光纖傳輸技術(shù)在礦山地壓遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

韋 峰，劉國清，孟中華

（1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西南丹縣 547207；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012）

光纖傳輸技術(shù)在礦山地壓遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

韋 峰1，劉國清2，孟中華2

（1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西南丹縣 547207；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012）

結(jié)合銅坑礦地下采礦工程地壓監(jiān)測的需要，研究在受限空間環(huán)境下電話線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸易堵塞、受干擾大的原因，提出應(yīng)用光纖通信技術(shù)建立無干擾通暢監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，充分實(shí)現(xiàn)礦山井下遠(yuǎn)程地壓監(jiān)控自動(dòng)化。

聲發(fā)射；光纖通信；遠(yuǎn)程監(jiān)控；地壓監(jiān)測

銅坑礦地壓監(jiān)測手段以聲發(fā)射監(jiān)測為主，其他應(yīng)力、沉降、裂縫等監(jiān)測手段為輔，實(shí)施聲發(fā)射24h連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)中負(fù)責(zé)采集的計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成井下日常巖體聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集工作。由于地表地壓數(shù)據(jù)處理技術(shù)員要對(duì)井下地壓活動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測分析與預(yù)測，需要將井下計(jì)算機(jī)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸?shù)降孛?，則必須借助現(xiàn)代化遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)。本文選用光纖傳輸方式，實(shí)現(xiàn)地面與井下數(shù)據(jù)信息共享和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 光纖通信技術(shù)

光纖通信是應(yīng)用極高純度的玻璃光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，將需傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光波信號(hào)，并以光波為載體波來傳輸信息的通信系統(tǒng)。光纖通信的基本原理是：把待傳送信息包轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳送至發(fā)送端，然后由發(fā)送端調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，然后將這一強(qiáng)度變化光束通過光纖傳輸?shù)浇邮斩耍儆山邮斩说墓鈾z測器（APP）將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變回電信號(hào)，最后經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原來的信息包。

2 地壓監(jiān)測系統(tǒng)通信技術(shù)改造

2.1 前期地壓監(jiān)測系統(tǒng)

廣西華錫集團(tuán)銅坑礦井下地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，前期采用調(diào)制解調(diào)器和專用通訊電話線在地面與井下之間形成一對(duì)一連接網(wǎng)絡(luò)，作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與通信的基礎(chǔ)媒介，以此為數(shù)據(jù)通信依托實(shí)現(xiàn)了井下地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測，降低了地壓監(jiān)測的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。原地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 聲發(fā)射地壓監(jiān)測調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)傳輸示意

2.2 電話線網(wǎng)絡(luò)存在的問題與改造

由于井下地壓監(jiān)測硐室與地面監(jiān)測預(yù)報(bào)中心距離比較遠(yuǎn)，井下電纜溝內(nèi)又同時(shí)分布有其他高壓電纜、普通電纜、控制電纜、通訊電纜等，這些電纜電信號(hào)的變化使其周邊形成了不斷變化的復(fù)雜強(qiáng)電磁場，造成了聲發(fā)射地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸受電磁干擾非常嚴(yán)重，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)連接不穩(wěn)定、容易掉線、數(shù)據(jù)傳輸堵塞等現(xiàn)象，地壓監(jiān)測采集數(shù)據(jù)不完整或丟失，對(duì)地壓監(jiān)測預(yù)警分析產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差，同時(shí)也為井下開采作業(yè)埋下重大安全隱患。

近年來井下監(jiān)測范圍不斷加大，聲發(fā)射數(shù)據(jù)量成倍增長，為了減少電話線路作為傳輸過程中產(chǎn)生的各種網(wǎng)絡(luò)弊端，提高數(shù)據(jù)傳輸量，擬用光纖代替原通訊線作為井下聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。光纖通信技術(shù)可解決通訊線長距離信號(hào)傳輸易受干擾、易斷網(wǎng)掉線、易阻塞中斷造成死機(jī)等問題。采用光纖通訊技術(shù)后的現(xiàn)有地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 光纖通訊聲發(fā)射監(jiān)測網(wǎng)示意

3 光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

地壓遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)由1臺(tái)數(shù)據(jù)采集器、1套聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、4臺(tái)視頻監(jiān)控器、1套光數(shù)字光端機(jī)、2臺(tái)工業(yè)交換機(jī)、6芯光纖通信線路組成。2臺(tái)顯示器安裝在井下監(jiān)測硐室，用于線路維護(hù)輔助監(jiān)測，2臺(tái)顯示器安裝在地面地壓預(yù)報(bào)監(jiān)控中心，用于監(jiān)測人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析處理。通信網(wǎng)絡(luò)改造主要工作是將通信光纖由地面向井下地壓監(jiān)控硐室鋪設(shè)，以及井下發(fā)射端硬件與地表接收端硬件熔接安裝。具體實(shí)施過程及鋪設(shè)路線為：地表地壓監(jiān)測分析室→東副井→井筒固定→455m中段水平巷道→井下地壓監(jiān)控硐室。光纖鋪設(shè)及固定過程中應(yīng)防止過急彎折、防止松石、防止與井下運(yùn)輸車輛碰觸、防止人為破壞等措施，以免光纖折斷，造成傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安裝過程中，光纖之間、光纖與收發(fā)器之間采用光纖專用熔接儀。網(wǎng)絡(luò)安裝完成后，須對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通暢程度與光纖安裝質(zhì)量進(jìn)行測試，光纖接頭質(zhì)量檢測采用高級(jí)專用光強(qiáng)度測試儀器進(jìn)行測試，從而判斷光纖接頭的熔接質(zhì)量，為網(wǎng)絡(luò)連開提供高質(zhì)量硬件保障。

通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計(jì)算機(jī)主控與受控設(shè)置，形成井下與地表光纖通訊網(wǎng)。井下各監(jiān)測點(diǎn)的聲發(fā)射傳感器將采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸至井下地壓監(jiān)控硐室下位機(jī)采集系統(tǒng)，形成1個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件作為1個(gè)觸發(fā)事件，該事件數(shù)據(jù)井下實(shí)時(shí)采集時(shí)間通過光纖立即傳送到地表監(jiān)測主控機(jī)，然后由專用軟件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)測數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸與統(tǒng)計(jì)分析。另外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇肀O(jiān)測主機(jī)后，數(shù)據(jù)接收程序?qū)⑵渥詣?dòng)保存在系統(tǒng)指定的目錄中，供多通道聲發(fā)射監(jiān)測定位系統(tǒng)軟件讀取和處理。

為保證井下采集數(shù)據(jù)通信的完整性和可靠性，軟件上，地面地壓預(yù)報(bào)監(jiān)控中心要監(jiān)測傳送路線連接是否正常，并將監(jiān)測信息顯示在主窗口界面上，若出現(xiàn)掉線等其他網(wǎng)絡(luò)問題，立即采取恢復(fù)手段；在硬件上，進(jìn)行井下安全監(jiān)察時(shí)，應(yīng)專門對(duì)通訊光纖進(jìn)行檢查，防止不必要的破壞，出現(xiàn)受損情況后立即用專用設(shè)備維護(hù)。

4 結(jié) 論

由于井下生產(chǎn)范圍轉(zhuǎn)移和擴(kuò)大，銅坑礦井下地壓監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致聲發(fā)射地壓監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)量呈幾何倍數(shù)擴(kuò)大，致使原電話線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)常產(chǎn)生數(shù)據(jù)堵塞、系統(tǒng)死機(jī)和掉線斷網(wǎng)等問題，為有效解決數(shù)據(jù)傳輸量增大與網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸日益突出的矛盾，提出了采用光纖作為通訊媒介的通訊監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案，并進(jìn)行了具體實(shí)施。改造后的光纖通信網(wǎng)達(dá)到了預(yù)期建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了井下監(jiān)測數(shù)通暢、高速、準(zhǔn)確、完整傳輸，對(duì)礦山近兩年的幾次地壓活動(dòng)進(jìn)行了提前預(yù)報(bào)，在銅坑礦地壓監(jiān)測過程中取得了良好的效果。該監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)涉及到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送的應(yīng)用場合都具有實(shí)用價(jià)值，尤其是在強(qiáng)干擾環(huán)境和遠(yuǎn)距離通訊方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

［1］李澤民.光纖通信（原理和技術(shù)）［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1992.

［2］王少林.銅坑礦復(fù)雜充填體下采場地壓監(jiān)測分析［J］.采礦技術(shù)，2010，10（5）：34－36.

［3］任志遠(yuǎn)，靳 洋，王東平，等.數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銅坑礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2009，9（5）：37－39，154.

［4］林 峰，胡靜云，李庶林.遠(yuǎn)程技術(shù)在多通道微震監(jiān)測中的應(yīng)用研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2011，30（2）：56－58.

［5］楊承祥，羅周全，胡國斌.深井高應(yīng)力礦床開采地壓監(jiān)測與分析［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2006，26（5）：17－18，33.

2012－02－18）

韋 峰（1983－），廣西南丹人，主要從事礦山巖石力學(xué)與井下地壓監(jiān)測預(yù)報(bào)等工作，Email：mzhofcimr＠163.com。