一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及井下選煤廠位移監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是我國最主要的一次能源，伴隨著煤礦開采排出的矸石以每年1.5?2.0億噸的速度增加，井上選煤一方面增加了原煤中矸石的運(yùn)費(fèi)以及排矸費(fèi)用，造成礦井的提升能力緊張和噸煤利潤下降；另一方面矸石排放占用土地，造成地面環(huán)境的污染，不利于居住環(huán)境的改善。2009年2月山東新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊礦建成了國內(nèi)首座洗煤廠，在原煤升井前通過選煤設(shè)備將其中的矸石排出，直接用于井下噴漿或采空區(qū)回填材料，實(shí)現(xiàn)了原煤井下分選和充填一體化，不但減少了地面占地，又降低了對環(huán)境的污染，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著綠色開采理念的不斷深入，井下選煤技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]隨著井下選煤的實(shí)現(xiàn)，符合井下選煤廠設(shè)備硐室的安全監(jiān)測和控制系統(tǒng)也有待于進(jìn)一步的開發(fā)和研宄。針對井下選煤廠設(shè)備硐室的底板位移監(jiān)測不同于巷道，這是因?yàn)?首先，選煤廠設(shè)備硐室內(nèi)安設(shè)有大型選煤設(shè)備，占據(jù)了硐室內(nèi)大部分的空間，其重量以及生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)都可能會對煤礦井圍巖的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，所以根據(jù)設(shè)備性能以及硐室圍巖情況必須澆筑設(shè)備基礎(chǔ)；其次，選煤廠設(shè)備硐室內(nèi)的電子干擾、電磁干擾現(xiàn)象更加嚴(yán)重，相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)性能必須符合選煤生產(chǎn)的要求，不僅抗干擾能力要求高，而且不受潮濕、高溫環(huán)境影響；再者，監(jiān)測系統(tǒng)的安裝不能影響選煤設(shè)備的運(yùn)行和破壞圍巖的穩(wěn)定性；最后，目前對井下底板位移的測量方法極其有限，且局限于機(jī)械測量，無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。
[0004]井下選煤廠設(shè)備硐室底板巖石在礦山壓力作用下產(chǎn)生底臌，導(dǎo)致硐室內(nèi)大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)局部受力不均而產(chǎn)生傾斜、位移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響選煤設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和工作人員的人身安全。因此，很有必要對井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，保證生產(chǎn)安全。
[0005]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一項(xiàng)新興的IT熱點(diǎn)領(lǐng)域，它綜合了微機(jī)電系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送出去，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端。ZigBee是一種低功耗、低成本的短距離無線通信技術(shù)，它在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層及安全層，是一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，被用于社會生活的各個(gè)方面。
[0006]現(xiàn)有的光纖光柵錨桿測力裝置及監(jiān)測錨桿應(yīng)力變化的方法(專利號CN101358886A)中的錨桿測力裝置包括壓力表1、T字型油管2，水平管和液壓油缸4連接，垂直管與光纖光柵3連接。通過在巖石或土層內(nèi)安裝錨桿，在錨桿的外露端嵌入墊板和液壓油缸，并用螺母連接。光纖光柵傳感器將錨桿受力變化量通過其纖芯連接到外部的光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。該發(fā)明存在以下不足: 1、現(xiàn)有技術(shù)中沒有無線傳輸器件，不具備數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能，無法實(shí)現(xiàn)對選煤廠設(shè)備硐室底板位移的動(dòng)態(tài)監(jiān)測；
2、現(xiàn)有技術(shù)體積較大，該技術(shù)的安裝會影響選煤廠設(shè)備硐室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行和操作人員的正常通行；
3、現(xiàn)有技術(shù)不能安裝在選煤設(shè)備基礎(chǔ)上，通過在設(shè)備基礎(chǔ)上鉆孔安裝，不僅會破壞設(shè)備基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性，而且會影響選煤設(shè)備運(yùn)行；
4、現(xiàn)有技術(shù)成本較高，采用的光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀價(jià)格昂貴，不適合在礦井內(nèi)推廣使用；
5、現(xiàn)有技術(shù)傳感器監(jiān)測信號傳遞依靠有線光纖，需要在井下通道鋪設(shè)光纖既占據(jù)大量的空間，且線路老化較快容易損壞，事故率較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)是否傾斜，并動(dòng)態(tài)監(jiān)測選煤廠設(shè)備硐室底板的位移情況。
[0008]一種井下選煤廠設(shè)備硐室底板位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點(diǎn)、SINK節(jié)點(diǎn)、基站和監(jiān)測主機(jī)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)、SINK節(jié)點(diǎn)和基站均設(shè)置在井下，所述監(jiān)測主機(jī)設(shè)置在井上，所述傳感器節(jié)點(diǎn)與所述SINK節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接，所述SINK節(jié)點(diǎn)、所述基站和所述監(jiān)測主機(jī)之間通過有線連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、能量管理模塊A、處理器模塊A和通信模塊A，所述傳感器模塊包括陀螺儀和加速度計(jì)，所述能量管理模塊A采用電池供電或外接電源提供所述傳感器節(jié)點(diǎn)工作的所有電能，所述處理器模塊A采用單片機(jī)控制所述傳感器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行以及處理采集到的數(shù)據(jù)和所述SINK節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，所述通信模塊A包括Zigbee模塊A，負(fù)責(zé)與所述SINK節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)和交換控制信息。
[0010]進(jìn)一步的，所述SINK節(jié)點(diǎn)包括能量管理模塊B、處理器模塊B和通信模塊B，所述通信模塊B包括Zigbee模塊B和調(diào)制解調(diào)器，所述Zigbee模塊B負(fù)責(zé)與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)和交換控制信息，所述調(diào)制解調(diào)器負(fù)責(zé)與所述基站進(jìn)行數(shù)據(jù)的有線傳遞和控制信息的收發(fā)，所述能量管理模塊B提供所述SINK節(jié)點(diǎn)工作的所有電能，所述處理器模塊B負(fù)責(zé)收發(fā)所述傳感器節(jié)點(diǎn)和所述基站的數(shù)據(jù)與命令，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0011]進(jìn)一步的，所述基站包括嵌入式計(jì)算機(jī)，所述基站通過有線光纖與所述SINK節(jié)點(diǎn)和所述監(jiān)測主機(jī)連接，所述監(jiān)測主機(jī)包括上位機(jī)，所述監(jiān)測主機(jī)對所述基站傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲、顯示和分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。
[0012]進(jìn)一步的，所述處理器模塊A包括ARM單片機(jī)。
[0013]進(jìn)一步的，所述陀螺儀采用三軸陀螺儀，所述加速度計(jì)采用三軸加速度計(jì)，所述陀螺儀和所述加速度計(jì)通過卡爾曼濾波器對監(jiān)測信號進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。
[0014]進(jìn)一步的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在硐室設(shè)備基礎(chǔ)側(cè)面的槽體內(nèi)，并通過蓋板進(jìn)行掩蓋保護(hù)。
[0015]進(jìn)一步的，所述監(jiān)測主機(jī)設(shè)置報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊包括蜂鳴器與GPRS發(fā)射模塊。
[0016]傳感器節(jié)點(diǎn)是對井下選煤廠設(shè)備硐室內(nèi)底板位移情況進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至SINK節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榫马鲜业臄?shù)量是較多的，而井下的情況也較為復(fù)雜，所以采用SINK節(jié)點(diǎn)對一定區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收以及命令控制，SINK節(jié)點(diǎn)再往上與基站連接，若井下的區(qū)域較少則設(shè)置一個(gè)基站對所有的SINK節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測信息匯總并存儲，井下區(qū)域較大時(shí)設(shè)置多個(gè)基站，保證對所有的SINK節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接控制，基站與監(jiān)測主機(jī)連接，最終將井下硐室內(nèi)的監(jiān)測信息匯總至監(jiān)測主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對井下硐室內(nèi)底板位移情況的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測。
[0017]傳感器節(jié)點(diǎn)主要采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并發(fā)送給SINK節(jié)點(diǎn)，同時(shí)接收來自SINK節(jié)點(diǎn)的查詢命令。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)的發(fā)生和命令的接收時(shí)，轉(zhuǎn)入休眠模式，使節(jié)點(diǎn)功耗降到最低，為了確保發(fā)送的數(shù)據(jù)包被SINK節(jié)點(diǎn)接收到，在數(shù)據(jù)包的發(fā)送中采用APS層確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制，如果發(fā)送數(shù)據(jù)包后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有接收到應(yīng)答確認(rèn)信息，則重新發(fā)送，連續(xù)三次發(fā)送失敗，則視此次操作無效。同時(shí)，為了保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，該節(jié)點(diǎn)定時(shí)向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送Ping命令以監(jiān)測當(dāng)前的鏈路狀態(tài)，連續(xù)五次確實(shí)后繼續(xù)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
[0018]傳感器節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、能量管理模塊A、處理器模塊A和通信模塊A，陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測裝置，陀螺儀與加速度計(jì)進(jìn)行配合使用實(shí)現(xiàn)對硐室內(nèi)底板的位移、角度和加速度的監(jiān)測。處理器模塊A包括單片機(jī)，單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，處理器模塊A對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制將監(jiān)測數(shù)據(jù)向SINK節(jié)點(diǎn)發(fā)送，并起到同步定位、功耗管理、任務(wù)調(diào)度和通信協(xié)議等作用，通信模塊A采用的是Zigbee模塊，ZigBee是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率低:10Kb/s~250Kb/s，專注于低速率傳輸應(yīng)用；功耗低:在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號電池可使用6~24個(gè)月；成本低:Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單；網(wǎng)絡(luò)容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65，000個(gè)設(shè)備；延時(shí)短:典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms，網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠。這里實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與SINK節(jié)點(diǎn)的無線連接，硐室內(nèi)設(shè)備較大，人員走動(dòng)較多，采用有線連接占用空間較多，且接線復(fù)雜容易出錯(cuò)，工作人員也容易誤碰，采用Zigbee模塊對設(shè)備和人員都起到了保護(hù)作用。傳感器節(jié)點(diǎn)與SINK節(jié)點(diǎn)也可采用串口通信作為備用，將通信線路埋入地面，這樣在無線通信發(fā)生故障時(shí)可以緊急采用串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]SINK節(jié)點(diǎn)一方面負(fù)責(zé)組建無線網(wǎng)絡(luò)，另一