故起数和死亡人数的52.9％和38.1％，均居各类灾害之首。2012年全国煤矿共发生顶板事故366起，死亡459人，分别占全国煤矿事故总起数和死亡人数的47％和33.2％，继续居各类事故之首。因此煤矿安全状况的根本好转，关键还在于如何大幅减少顶板灾害。由于顶板灾害受煤层赋存条件、地质构造、采掘活动及开采技术等多种因素影响，目前还没有措施能完全预防顶板事故的发生，所以在煤矿开采过程中对工作面顶板安全实时动态监测就显得尤为重要，这能够极大地保证煤矿人员及财产的安全。目前，能有效反映工作面顶板安全的指标有顶板压力、端面冒高、顶底板移近量等。矿井在开采之前，煤岩体普遍受到重力的作用，各个方面的受力是平衡的，表现不出压力现象，矿井在生产期间，随着采掘工作的进行，形成一定的空间，使顶板岩石悬露，从而破坏了地层原有的平衡稳定状态，岩石开始移动，发生变形，这种岩石活动所产生的力，叫矿山压力。在矿山压力的作用下，造成顶板下沉、破碎、支架压坏、片帮、煤体变形等现象，称为矿山的压力显现，矿山压力显现是矿山压力作用的结果。矿山压力的存在是绝对的，所以如果能有效的监测矿压的大小，保证矿压在一定范围内，就能很大程度保证顶板的安全。顶底板移近量是在液压支架支撑作用下，回采空间受采动影响，围岩变形移动的反映，所以用它可以评价综采工作面顶板稳定程度、支架支护效果及适应性，为支架选型、设计(支架的结构、高度等)提供数据，为改进顶板管理提出建议。另外用它可以判定老顶初次来压、周期来压的步距和强度，从而掌握综采工作面围岩运动规律，为保证工作面安全，国家规定每米采高的顶底板移近量不大于100mm。当前在我国还没有找到比顶底板移近量衡量综采工作面支护效果更好的指标，因此顶底板移近量的观测是不容忽视的观测项目。端面距是指液压支架前探梁到煤壁之前的距离，规定不能超过340mm，端面冒高指这段距离的冒落高度，规定距离不能超过300mm。当直接顶端面冒高小于临界冒高时，可以形成稳定的冒落拱，冒落高度大于临界高度时，直接顶岩体难以形成稳定的冒落拱，导致综采面出现严重的冒顶事故。有效控制碎裂结构直接顶的漏冒，必须将端面顶板冒高控制在临界高以内。但目前，这3个有效指标都是靠人工通过相互独立的仪器测得，一方面不能保证数据的准确性，另一方面也不能实时动态地监测各指标，再加上煤矿顶板事故的不确定性、偶然性，这就为工作面顶板事故埋下了隐患，严重威胁煤矿的财产和工人的生命安全。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，方法简便，测量精度高，灵敏度高，使用效果好的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法。技术方案：本专利技术的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监装置，包括间隔设在综采工作面的多台液压支架上的多组信号发射器，还包括设在综采工作面的上端口或下端口处的接收多组信号发射器无线传输信号的信号收发中心，所述的每组信号发射器包括并联在一起的多个传感器、与多个传感器顺序连接的16位A/D转换器、单片机Ⅰ及无线收发模块一；所述的多个传感器包括主动式红外线传感器A、压力传感器B、红外线距离传感器C和倾角传感器D；所述的信号收发中心包括无线收发模块二、与无线收发模块相连的单片机Ⅱ，信号收发中心上还分别设有485通讯口、显示模块、功能按钮及报警器。所述多组信号发射器为10-20组，由工作面液压支架总数确定，间隔10架设置一组。所述的16位A/D转换器的型号为MAX1166。所述的单片机I的型号为MSP430F149。所述的无线收发模块一、二为半双工模式的UTC-1212SE。所述的单片机II的型号为STM32F103。使用上述装置的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测方法，包括如下步骤：a、在综采工作面的多台液压支架上间隔设置信号发射器，每组信号发射器中：主动式红外线传感器A设在液压支架顶梁靠近掩护梁位置，通过主动式红外线传感器A测量前控梁与工作面之间的顶板冒落高度；压力传感器B设在液压支架的液压阀中，通过压力传感器B测量支柱压力；红外线距离传感器C安设在液压支架立柱的上半部分,在传感器C上方20cm处距离安设传感器D，通过红外线距离传感器C和倾角传感器D测量液压支架立柱上下段的相对位移量，之后通过计算得到顶底板移近量；b、在综采工作面的上端口或下端口处安装接收无线传输信号的信号收发中心，随工作面回采移动；c、工作时，启动信号收发中心，通过信号收发中心唤醒信号发射器，信号发射器中的压力传感器B、红外线距离传感器C和倾角传感器D将采集到的信息通过16位A/D转换器传递给单片机Ⅰ，由单片机Ⅰ实时触发无线收发模块发射信号，将无线信号发送给信号收发中心；分项设置各传感器的报警阈值，一旦出现超过报警阈值的现象，由单片机Ⅰ触发无线收发模块一发射报警信号，将无线信号发送给信号收发中心；主动式红外线传感器A实时监测前控梁与工作面之间的顶板冒落高度，当顶板冒落高度达到预警值时，主动式红外线传感器A将信息传递给单片机Ⅰ，由单片机Ⅰ触发无线收发模块一发射报警信号，将无线信号发送给信号收发中心；设在综采工作面端口的信号收发中心触发无线收发模块二接收无线收发模块一的无线信号，信号收发中心接收的信号通过单片机Ⅱ进行地址判断、数据处理，实时显示各地址的数据结果并根据接收到的数据判断是否触发报警器，同时通过485通讯口将信号传给井下分站，通过井下监测监控网络传至地面上位机实现数据的远程监测。有益效果：通过设在工作面液压支架上的信号发射器和设在上端口或下端口的信号收发中心，信号发射器在信号收发中心的唤醒条件下，可对关于工作面顶板的多种信号进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监装置，其特征在于：它包括间隔设在综采工作面的多台液压支架上的多组信号发射器（1），还包括设在综采工作面的上端口或下端口处的接收多组信号发射器（1）无线传输信号的信号收发中心（2），所述的每组信号发射器（1）包括并联在一起的多个传感器（11）、与多个传感器（11）顺序连接的16位A/D转换器（3）、单片机Ⅰ（4）及无线收发模块一（5）；所述的多个传感器（11）包括主动式红外线传感器A、压力传感器B、红外线距离传感器C和倾角传感器D；所述的信号收发中心（2）包括无线收发模块二（6）、与无线收发模块（6）相连的单片机Ⅱ（7），信号收发中心（2）还设有RS485通讯口（8）、显示模块（9）、功能按钮（10）及报警器（12）。
【技术特征摘要】
1.一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监装置，其特征在于：它包括间隔设在综采工作面的多台液压支架上的多组信号发射器（1），还包括设在综采工作面的上端口或下端口处的接收多组信号发射器（1）无线传输信号的信号收发中心（2），所述的每组信号发射器（1）包括并联在一起的多个传感器（11）、与多个传感器（11）顺序连接的16位A/D转换器（3）、单片机Ⅰ（4）及无线收发模块一（5）；所述的多个传感器（11）包括主动式红外线传感器A、压力传感器B、红外线距离传感器C和倾角传感器D；所述的信号收发中心（2）包括无线收发模块二（6）、与无线收发模块（6）相连的单片机Ⅱ（7），信号收发中心（2）还设有RS485通讯口（8）、显示模块（9）、功能按钮（10）及报警器（12）。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面顶板安全实时动态无线监装置，其特征在于：所述多组信号发射器（1）为10-20组。
3.根据权利要求1所述的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置，其特征在于：所述的16位A/D转换器（3）的型号为MAX1166。
4.根据权利要求1所述的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置，其特征在于：所述的单片机 （4）的型号为MSP430F149。
5.根据权利要求1所述的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置，其特征在于：所述的无线收发模块为半双工模式的UTC-1212SE。
6.根据权利要求1所述的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置，其特征在于：所述的单片机（7）的型号为STM32F103。
7.一种使用权利要求1所述装置的煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，蒋曙光，周松，吴征艳，邵昊，张卫清，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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