低功耗顶板离层仪研究

　　引　言

　　顶板离层是巷道围岩变形和破坏的主要形式之一,对于锚杆支护巷道来说,顶板离层则是最大的安全隐患。当顶板离层超过一定范围,即表明顶板处于非稳定状态,如果不及时采取支护措施,便会发生冒顶等恶性顶板事故。目前在煤矿中使用的结构简单的机械式巷道顶板离层指示仪和借助电气元件的声光报警式巷道顶板离层指示仪,均采用人工定时观察测量顶板离层状况的方法,而且不能实现顶板离层的自动监测和数据传输。因此,对锚杆支护巷道进行顶板离层实时监测,并及时采取相应措施,阻止顶板失稳,避免突发性破坏的发生具有重要意义。

　　1　系统的组成及工作原理

　　巷道顶板离层监测系统的组成如图1所示,主要由锚头组件、低功耗顶板离层仪、M-BUS总线及主控器和井下监控分站等组成。

　　顶板离层检测的工作原理及方法是将1#检测棒的锚头设在老顶深处(即基点),通过检测悬于细钢丝绳下1#检测棒相对于直接顶表面的顶板离层仪的位移,即直接顶与老顶的离层。2#检测棒的锚头设在中间层处(即基点),通过检测悬于细钢丝绳下2#检测棒相对于直接顶表面的顶板离层仪的位移,即直接顶与中间层处的离层,两者之差为中间层与老顶的离层。

　　低功耗顶板离层仪主要完成顶板离层信号采集、光敏检测、顶板离层量数字显示、超限声光报警、M-BUS通讯控制等内容。现场可进行顶板离层量数字显示和离层超限声光报警。

　　巷道掘进时将顶板离层仪按通讯地址的顺序(相距大约50 m)用二芯电缆(M-BUS总线)连接安装组网(可组网32个顶板离层仪,巷道长约1 500m),巷道回采时按相反顺序撤除顶板离层仪。

　　M-BUS主控器主要是通过M-BUS总线与低功耗顶板离层仪进行通讯控制和供电,采集各顶板离层仪的顶板离层值,并转换为相对应的离层量频率信号(200～1 000 Hz),按顶板离层仪的通讯地址(0-31)循环定时传输离层量频率信号至井下监控分站。M-BUS主控器由监控分站的一台本质安全型直流电源供电。

　　井下监控分站将离层量频率信号通过煤矿综合监控系统传输至地面生产指挥中心,实现对矿井巷道顶板离层状态的实时监测[1]。

　　从井下巷道工作环境和电磁干扰环境的限制来看,测量装置应是抗干扰能力强,并且便于安装使用。一条巷道一般需要对数十个点的顶板进行离层监测,顶板离层仪的功耗必需设计的尽可能小,这样系统的组网和供电就比较容易。

　　2　低功耗顶板离层仪的实现

　　2.1　直线绝对位移的检测原理

　　直线绝对位移的检测是由磁性开关阵列、磁性检测棒等组成,如图2所示。