立井井筒破坏事故动态监测报警系统

1 用途

立井井筒作为矿井生产的咽喉要道，随着井深的增大，表土层的变厚，井筒施工、生产期间的安全事故频频发生，严重影响了矿井安全生产。大多数的立井井筒都是在人工发现明显破坏特征（井壁破裂、漏水、管路弯曲等）甚至出现安全事故时，才采取治理措施，既贻误了治理时机，增加了治理难度，又影响了安全生产。在治理时，因缺少井筒的原始数据和当前数据，所以只能根据破坏的外部特征而采取一些措施，治标不治本，这也是井筒治理后出现重复破坏的一个重要原因。因此，非常必要建立井筒安全信息化系统，随时掌握井筒的变形状态，提前预报可能发生的破坏，将事故消除在萌芽状态；监测数据对采取防治措施、研究破坏机理、改进井筒设计等都具有重要的参考价值。

2 系统主要功能

按照系统的研制目标和原则，针对目前的实际需求，该系统应具有如下主要功能：

（1）系统可接入各种类型的传感器，实现砼应变、钢筋应变、冻结压力、**压力、位移、水位、温度等参数自动测量。各种传感器可在现场标定。

（2）各种传感器的测量数据采用统一的格式，通过有线网络或无线网络自动传输至监测中心的监测计算机，实现集中处理、**保存、异常报警。

（3）监测计算机可对接收到的测量数据进行分析判断，并以数据库方式存储，为专家系统提供开放式的数据结构。

（4）用户界面为网页形式，授权用户可通过网页浏览器远程查询系统的所有信息、修改系统的有关参数，修改记录被保存。系统所有的历史信息和当前信息（包括测量数据、报警上下限、报警情况、系统故障情况、系统参数修改记录等）均可在网页上以表格、曲线、工况图等形式展现，时间范围可任意选择。

（5）监测计算机可判断井筒状态是否异常，一旦异常，则可通过手机短信方式向有关人员发送报警信息，报警信息和短信接收人员均可设置。监测计算机还可将报警信息发回监测现场，由专用报警器报警。

（6）系统具有故障自诊断能力，具有对故障的分析、判断功能，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行判断。

（7）系统所有设备均具有全球**标识，在监测计算机联入外网情况下，可及时将设备信息（包括单位信息、安装时间、故障信息等）自动与公司信息管理系统数据库同步更新，方便进行设备库存、供货、维修管理，提供设备跟踪服务，减少维护成本，缩短维修时间。若监测计算机不充许联入外网情况，可生成设备信息文件，由矿井工作人员根据需要发送至公司服务邮箱。

3系统组成

图1 系统总体框图

系统分为三个网络层次，底层网络由智能传感器、声光报警器及通信分站组成，通信分站可作为通信网关,转发计算机命令，通过发送不同的地址（每个智能传感器、声光报警器都设有**的地址）依次控制各智能传感器执行测量工作，并读取和存储其测量数据。

通过监测计算机根据测量数据产生报警信息，并由通信分站转给声光报警器，进行声光报警，以便现场人员及时采取措施，如采用破壁注浆或地面注浆加固表土层时，立即停止注浆。中间层网络由通信分站与监测计算机组成，监测计算机为主机，依次选通各通信分站，并读取其存储的测量数据。底层网络和中间层网络均为总线网络，提高了系统容量（即能够带足够多的测点）和实时性（即缩短巡测时间），延长通信距离（即适合测点分散）。上层网络为计算机网络，监测计算机作为网络结点，具有网络服务器功能，用户可通过网页浏览器远程查询系统的信息、修改系统的配置。

地面野外水文地质钻孔水位测量由安装在各钻孔内的水位遥测仪（带手机模块）完成。水位遥测仪定时（定时时间间隔可设置）测量水位，并利用公共GSM网络的短信业务以短信方式将测量数据发送至监测中心的计算机。公共GSM网络具有覆盖面广、可靠性高、免维护、费用低等优点。

4 系统特点

（1）可测量实时数据，测量精度高，运行稳定可靠，系统具有故障自诊断功能和防雷击设计，以及容错技术设计，大大提高了系统的可靠性。

（2）系统采用模块化结构设计，可缩短维修时间，并且便于安装、使用和管理。

（3）在该系统中智能传感器、通信分站设计为本安型，通信分站的供电电源设计为隔爆兼本安型，通信电缆选用矿用通信电缆，通信接口设计为一般兼矿用本质安全型，保证了系统工作的安全。

（4）系统采用标准化、网络化、模块化、智能化设计，既可提高系统的可扩展性，也可提高系统的可维性、可靠性，并具有根据使用要求灵活配置的能力。

（5）系统运用先进的软硬件环境、先进的设计技术、完善的设计和分析理论来保障。

（6）系统使用推理、学习和其他技术来分析解释它得到的各种信息和知识的能力，对系统故障能够进行自诊断，结合专家系统可以及时对井筒的状态进行分析，发出预警信息。

5系统总体参数及指标

1．系统容量                          32台通信分站×80台智能传感器

2．系统巡检周期                     ≤30s

3．地面计算机与地面通信接口的通信           

（1）通信方式                     异步时分制，全双工

（2）接口形式                     RS232

（3）通信速率                     2400bps

4．地面通信接口与井下通信分站的通信           

（1）通信方式                     异步时分制，基带半双工

（2）接口形式                     RS485总线或TCP/IP

（3）通信速率                     ≥2400bps

（4）通信介质                     两芯通信电缆或双绞线(TCP/IP)

（5）无中继通信距离               ≮20km

（6）误码率                       ≤10-6

5．井下通信分站与井下智能传感器的通信           

（1）通信方式                     异步时分制，基带半双工

（2）接口形式                     M-BUS总线

（3）通信速率                     600bps

（4）通信介质                     四芯通信电缆

（5）通信距离                     ≮5km

（6）误码率                       ≤10-6