基于M-BUS总路线的煤巷顶板离层监测系统

摘 要：目前在煤矿使用的机械式巷道顶板离层指示仪和声光报警式巷道顶板离层指示仪，由于工作面回采巷道很长，观察人员不可能做到每天都能准确掌握各个顶板离层仪变化情况，故不能及时采取相应措施来阻止顶板失稳，突发性破坏还会不可避免的发生，给煤矿的安全生产带来隐患。本技术是一种基于M-BUS总路线的煤巷顶板离层观测系统，实现顶板离层的自动监测。

关键词：煤矿；煤巷；顶板离层；自动监测

中图分类号：X830.5 文献标识码：A

1 技术内容

本技术就是要提供一种安全性高、实时性的顶板观测系统，实现了在线实时监测顶板离层量，及时采取相应措施来阻止顶板失稳，避免突发性破坏发生。

为了达到上述效果，本技术提供一种基于M-BUS总线的煤巷顶板离层的监测系统，包括M-BUS总线、设置在巷道顶板的顶板离层仪，还包括主控器，顶板离层仪串接在M-BUS总线上，顶板离层仪包括磁性开关阵列、磁性监测棒；主控器是通过M-BUS总线与顶板离层仪进行通讯，磁性开关阵列输出端与主控器连接；与M-BUS总线连接的监测服务器接收经所述主控器处理并转换为离层量频率信号的顶板离层数据。

在煤矿巷道掘进时将顶板离层仪按通讯地址的顺序用M-BUS总线连接安装组网，顶板离层仪间距约50米；回采时，按相反顺序撤除顶板离层仪。主控器通过M-BUS总线与顶板离层仪进行通讯，采集各顶板离层仪的顶板离层值，并转换为相应的离层量频率信号，按顶板离层仪的通讯地址循环定时地传输离层量频率信号至井下监测服务器，井下监测服务器再将离层量频率信号通过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。

同时，主控器将离层量频率信号通过M-BUS总线输送给固设在巷道顶板上的LED显示器与报警装置连接，当现场有工作人员时，光敏传感器感应到光源即打开LED显示器与报警装置的电路，并有延时关闭功能，有利于引起工作人员的注意。并将当前的顶板离层量数值显示在LED显示器上，如离层量超过超限报警值时，触动报警装置，警铃即时提醒现场工作人员要注意安全并采取相应的安全措施。

另外，通过M-BUS总线可以设定或修改任意一个顶板离层仪的通讯地址和超限报警值，当离层量超过超限报警值时，触发光敏传感器后LED显示器在显示离层数值时报警装置打开，给现场工作人员提醒要注意安全并采取相应的安全措施。

2 附图说明

图中：1-顶板离层仪，2-巷道顶板，3-M-BUS总线，4-MSP430单片机，5-监测服务器，6-报警装置，7-LED显示器，8-光敏传感器，9-超级电容，10-直流电源，11-磁性开关阵列，12-磁性监测棒，13-锚头，14-钢丝绳， 15-老顶，16-中间层，17-直接顶。

如图1所示，顶板离层仪包括磁性开关阵列1、磁性监测棒2，磁性监测棒2是在截面为半圆形的不锈钢金属棒上按一定编码粘贴永久磁铁的磁条而成，采用磁性监测棒与磁性开关阵列的相对位移，进行非接触顶板离层的直线位移测量。

如图2所示，监测系统包括M-BUS总线

3、设置在巷道顶板2的顶板离层仪1，所述顶板离层仪1串接在M-BUS总线3上；还包括主控器，连接一直流电源10供电，所述主控器是超低功耗16位MSP430单片机4，所述单片机包括外部晶振与内部DCO振荡器，其通过M-BUS总线3与顶板离层仪1进行通讯；与M-BUS总线3连接的监测服务器5接收经所述MSP430单片机4处理并转换为离层量频率信号的顶板离层数据；所述顶板离层仪1包括磁性开关阵列11、磁性监测棒12，所述磁性开关阵列11输出端与MSP430单片机4连接；所述MSP430单片机4输出端通过M-BUS总线3与LED显示器7与报警装置6连接，所述LED显示器7与报警装置6固设在巷道顶板2上通过光敏传感器8控制，LED显示器7与报警装置6连接有超级电容9作为工作时充电装置。

如图3所示，MSP430单片机4通过M-BUS总线3与顶板离层仪1进行通讯，通过将顶板离层仪1的第一个磁性监测棒12的锚头13设在巷道顶板2老顶15深处，通过监测悬于细钢丝绳14下第一个磁性监测棒12相对于直接顶17表面的顶板离层仪的位移，即直接顶17与老顶15的离层，将第二磁性监测棒12的锚头13设在巷道顶板2有中间层16处，通过监测悬于细钢丝绳14下第二磁性监测棒12相对于直接顶17表面的顶板离层仪的位移，即直接顶17与中间层16处的离层，两者之差即为中间层16与老顶15的离层量。MSP430单片机4将采集到的各顶板离层仪1的顶板离层值，并转换为相应的离层量频率信号，按顶板离层仪的通讯地址循环定时地传输离层量频率信号至井下监测服务器5，井下监测服务器5再将离层量频率信号通过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。

同时，MSP430单片机4将离层量频率信号通过M-BUS总线3输送给固设在巷道顶板2上的LED显示器与报警装置连接，当现场有工作人员时，光敏传感器感应到光源即打开LED显示器与报警装置的电路，并有延时关闭功能，有利于引起工作人员的注意。并将当前的顶板离层量数值显示在LED显示器上，如离层量超过超限报警值时，触动报警装置，警铃即时提醒现场工作人员要注意安全并采取相应的安全措施，从而保障了现场工作人员的生命安全。

结束语

本监测系统结构简单，安装方便，精度高，功耗低，组网简单，抗干扰能力强，适应煤矿这种较为恶劣的环境；实现了顶板离层信号监测的网络化和自动化；声光报警设备为现场工作或过往的工作人员提供即时的顶板离层量数字显示和离层超限声光报警信息，保障了现场工作人员的生命安全。

参考文献

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