井下数据传输网络管理

井下数据传输网络管理（精选十篇）

井下数据传输网络管理 篇1

关键词：煤矿,人员定位,数据模型,数据采集,数据流图,数据库优化

0 引言

目前中国大多数煤矿已装备了井下人员定位管理系统。井下人员定位管理系统普遍采用RFID技术实现人员定位,系统硬件技术相对比较成熟,但软件方面仍存在灾害发生时可靠信息易被破坏、查询效率低等问题[1]。井下人员信息包括人员当前位置、当前人员在井下是否超时、某读卡器下是否超员、当前人员是否进入限制区域等,信息数据量大,因此,数据采集、处理及数据库的设计至关重要。本文介绍了井下人员定位管理系统的数据采集模型及数据流图的设计,并分析了系统数据库的设计要求、表结构设计及数据库优化方法。

1 数据采集模型及数据流图

在井下人员定位管理系统中,数据采集模型主要完成原始数据获取、数据输出和任务调度等功能,通信接口为计算机串行接口,通信模式采用主从式通信,即主站主动向硬件系统发起通信,并以轮询的方式向各分站发送命令,接收各个分站返回的应答信息。数据采集模型如图1所示。

数据流图从数据传递和加工角度、以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程,是结构化系统分析方法的主要表达工具,也是用于表示软件模型的一种图示方法。图2所示的数据流图描述了井下人员定位管理系统的主要数据流向和数据处理过程。

2 系统数据库设计

2.1 数据库设计要求

井下人员定位管理系统数据库的设计应满足以下要求:

(1) 完备性。

数据库的设计应包含系统所需的所有信息,满足数据存储与更新需求、数据处理与查询需求,并保证安全性。

(2) 标准化。

确保数据的一致性,避免语义冲突和值冲突,尽量避免数据冗余。

(3) 稳定性。

数据库系统必须能长期、稳定、可靠地运行,能够存储、管理大量数据。

目前常用的数据库包括SQL Server,Oracle和Access等。Oracle常用于信息量特别大的系统,Access的安全性相对较低,而SQL Server 2005数据库管理系统具有易用性、适合分布式组织的可伸缩性、具有数据仓库功能、与许多其他服务器软件紧密关联的集成性、良好的性价比等优点[3],因此,井下人员定位管理系统采用SQL Server 2005数据库管理系统。

2.2 数据表设计

井下人员的不断移动会导致人员历史信息急剧增长,一段时间后,人员历史信息就会成为海量信息。如果数据库既要管理人员的历史信息,又要处理井下人员的当前信息,则其效率必然低下。另外,对人员当前信息的查询通常是实时查询,对系统处理时间和效率要求很高,而对人员历史信息的查询通常不是实时查询,要求相对较低。因此,根据功能划分建立基础数据库和当前数据库。基础数据库包括人员信息、读卡器信息、区域信息、分站信息等基础信息和关系。当前数据库主要反映井下人员的实时动态信息,用于存储当前时刻工作站中人员的信息、各工种人员的分布情况等。井下人员信息表、井下区域信息表、井下分站信息表、读卡器信息表见表1—表4。

2.3 数据库优化

数据库优化的方法有很多,包括:① 查询语句优化[4]。避免过多的表关联,注意 where 中的字段顺序,优先使用有索引或能缩小数据范围的字段。② 索引优化。合理分析并设置、调整、维护索引。③ 表结构优化。避免单表数据量过大,增加冗余表,将大表拆分成小表以分散访问,以空间换取时间。④ 存储方式优化。通过不同的存储空间或者表分区,将数据存放在不同的存储区域,达到充分利用I/O的目的[5]。针对井下人员定位管理系统数据库冗余性大、数据相关性强的特点,结合查询语句优化、索引优化等手段提升数据库性能。在频繁进行排序或分组的列上建立索引,并合理使用簇、索引表、散列表索引等逻辑结构加快检索速度,数据库优化后,系统可靠性大大增加,查询效率得到提高。

3 结语

介绍了井下人员定位管理系统的数据采集模型及数据流图,并分析了系统数据库的设计要求、表结构设计及数据库优化方法。根据数据库设计要求,采用SQL Server 2005数据库对井下人员定位管理系统数据库进行优化设计,对井下人员的实时动态信息进行处理,提高系统运行效率。

参考文献

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[3]刘西青.井下人员定位考勤管理系统数据库设计[J].山西煤炭管理干部学院学报,2010,23(1):108-109.

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[6]桂友武,桂友超.基于B/S模式数据库设计的优化[J].现代计算机:专业版,2009(7):121-123.

[7]刘海进,马永辉,黄和平,等.人员定位数据上传软件的设计[J].工矿自动化,2012,38(5):90-92.

井下数据传输网络管理 篇2

摘要：介绍了井下数据采集与传输系统的结构和工作原理，该系统采用先进的CPLD器件ISPLSI1016实现了其中的接口电路，解决了井下数据采集与传输系统的高精度、低功耗和小尺寸等关键问题。

关键词：数据采集与传输 复杂可编程逻辑器件 高速度 低功耗 小尺寸

随着石油工业的不断发展，测井技术越来越显示出其重要作用。超声波测井作为测井的一种重要方法得到了广泛的应用。由于测井仪器，特别是井下仪器工作环境的特殊性，使得对其研究和开发也具有特殊的要求。油井下的直径很小，因此对井下仪器的尺寸要求十分严格，一般来说印刷电路板的宽度不能超过4.5cm。体积达不到要求再好的仪器也无法在实际中应用。

本系统采用双CPU和双端口RAM，尤其是采用先进的PLD器件及1553总线技术很好地解决了井下高速数据采集与传输系统的可靠性、低功耗和小尺寸等问题。

1 系统结构简介

本系统采用两片AT89C52单片机分别作为主、从CPU;采用AD公司的高速A/D芯片AD7821进行井下温度、压力和幅值等参数的实时数据采集;选用两片美国Lattice公司的CPLD芯片isPLS1016实现数字信号采集处理接口电路和数据传输中的串并行转换接口电路;然后通过双口RAM(IDT7232)来传输数据。系统结构如图1所示。

2 系统工作原理与实现

在图1中，主CPU及其相关模块主要完成超声波发生器的控制、工作模式切换和数据采集等功能;从CPU主要完成主CPU所采集信号的上传和地面命令字的下传及命令解释，还包括一些监控功能。CPU对超声波发射装置进行控制，采集回波信号。由于回波信号的尖峰时刻非常窄，一般不超过1.0μs，所以对A/D的`采样时间要求在ns级。本系统采用AD公司高速A/D芯片AD7821进行采集。数字信号部分，在启动超声波发生装置的同时产生时延控制信号，以便对回波信号的时间间隔进行计数，进一步测出井下的剩余壁厚等距离参数。所有采集的信号按一定格式存在双口RAM(IDT7132)内，以备从CPU调用和上传。

2.1 数据采集的实现

2.1.1 数字信号的采集

系统所需采集的数字信号的频率相差非常大。其中γ信号的频率在几赫兹到百赫兹之间。此信号直接进入单片机，用单片机的计数器进行计数，计算后得到频率。而超声波回的时间间隔只有几微秒，而且是定时产生，每次只出现一个。这样只能测量其周期。系统直接采用12MHz晶振信号的四分频作为测量周期的计数脉冲。除γ信号外的所有数字信号的采集模块完全集成在一片Lattice公司的isPLSI1016内。这样不仅大大提高了系统的集成度，满足了系统尺寸的特殊要求，而且增强了系统的可靠性和灵活性，方便系统的升级和调整。IsPLSI1016的内部设计框图如图2所示。

2.1.2 模拟信号的采集

对于回波的尖峰值，每次启动超声波发射

井下测绘布线控制数据结构的建立 篇3

关键词：井下测绘；布线；数据结构

中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0172-02

我国目前在矿山测绘工作上，尽管引进了计算机等先进数据处理仪器，但是还是重复着原先简单而又量大的工作，直接影响工作效率。企业斥巨资购进的软件，仅能用来绘图，无法方便、有效地处理日常测绘的数据。而要开发出能够适应处理矿区大量测绘数据的软件，首先就要开发建立一个合适的数据结构，而数据结构的建立需要对井下测绘的情况有个全面地了解和研究。

1 井下测绘工作的任务及特点

1.1 井下测绘的任务

测绘出井下采矿所需要的各种矿用工程图以及矿体的立体几何图，这是首先要完成的，这是工程后期项目建设的基础，其测绘的数据要更加的精准；对井下各种工程项目在施工时的测量和工程项目竣工后的验收测量，这样以便及时的反馈工程项目施工时的情况和施工完成后的质量情况；对矿区资源利用、生产以及消耗情况进行检查并监督；按照矿区的设计方案，测绘出各部分工程的几何图及影响要素；测定在矿体中所存在的矿产资源的埋深及其形状分布。

1.2 井下测绘的特点

①测绘工作条件。井下工作环境阴暗、潮湿、狭小，另外还有运输设备通行占用空间大等，在这样的工作环境下，需要的利用更方便、更适合的仪器和采用更有效的方法。

②测绘测量对象。因为受周围环境的限制，测绘布线的位置设置不是很科学、合理，所以在实际测绘时，要将布线与测绘有序地进行安置，以方便对巷道的测绘。

③测绘的高精确度。在测绘工作中，要求精准度高、误差小，由于井下导线的长短以及导线定向存在的误差，使测绘处的图纸各处的精准度都不一样，这给工程的施工带来一定的影响。

④测绘的测量程序。在井下矿山测量，必须按照分好的线段逐次进行，并在巷道贯通后形成一个闭合。这种在井下矿山进行分段控制、给向、测图的测绘必须准确、及时。

1.3 井下测绘的技术

①全站仪在矿井测量中的使用。全站仪，又称为电子速测仪，它能对矿井进行高度、角度、距离和坐标进行测量，还能实时记录施工数据。随着科技的发展，其监控和检测范围从初期的几十米，发展到目前的1 km以上，大大的减少了测绘人员的工作量和工作强度，同时也加强了对矿区的监测。然而作为一项全面监测仪器，它在矿井内的工程项目的测绘方面，其测绘能力与专业性的技术比起来还是稍显不足。

②数字测图技术。数字技术是一种新型的技术，它可以通过原图数字化和现场数字测图两种方法来完成矿井的数字成图。不管使用哪一种方法，都要经过数据采集、数据处理和地形图的数据输出这三个步骤。首先，原图数字化是在数字化软件的支持下，短时间内获取数字成果。这种短时间内获取的数字地图，因其在转化过程中各种误差的影响，数字地图没有原图的精度高，当然这种缺陷可以通过一些实地检测等修补工作来进行改进。其次，现场数字测图是可以直接在井下进行现场测图的方法，这种方法的主要优势在于其可以获得高精度的数字地图，但是这种方法耗费较大的人力、物力与财力。

2 井下测绘的数据结构

井下测绘布线控制的数据结构，需要计算机、数字化仪、绘图仪等设备的支持，它是通过原始数据的收集、分析，按照现在矿区井下测绘技术的要求，对这些数据进行初步处理。它是对井下测绘所得到数据的一种处理，这种处理的目的是为了获取井下信息，以及工程在井下施工的数据情况，以此作为工程作业是否可以实施的依据。

随着科技的不断进步，软件的发展也取得良好的成果，新的测量仪器不断出现，许多针对井下测量的软件以及数据处理软件都得到广泛的应用。

2.1 各种数据结构的比较

目前，井下测绘数据结构的建立，主要是通过双向的数据处理链表，可以使这种结构在实际的操作使用中更方便、更加简单。相比以往的采用数组的方式建立的数据结构，其数据可以作适当的改变，这极大地提高了测绘工作的效率。这种井下测绘布线控制系统双向链表的建立，主要有三种方法：

①通过C++语言建立。按照这种方法建立，首先要创建一个自定义的节点类，接着在双向链表的尾部创建类对象。然后将测绘数据和处理节点数据的函数录入节点对象。

②通过JAVA语言建立。这种建立方法，与第一种类似，都需要将数据和处理函数录入对象中。

③通过C语言建立。利用C语言，按照导线布局的变化，以及测量的逻辑思维，建立双向链表，实现测量数据的动态变化。

以上两种方法，程序设计上都是采用面向对象的设计方法。这种设计方法，其数据安全性高。它将测绘所得数据以及数据的处理方式都封存在类里，任何类之外的方法都不能直接对这些数据进行处理和访问。要知道任何东西都是有利有弊，这种数据结构建立方法，开发周期长、开发费用高、对软硬件要求高，不利于大规模的推广使用。相比第一种，通过JAVA语言建立的数据结构具有便于移植、适应性强的特点，不足之处就是速度慢。

2.2 通过C语言建立的双向链表数字结构

首先建立一个变量，并按照一定的方向设立井下测绘导线；接着创建双向链表，其中一个测绘点就是一个节点。如果要增加新的节点，可以直接在双向链表的尾部直接输入数据。同时也可以直接对节点进行数据的更新、修改等操作。

在实际的井下测绘导线布置常常会出现一到两条支导线，这种情况特别适合建立双向链表结构。其双向的链表，而又各节点独立的计算结构，使数据和结果都存在于数据库中。

这样建立的数据结构，具有非常明显的优点：程序简单、开发周期短、开发费用低、运行速度快、软硬件要求低。这中数据结构特别适用于矿井狭小、资金不足的矿区进行井下测绘。

3 结 语

井下测绘布线控制数据结构，可以利用C语言来建立。因为C语言建立的数据结构，可以让工作人员在实际操作中能够非常容易、快速地掌握。这种稳定可靠、操作简单方便、计算量较小的数据结构，特别适合广泛的推广和应用。它在一定程度上，减轻了测绘人员的工作压力和工作强度，降低了矿井工程建设的消耗。相信这种更具实用性的双向链表结构，对今后广大测绘工作人员的开发和研究，具有一定的价值意义。

矿业的发展，离不开技术的革新。技术就是生产力，将企业的工作重点放到技术的研究开发上来，不仅可以是企业更具生命力，而且还会引起生产的变革，促进设会的进步。当然，不管技术如何进步，在进行井下工作时都应该抱着科学的态度，同时也要注意人身的安全。

参考文献：

[1] 韩涛锋.探讨如何应用测绘新技术改造老矿井下控制网[J].城市建设理论研究，2013，（3）.

[2] 曾振华，王炎.新技术条件下井下贯通测量试验方法[J].辽宁工程技术大学学报，2012，（3）.

[3] 解凤光，滕盛远.提高矿山井下全站仪导线测量精度的方法探讨[J].科技创新与应用，2013，（28）.

井下传输光缆的渗水率研究 篇4

光纤传感器的信号需通过光缆进行输出，当前通常采用普通通信光缆作为信号输出的主产品，其光纤的主要成分是熔融石英玻璃，在一些特定的监测场合，例如油井等，水分子会渗入石英光纤，从而引起光信号的损耗过大，另外，水分子也破坏了光缆结构，加速光纤传感器的提前失效。

单晶蓝宝石光纤发展于20世纪80年代中期，可采用激光基座晶体生长法(LHPG,Laser-heated pedestal growth)或导模晶体生长法(EFG,Edge-defined Film-fed Growth)进行单晶的生长。单晶蓝宝石光纤具有熔点高(大约2 054℃)、机械性能可靠、腐蚀环境中化学反应呈惰性、高硬度、理想的光学传输性能等特点[2]，经相关理论研究[3,4]论证，单晶蓝宝石光纤可应用在恶劣环境中用于光纤传感器信号的输出。

本文提出了模拟井下环境的测试模型，对单晶蓝宝石光纤和石英光纤进行了对比试验，从结论上证实单晶蓝宝石光纤的具体性能。

1 测试模型

本文对比了普通单模光纤(SpecTran SG—108)和单晶蓝宝石光纤(Saphikon)，光纤封装在不锈钢管中，末端伸出，测试模型搭建参见图1。

整套模型采用石英光纤光源(MI—150,FiberLite,150 W)作为宽带入射光激励，两根同类型的SpecTran SG—80单模光纤(8.3/125μm)通过高温环氧胶封装在一个内径为1.5 mm的不锈钢管中(HIP Inc.)，封装长度为70 cm，其中不锈钢管中部位置的20 cm范围内缠绕加热带，在不修钢管旁边放置热电偶(5TC-TT-K-30-36,Omega Inc。)作为加热装置，温度由CN77322(Omega Inc。)温控器控制，整套系统通过FC/APC连接器将光纤末端接入光谱分析仪(OSA)进行光谱分析。

两根同类型的单晶蓝宝石光纤(150μm,Photran Inc.)被封装在另一不锈钢管中，封装长度30cm，加热带缠绕长度20 cm。光纤末端通过接续一段140/250μm的多模光纤后接入光谱分析仪OSA。

为避免在试验过程中由于光纤断裂引起的试验验中中止止，，每每种种类类型型的的光光纤纤都都采采用用22根根，，同同时时，，22根根提提供了四组数据对比，增加了比对结论的准确性。

测试环境温度恒定为280℃，绝对压力恒定为932 psi(水蒸气压力)[5]，光谱仪OSA记录了400nm—1 700 nm透射光损耗。

2 测试结果和讨论

本文研究了由于水分子的存在，引起的光纤损耗特性，光纤中的Si与水分子中的OH发生反应后，其光谱吸收峰位于1 390 nm[6]，水分子的存在，引起了光谱损失的增大。图2是对比了石英光纤、蓝宝石光纤在试验前与3 323 h时的自由吸收光谱曲线图，图3则表明了在1 390 nm处，蓝宝石光纤和石英光纤的光损耗特性曲线。

对于单模石英光纤，光信号限定在纤芯(直径仅为8.3μm的圆柱形范围)内传输，只有当水分子通过光纤涂覆层、包层最终到达纤芯后，水分子与Si发生反应才会引起光损耗，在图3中这发生在2 000h左右，在此后的2 000 h～4 000 h的测试时间内，由于水分子的不断增多，光损耗不断增大。在暴露了3 323 h后光损耗达到16 dB;3 739 h后光损耗达到了25 d B。

与单模石英光纤相比，蓝宝石光纤由于尺寸太大，而没有包层，对于光信号在蓝宝石光纤中的传输，我们并不是限定在纤芯范围内，而是限定在整个150μm光纤范围内。从理论上分析，蓝宝石光纤与水分子接触范围更大，因而由水分子渗透所引起的光损耗特性应当远远大于和早于普通单模石英光纤，但是根据图3，事实并非如此，当暴露3 739h后，由于水分子的存在引起的蓝宝石光纤的光损耗非常小，甚至可以认为不存在光损耗。因此，我们可以认为相较于单模石英光纤，单晶蓝宝石光纤的抗水分子渗透性能明显优异。

3 结论

在280℃，932 psi的测试环境下，3 739 h的测试时间内，单晶蓝宝石光纤表现出了优异的光学性能，相反，单模石英光纤(普通通信光纤)则由于水分子的不断向纤芯的扩散造成了明显的光损耗，该损耗加大了光纤传感器提前失效的几率，本论文试验论证:相比于单模石英光纤，单晶蓝宝石光纤是一种应用于恶劣环境下的有效光纤类型。

摘要：对比了蓝宝石光纤和石英光纤在280℃高温9、32psi高压环境下的渗水率。为了提高恶劣环境下(油井等)的信号传输光缆的可靠性,通过蓝宝石光纤和石英光纤在1390 nm处的光损耗来定义渗水率的大小。实验结果表明:蓝宝石光纤的渗水率要大大低于石英光纤,是一种应用于恶劣环境的有效光纤。

关键词：蓝宝石光缆,石英光缆,渗水率

参考文献

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[5]Jack Heckman Tube Company,Inc.,Water Steam Table,URL:ht-tp://www.heckmantube.com/Steam%20Table.htm.

井下供电管理制度 篇5

为贯彻《煤矿安全规程》，确保供电系统安全、正常运行，分清管理责任，特制定本制度，望各单位严格遵照执行。

第一章

井下用电申请制度

第一条 井下用电单位的供电系统变动，导线截面变动，负荷变动，增减容量在2.5KVA以上，线路延长或缩短100米以上时，必须至少提前三天向机电科提出申请，经同意并取得方可施工。

第二条 各用电单位在办用电申请之前，必须熟悉增减负荷现场实际情况，提出增减的理由，并携带本单位的低压供电系统图。

第三条、由机电科井下电气技术员审核并签发，必须附合新的供电系统图。用电单位必须按所注明要求及图纸施工，用电单位发现现场实际情况与批准书内容不符，应立即向签发人汇报，取得同意后方可变动，特殊情况如不危及安全，并征得有关单位同意后，可暂先接入，但必须两日内将变动情况面告机电科签发人，否则造成事故由变动或接入单位负责，机电科发现要严加追究责任，并对违章执行者处以50元的罚款。

第四条 用电单位不办理用电申请，私自变动供电系统，机电科管理人员对所涉及的单位有权停止供电，拆除私接的线路设备，并追究安全责任。造成的后果，由私接、私改单位机电负责人及接线人承担，并对其单位机电负责人处以50元的罚款。

第五条 机电科主管井下供电技术员，应经常深入现场调查研究，准确掌握供电系统状况，绘制整定的供电系统图，使签发的“批准书”准确无误。第六条 为及时准确的掌握供电系统实际情况，各单位负责电气工作人员，每月末必须将本单位所管范围的供电情况向机电科汇报，由机电科主管人员核对一次。

第七条 掘进工作面搬移，采面小搬家，必须提前五天来机电科办理变动申请，以便进行继电保护整定值的计算，电缆设备的准备。

第二章

低压供电管理制度

第八条 所有井下低压电器工作人员都必须经常深入现场，从预防事故着手，减少和预防电气设备事故，并随时向机电科和机电总工程师汇报有关情况。

第九条 井下不准带电检修和搬迁电气设备（包括电缆和电线），检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯在其巷道风流中瓦斯浓度低于1%，再用与电源电压相适应的验电笔检查，检验无电后，方可进行放电，检修或搬迁设备。

第十条 检修电气设备，严格按照停电检修措施执行。

第十一条 当检修电气设备时，禁止约停送电，也不准临时委托他人代送。如果有两组或两组以上的人在同一线路上工作时，应各自挂上与工作组数相同的停电警告牌，其中任何一组工作未完，警告牌不摘就不准送电。

第十二条 井下超过700伏的电气设备检查、维护、修理和调整工作，只准专职或领导指派的电工进行，并执行工作票制度。采区电工在特殊情况下，准许在采区变电所超过700伏的电气设备进行拉闸和合闸，但不得擅自打开设备进行检修。对重要线路和主要场所的停送电，必须由指定人员凭工作票进行。

第十三条

需停电工作时与有关单位联系好，填写“停电通知书”，事故停电不在此限。

第十四条 如工作地点可能有沼气积聚，必须检查瓦斯，只有在瓦斯浓度在1％以下时才准送电。

第十五条

局部扇风机必须使用风电闭锁装置。

第十六条 坚持使用漏电继电器，井下出现漏电情况，必须认真处理，排除故障，不准甩掉漏电继电器，发现检漏装置有故障和网络绝缘降低，应立即停电处理，修复后方可送电。

第十七条

必须坚持漏电继电器的检查、试验工作。

1、变电所值班人员每班进行外部检查，欧姆表的指示、安装位置、局部接地与辅助接地极是否良好，并每天对检漏继电器进行一次试验，并做好记录。

2、机电科维护工每周对漏电继电器进行一次详细检查并试验。

3、每年由机电科电管组对漏电继电器轮换上井进行一次调试。

第十八条 对低压保护系统的整定值应严格按照《矿井低压电气保护装置的选择》进行，采区负荷变化时，应及时调整保护值，低压电缆应根据负载进行计算，防止芯线发热酿成事故。

第十九条 电缆必须悬挂整齐，不许挤压，严禁使用铁丝悬挂，严禁供电电缆盘圈或∞字型，电气设备如被埋或受淋水侵蚀者必须处理，严重者应停止供电。

第二十条 信号、照明、通信线路禁止出现鸡爪子、羊尾巴、明接头，电缆冷补要符合规定要求，禁止使用塑料线、放炮线、黑皮线。

第二十一条

禁止使用动力线和照明线放炮。

第二十二条 严禁将橡胶电缆的接地芯线作操作线，不准将接地线剪掉不用。

第二十三条 严禁动力电缆接头采用冷补，在地面热补后，要对电缆进行“水浸”试验。

第二十四条 防爆设备失去防爆性能应立即停止使用进行修理。

第二十五条 不准带电打开开关大盖进行检修和进行试吸。

第二十六条 煤电钻电缆不用时，应停电盘放好，采掘机电设备司机，在完成任务离开工作岗位时，应把开关把手打到零位闭锁。

第二十七条 井下采掘增装电气设备，必须填写“用电申请”由机电科批准并指定安装位置，不准私自接火，以防变压器过负荷，若因此造成严重后果时，要追究私接区队机电队长的责任。

第二十八条 操作低压设备的司机，必须熟悉设备的性能、运转和安全操作规程。经过专门培训，经考试合格，发给操作证，方可上机操作，严禁未经训练的人员从事该项工作。

第二十九条 井下采掘机电设备的检查、监督工作由机电科负责，有权对违犯制度的现象提出意见，对违章作业者有权加以制止。

第三章

井下供电三大保护管理制度

第三十条 机电科负责提供井下供电系统图和采掘区队接续供电系统图，图中应注明短路电流值及保护装置整定值，井下机电安装队和各采掘队按供电系统图及设计整定值施工和整定各 管理范围的电气设备。若设备及电路与供电系统图不符者，应及时报机电科，未经机电科同意，应按原供电系统图施工和整定。

第三十一条 机电科电管组要随时掌握整个供电系统的运行状态，保持供电系统与图纸资料相符，经常对采掘区队供电系统进行检查，根据供电系统及负荷变更情况，汇报机电科主管井下技术员，随时计算其最远点两相短路电流值，高压防爆配电装置及低压馈电开关过流继电器整定数据，并校核其灵敏度，当需要变更整定数据时，及时填写变更整定数据通知单，通知各有关管理维护单位进行整定值的调整。

第三十二条 凡使用熔断器保护的电器设备，由使用单位按《煤矿井下低压网短路保护装置的整定细则》进行计算整定，并相应变更标志牌系统整定值，做出详细记录报机电科，严禁使用铜、铝丝代替熔体，若发现一次，罚款100元，并全矿通报批评。

第三十三条 机电科电管组要经常深入一线检查各区队的用电情况，如发现不办用电申请而私自接线、改线者电管组有权停止供电，对不按用电申请施工者，要追究责任，责任者必须写出书面检查，待重新办理好用电申请后方可给予供电。

第三十四条 高压配电装置及低压馈电开关的过流继电装置检修后，必须进行升流跳闸试验，对未做升流跳闸试验的不准入井。

第三十五条 全矿井下供电系统电气设备的过电流保护装置（系指：高压开关柜、高压配电装置、低压馈电开关）的日常维护和管理，由各管理使用单位负责执行，过流整定由机电科电管组负责执行。

第三十六条 井下队和采掘区队每月必须对井下各变电所的高压开关柜、防爆配电装置、低压馈电开关的操作机构、过流继电器的灵敏度专人定期检查一次。过电流装置整定数据，由机电科电管组每月核对一次，并做出详细记录，每月二十五日报机电科。

第三十七条 各单位由于生产需要而需要变更供电系统或增加用电设备时，必须提前三天向机电科办理用电申请，按用电申请所绘供电方案进行接线，继电保护整定值，必须与用电申请相符，其整定值的计算属机电科。

第三十八条 各单位维护电工（电钳工）每班对所管区域的供电系统，进行一次全面检查，发现问题及时处理。如果发现重大事故隐患要立即向生产调度和本单位领导汇报，请求处理时间及办法，并做出详细记录，必要时可采取停电措施。

第三十九第 各单位电工（电钳工）必须严格执行“电气安全操作规程”，严禁违章作业，严禁支顶、捆绑跳闸机构及过流继电器，如发现要追究责任并给予50元罚款，对造成严重后果者严肃处理。

第四十条 井下机电安装队负责井下各变电所低压漏电保护装置的日常试验和检查工作，以及选择性漏电保护装置的修理工作并做好日常检查、试跳记录，各采面移变低压侧漏电保护装置，由各使用单位做好日常检查和试验，并做好记录，发现问题及时上报机电科，机电科负责检漏装置的更换和检修工作。

第四十一条 127伏煤电钻综合保护器漏电保护装置，由各采掘区队负责保护装置的日常维护、检查、试跳和更换工作。甩掉保护装置一次罚款50元。

第四十二条 井下队、采煤队的维护电工或电钳工，每天对所管用的检漏继电器进行一次巡回检查试跳工作，机电科电每月抽查试跳一次。漏检一次罚款20元（以检漏记录本记录为准）。

第四十三条 各单位对本单位所管用电范围的供电系统绝缘状况每周检测一次，做出详细记录，每月二十五日报机电科，当发现系统绝缘降低，必须查明原因及时处理（对每月未向机电科汇报的区队罚款10元）。

第四十四条 机电科电管组在瓦斯检查员的配合下，每季度至少对检漏继电器进行一次远方人工漏电试验。

第四十五条 任何人无权停运漏电继电器，如出现故障时，各用电单位必须及时停电进行检查处理，对于私自停运检漏继电器者，要追究责任，严肃处理。造成的后果由所管辖的单位自负。

第四十六条 各单位必须严格执行部颁《煤矿井下检漏继电器安装、运行、维护、检修细则》。

第四十七条 井下机电安装队负责变电硐室以及高压电缆接线盒接地保护装置的安装、维护、检修，各用电单位负责本单位管理的配电点的电气系统接地装置的安装、检修、维护。

第四十八条 各区队每月对本单位的供电系统接地保护装置检查一次，并做出详细记录，于每月二十五日报机电科。

四十九条 机电科、井下队每季度对所有变电所、配电点及重要设施的接地电阻测定一次，要求：

1、下总接地网的过渡电阻，由主接地极起至最远的就地接地装置，不得超过2欧。

2、一移动式电气设备和总接地网或就地接地极之间的接地电阻不得超过1欧，对不符合规程要求者，及时通知有关单位限期处理。

第五十条 井下安装队各变电所的值班人员必须对电气设备的接地装置进行一次表面检查（交接班时间），维护人员每周不少于一次硐室外设备、设施接地装置的检查，发现问题应及时处理，填写记录并向有关领导汇报。

第五十一条 接地装置有损坏时，应立即修复接地装置，未修复时禁止受电。

第五十二条

井下机电安装队每年定期要将主接地极和局部接地极从水仓和水沟中提出，详细检查，每年不少于两次，如发现问题，应立即处理。

第五十三条 对不符合接地要求的接地保护装置，各管理单位的机电队长要指定专人限期处理。对接地保护装置不符合要求或不安设者，每处罚款50元。

第五十四条 接地保护的完整及可靠性关系矿井安全问题，对偷折接地线、损坏接地装置的行为，以破坏生产论处，要追究责任，按情节轻重给予纪律或100元的罚款。

第五十五条

我国煤矿井下机电设备的维护与管理 篇6

【关键词】井下掘进机；机电设备；故障

随着我国煤炭产业的快速发展，煤矿机电设备的运行性能，对于煤炭企业确保安全生产和经济效益的提高，发挥着越来越大的重要作用。所以，对煤矿机电设备的管理与维护，就提出了更高的要求。煤矿的机电设备管理，要从基础工作做起，用经济杠杆为手段，以确保矿井机电设备安全性为中心，扎实地搞好管理工作，保证矿井机电设备可靠、高效、安全地运行[1]。煤矿设备作为保证资源开采，实现经济利益的根本，同时也是采矿工人生命的保护者。煤矿井下机电设备的工作环境复杂，工作对象主要是煤炭和岩石，并且生产场地动态移动，再加上开采过程产生大量粉尘，设备容易出现磨损、劣化、局部损坏等故障。减少机电设备故障，加强设备管理，确保设备安全、可靠、经济地运行，这是企业生产管理工作的基础，这样才能保证产品的质量，从而提高企业的经济效益。

1.煤矿井下掘进机机电设备故障诊断

使用掘进机的矿井要建立严格的维修制度，严格执行部制定的设备完好标准和检修质量标准。要坚持“以预防为主”的原则，不要等出了故障再去处理，而是要把故障消灭于未然。

1.1日检

（1）检查截齿与齿座有无损坏、丢失，更换不合格的截齿。（2）检查喷嘴是否损坏、丢失与堵塞，清理堵塞的喷嘴，更换补齐喷嘴。（3）在液压马达运转情况下，检查油箱内的油位，若油位偏低应补充液压油。检查各减速器中的油位，若油位偏低应补充润滑油。用油枪向各注油点注入润滑脂。（4）检查并拧紧松动的螺栓，检查所有的油管和水管是否有泄漏现象。（5）应使所有控制连杆的动作灵活。

1.2周检

（1）检查履带板是否弯曲、有无断裂。检查履带链的张紧程度。（2）检查各联轴器是否牢固可靠，转动灵活。（3）检查刮板链、溜槽及铲板的磨损情况，检查刮板链的张紧程度。（4）检查胶带转载机托架上的螺栓是否牢固可靠。检查转载机的张紧程度和胶带连接扣是否完好。（5）拆下铲板升降油缸的护罩，检查固定螺栓和软管是否紧固和完好。（6）清洗和润滑所有的操纵手把。通过压力表检查各油路的压力是否符合规定要求。

1.3月检

（1）包括日检和周检的内容。（2）将不符合要求的润滑油从减速器中放净，重新注油到所要求的油（3）使冷却水倒流，以清洗供水系统。

1.4季检

更换液压传动系统中的油，清洗油箱内部。

1.5半年检查

（1）检查所有减速器中的齿轮和轴承，必要时予以更换。（2）拆下所有的油缸，检查、清洗或修理。（3）用润滑脂润滑电动机轴承[2]。

2.煤矿井下掘进机机电设备故障的维护

机器安全作业和良好的备用状态在于严格遵守维护规程，并做好维护工作，其中包括按规定周期注油换油。一旦发现任何微小的故障都应及时排除，以防止重大事故的发生。

2.1切割减速器的透气孔

切割减速器的下部开有透气孔，必须每天检查，必要时进行清理。操作者在检查时，通过在减速器法兰盘下侧面上的检查孔能看到联轴器内是否有油。每周检查。当打开油塞时，如漏油，说明锥齿轮轴上径向密封圈已坏，必须更换。

2.2切割头的紧固

各用三副胀套将两个切割头连接在切割减速器输出轴的两端。如果切割头因超负荷而使胀套错位时，必须把它们拆卸下来检查有无磨损。发现轮毂口（指切割头孔）或轴头稍有磨损时，必须修正。安装切割头时要特别注意胀套的安装细则。胀套不是自动定心的，在安装第一组时，用随机专用工具进行定位。施加于拉紧螺钉的扭矩为145N·m，在任何情况下，都不要使用更大的扭矩。为了能确定切割头是否因受力而不对中，在安装切割头时，一定要使两个油嘴在一条水平线上[3]。

2.3齿轮在转台上的紧固

使转台产生水平摆动的齿轮用胀套将其连接到盘形支座的轴上。如果机器切割时过载，会使胀套过载打滑，从而使齿轮圈偏离安装角。齿圈偏离原安装角将使切割臂偏离中心位置，致使切割臂位于机器纵向轴线的一侧。为使切割臂恢复到机器纵向轴线的位置上，操作者必须采取以下措施：（1）旋转切割臂使其回复到机器的正中位置，然后把切割臂降低到地面上。操作过程中，要把切割臂准确地落在机器的纵轴线上。（2）用两个压板把齿圈固定在适当位置上。但要注意，两个压板不可压的太紧，以便能将齿圈移动到准确位置。（3）卸下胀套。（4）取下水平油缸盖，并卸下活塞。（5）把齿条调回到中心位置。油缸的两个外端面到齿条两端的距离X必须相等。（6）清洗胀套将其放回原位。（7）安装胀套时，必须严格遵循胀套的安装细则，分多次紧固胀套的螺钉，正确的扭矩为450N·m。理想的安装方式是把整个转台全部拆卸，并把它翻转过来。但这要花费大量时间，因为必须首先拆除切割臂才能拆卸转台。但由于工作地点有限，最好首先拆除刮板输送机，按上述方法可以方便地装卸齿轮和胀套。

2.4铲板托架的紧固

为保证铲板托架不松动，则必须对铲板托架每周检查一次。检查时，操用者使铲板上下运动几次。如发现配合面有松动，须立即卸掉铲板，使托架恢复原位。

2.5刮板输送机的连接螺母每周必须检查

刮板输送机和装载减速器之间的连接螺母，以确保其安装紧固。发现螺母稍有松动，应立即重新紧固。

2.6刮板输送机链条的张紧

当链轮转动时，刮板输送机链条的下垂度不得超过10mm。如果垂度太大，刮板容易跳链。但刮板输送机链条必须保持一定下垂量，否则机头和机尾的链轮及刮板机链条本身将遭受过度磨损。由于物料容易堆积在刮板机上，所以必须在运转清理后方可调整链条的张力。张紧：（1）松开减速器的紧固螺栓。（2）松开调节螺杆上的锁紧螺母，将两边减速器调整至相同的位置。（3）必要时，短时开动刮板机后再调整链条的张力。（4）拧紧调节螺杆上的锁紧螺母，并拧紧紧固螺栓。减速器上的紧固螺栓要正确拧紧，如不正确，调节螺杆就可能弯曲，减速器上的爪式联轴器和刮板输送机驱动轴就有可能损坏[4]。

3.结论

随着煤矿科技的不断发展，建设高产高效矿井的理念深入人心，掘进机在煤矿广泛应用，大幅度的提高了掘进队的单进，解决了生产接续紧张的问题，已取得了显著的经济效益，有效地缓解了采掘接续紧张的局面。加强对机械设备使用人员的素质建设，使他们掌握正确的使用和维护技能，对于减少或者避免机械故障的出现，提高机械的利用率有着重要的作用。

【参考文献】

[1]李云峰.掘进机润滑维护及故障处理[J].价值工程，2011（12）.

[2]王国友.浅谈岩巷掘进机的常见故障及排除[J].中国商界（下半月），2010（04）.

[3]黄吉敏.刮板输送机的安装、运转与维护的改进[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（07）.

井下数据传输网络管理 篇7

随着煤矿数字化、信息化和自动化[1]的发展,井下布置了大量的无线传感器。传感器节点多采用电池供电,而电池容量有限。电池的更换维护消耗了大量的人力和物力,同时也无法保证无线监控系统的可靠性。电磁能量收集技术的研究进展[2,3,4,5]使利用电磁能量收集的方式为传感器节点充电成为现实。电磁能量收集也称为射频能量收集,是一种将分布于周围环境的电磁能量进行收集并转换成可使用电能的技术[6]。电磁能量收集系统可直接作为无电源系统的电源,也可作为辅助电源为电池充电[3]。电磁能量收集的主要应用是为无线传感器节点供电。目前有些传感器的功耗可以做到微瓦级,基本符合电磁能量收集水平。对于一些允许间歇性工作的传感器,也可将能量收集系统直接作为传感器节点的电源。不同于地面环境具有丰富的电磁资源,煤矿井下电磁资源匮乏。欲将电磁能量收集技术应用到井下,一般需设置独立的射频源。然而,对于煤矿巷道这种受限环境来说,更有利于电磁波能量的汇聚,能显著提高能量收集的水平。同时,巷道环境中电波频段较少,也无需考虑电磁收集的宽频化问题,这就简化了系统的设计。将无线电磁能量收集应用于煤矿井下既能解决电池电量不足的问题,又避免了大量接线所产生的安全隐患。因此,研究电磁能量收集技术在井下的应用具有重要意义。

学者们对电磁能量收集系统的收集水平[7,8]、天线设计[9,10]、整流电路设计[11,12]以及超材料应用[13]进行了大量的研究,也有一些应用。但地面成果不能直接照搬到井下。在实际的煤矿巷道中,传感器节点经常被布置在巷道两侧壁及顶壁中间位置,这就形成了传感器节点沿巷道壁呈带状分布的特点。在电磁能量收集的应用中,射频发射装置被放置在巷道的中部,为了分析发射装置与传感器节点间的功率传输特性,一个关键环节便是明确在能量收集的距离(最远考虑10m)内,电波在收发设备之间沿巷道壁传播的功率特性。从而定量分析功率传输效率,进一步为能量收发装置的设计提供理论依据。

对于无线电波在巷道中的传播规律,许多学者进行了大量的理论和实际研究,内容可概括为理论模型和数值统计模型。参考文献[14]提出了多模波导模型,并给出了理论表达式。该模型能计算矩形巷道中任意一点的接收功率。然而仿真电波沿拱形巷道壁传播时,用多模波导模型计算的结果与实测数据有较大误差。参考文献[15]通过实际测量研究了电波在巷道中的传播规律,给出了电波在大尺度下的传播模型,但对短距离情形没有具体分析。参考文献[16]测量了电波在地铁巷道中的传播特性,但只对传播特性进行了分析,而没有给出理论模型。参考文献[17-22]分别分析了巷道截面尺寸、围岩电参数、巷道壁粗糙度、围岩湿度、粉尘、水汽等对电波传播特性的影响。

大部分研究都是针对电波在巷道中长距离下的传播特性,是为井下通信服务的,进行研究所选用的巷道大多为矩形。但是,当分析电波沿巷道壁的传播特性时,拱形巷道和矩形巷道应当分开考虑。目前为止,有关电波在短距离下沿巷道壁传播特性的研究还很少,因此,针对煤矿巷道环境研究电磁能量的传输模型有着重要的现实意义。

1 井下巷道电磁能量收集方案

井下巷道电磁能量收集方案如图1所示。将无线电能发射装置安装在井下周期性移动的设备上,如巷道运输用的机车、刮板输送机等,由于这些移动设备涉及井下生产和运输的各个方面,其移动范围也覆盖了矿井下所有物联网节点的感知区域,所以,将无线电能发射装置安装在这些设备上,利用这些设备的移动对井下沿途的节点进行供电或作为备用电源对电池充电,可以确保节点拥有充足的电量。

电磁能量收集系统由发送端和接收端2个部分组成,如图2所示。发送端由电源供电,通过处理电路将电源提供给发送端天线;接收端由接收天线、整流电路以及调理电路3个部分组成。接收端产生的直流信号通过调理电路给传感器节点供电或为电池充电。

2 功率传输模型

微波能量由发送端发出,经巷道路径传播到达无线节点接收端,经过整流电路后,由调理电路输出。电磁能量收集系统的功率传输模型如下:

式中:Pb为能量收集终端的输出功率;PT为发送端的发送功率;GT为发送端天线的增益;GR为接收端天线的增益;PL(d)为微波能量在发送端和接收端天线之间的路径损耗,d为发送端和接收端天线间的距离;Pr_c为整流电路的功率损耗;Pc_c为调理电路的功率损耗。

功率传输模型中,PT是已知的,参考文献[23]从煤矿安全的角度分析并得出结论:PT的大小不能超过6 W,GT和GR的值越大越好,但是值越大,电波覆盖的范围越小,同时实现起来技术难度也越大。PL(d)是未知的,Pr_c的值与整流电路的效率有关。参考文献[24-29]对微波整流进行了细致的研究与设计,得到的整流效率都在60%以上,其中参考文献[24]设计的整流电路最大整流效率达到了89%。Pc_c的值取决于电路的器件特性,为一个定值。由于PL(d)的不确定性,导致了Pb的不确定性。为了定量分析Pb,必须明确PL(d)的表达式。

3 路径损耗实验分析

基于实际测量所得的巷道电波路径损耗特性,能为能量收集系统的开发与设计提供最真实的指导。基于此,本文对实际巷道测量所得数据进行统计分析,从而明确PL(d)的一般表达式。

3.1 巷道环境

实验所选用的典型拱形、矩形巷道分别位于山东省滕州市的郭庄煤矿和金达煤矿,巷道截面如图3所示。 拱形巷道的平均宽度和高度分别为2.7,2.6m,矩形巷道的平均宽度和高度分别为2.75,2.7m。

拱形巷道四周为岩石结构,内侧是混凝土结构,厚度约为10cm,地板厚度约为25cm。在混凝土和岩石之间铺设了一层金属网,金属网厚度约为0.2cm,金属网的正方形网格宽度为10cm。巷道一侧分布有4根电缆,每根电缆直径为10cm。电缆距侧壁5cm,电缆之间间隔8cm,最下面1根电缆离地板1.4m;巷道另一侧分布有1个直径为5cm的水管,离地板1.2m。地板一侧有宽为30cm、深为20cm的排水渠。偏离地板中心大概10cm分布有1条铁轨。巷道顶部中心位置分布有1条电缆,用于给照明灯供电。

矩形巷道的格局同拱形巷道类似,但是矩形巷道一般直接采用岩石作为顶板和底板,有的侧壁喷有混凝土,有的顶部喷有混凝土,还有些直接用煤层作为侧壁。实验时各种情形都有涉及。

3.2 实验方案

实验采用了2个工作在2.4GHz(井下传感器网络常用频段)的标准半波偶极子天线。发射天线位于巷道中间(图3中O点),这样插入损耗最小。发射天线通过1 根长度为2 m的低损耗射频电缆(goreXN3449) 连接微波信号源(R&S -SMB100A)。设置信号源的输出功率为16dB·m。接收天线依次放置在图3 中所标示的A,B和C三个位置,那里是经常放置无线传感器节点的位置。接收天线通过1 根5 m长的射频电缆(goreXN3449)连接频谱仪(GSP-830E),频谱仪连接便携式计算机用于记录数据。巷道中多径效应显著,频谱仪中信号跳动剧烈,为了方便观测和记录数据,取20次测量结果的均值在频谱仪中显示。实验方案如图4所示。

依次测试发射天线在A,B和C三点的接收功率。开始测试时,发射天线和接收天线位于同一巷道截面上,然后沿巷道轴向移动发射天线,每隔0.2m记录一次数据。考虑实际充电距离,设发射天线移动的总距离为10 m。建立如图3所示的坐标系,依次设置天线沿X,Y和Z三个方向极化,在A,B和C每一点测试3 组不同天线极化方式的数据。

3.3 实验结果分析

分别在拱形和矩形巷道进行数次实验,对2种类型的巷道分开讨论分析,每种巷道实验结果类似,选取其中1组数据进行分析。

3.3.1 拱形直巷道电波传播特性

10m的巷道距离可近似为直巷道,且属于LOS(Light-Of-Sight)区。所有测试点的结果相似,选取其中一个测试点进行分析。图5为拱形巷道中A,B,C三点在3种天线极化方式下的接收功率曲线。

参考文献[14,30]提出了全波波导模型,能够计算矩形巷道中任意一点的接收功率。但是,用此模型仿真的结果与本文中实测实验数据差异较大。参考文献[31-32]认为,巷道中如此近距离的情况应属于自由空间传播区域,传播特性遵循自由空间模型,其模型如下:

式中:d0为参考距离,本文设置当收发天线位于同一截面时的距离为d0,即OA,OB和OC之间的距离;PL(d0)为参考距离d0处的接收功率;n为路径衰减指数;Xσ为零均值高斯随机变量,σ 的值在0.3~3之间。

用式(2)对A,B和C三点在3个极化方向下的接收功率进行拟合,拟合曲线如图6所示。在能量收集过程中,考虑10 m距离下的平均功率,因此,拟合过程中忽略了Xσ的影响。拟合过程中产生的路径衰减指数n见表1。

不同位置、不同天线极化方式下的PL(d0)和n值均不同。为获得最大的充电效率,不同位置应该选用不同的极化方式。n值决定了功率的衰减程度,n的绝对值越大,功率衰减越大。电波沿巷道壁传播时的n值不同于自由空间的n值(n=2)。大量实验分析表明,在拱形巷道的A和C两点,选用Y极化方向能获得最大的接收功率,而在中间的B点,近距离时选用X极化方向是最优的。但是,Y极化在B点时n的绝对值较小,因而其衰减较为平坦,在远距离(约3m之外)时获得的功率远大于其他2种极化方式。

3.3.2 矩形直巷道电波传播特性

矩形巷道中A,B和C三点在3种天线极化方式下的接收功率曲线如图7所示。利用式(2)对图7中数据进行拟合的结果如图8所示。

拟合过程中得到的路径衰减指数n见表2。与拱形巷道相比,矩形巷道中路径衰减指数n的绝对值较小。2种巷道中,X和Z极化方式下的衰减规律类似。 但是,Y极化方式下具有较大的差异。10m的充电距离下,在A和C两点,Y极化方式下的n具有正值。同负值相比,正值说明其接收功率随距离的增加而逐渐增大,但是其PL(d0)初始值较低,所以,其近距离时的接收功率较低。在B点,Y极化情形下的接收功率PL(d0)初始值较低,但整体衰减缓慢,其后段距离的接收功率远大于另外2种极化情形。矩形巷道中发送端的天线设计应不同于拱形巷道。

4 功率传输模型仿真分析

有了路径衰减模型,功率传输模型可重写如下:

由于关注的是平均功率,同时为了便于分析计算,式(3)中忽略了Xσ的影响。为了简化仿真过程,假设整流电路的整流效率为一定值ηr,同时忽略定值Pc_c的影响,式(3)可进一步整理如下:

整流之后,由电池端电压Uc和电流Ic,可得

式(5)中,Uc设计为定值,Ic随Pb变化而变化。依据充电电池特性,Ic值必须高于电池充电阈值才能正常充电。

设ηr为一定值的60%,不同n值下的输出功率仿真曲线如图9所示。图9(a)对应一般情况下的功率衰减情形,此时n为负值;图9(b)对应矩形巷道中Y极化时接收功率逐渐增加的情形,此时n为正值。仿真时,尽量考虑高性能天线,GT和GR都设为10,PT设为巷道中所允许的最大功率6 W,即37.78dB·m。d0取实测时的1.1m,10m是发射天线沿巷道轴向移动的距离,d值应根据勾股定理进行换算。实测时,在接收功率衰减的情况下,n取值范围约为-5~-1;在矩形巷道中采用Y极化方式时接收功率逐渐增加的情况下,n取值范围约为0.5~2,但此种情况下PL(d0)值也较低。需要强调一点,仿真时,默认收发天线的方向图指向性是相对的,此时接收功率最大。从图9可以看出,当n为负值时,n绝对值越小,功率衰减越少,接收功率越平稳,可充电的距离越远;当n为正值时,情形正好与负值时相反。

由式(5)可知,充电电流Ic与Pb的变化规律一致。假设Pb值为25dB·m(即320mW),考虑实际应用,设Uc为3V,可得Ic为100mA左右。对于不同的n值,10m处的输出电流从33 mA降至0.03mA左右。

假定忽略井下安全因素,将发射功率从6 W(38dB·m)提高到20 W(43dB·m),设n=1,可得输出功率在不同发射功率Pt下随距离变化的仿真曲线,如图10所示。

从图10可看出,将发射功率Pt提高到20 W,输出功率的最大值和最小值将分别为0.639 W(27.8dB·m)和0.15 W(21.7dB·m)。由式(5)计算可得,充电电流的最大值和最小值分别为213mA和50mA。同提升发射功率所带来的安全隐患和能量消耗相比,充电电流的提升效果与之不成正比。由此可知,持续提升发射功率不是提升充电效果的最佳选择。

为了获得更大的充电电流,另一个方案是增加接收端天线的数量,组成接收端天线阵列。接收端天线单元之间设计成并联关系,理论上整流电流就是线性相加的。这样,2块接收天线单元汇集的电流便接近于将发射功率Pt由6 W提高到20 W时得到的电流,但具体接收端天线阵列与整流电流的定量关系还需进一步研究。

5 结语

建立了拱形和矩形巷道下,基于电磁能量收集的一般功率传输模型。该模型中,能量发射装置位于巷道中部位置,能量接收装置位于巷道壁上。该模型能计算10m近距离下微波功率沿巷道壁的传输效率。

对于功率传输模型中的路径衰减项,采用在实际巷道中实验测量、对数据进行统计分析的方法,给出了微波功率沿巷道壁衰减的一般表达式。分析结果表明,微波功率在拱形和矩形巷道中的衰减具有一定的差异性。在巷道中的同一位置,采用不同的天线极化方式具有不同的路径衰减指数。为了获得最大功率,在不同巷道位置、不同充电距离下应选用不同的天线极化方式。

井下数据传输网络管理 篇8

井下人员定位是煤矿智能监控系统的重要组成部分[1]。 基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)指纹的定位方法具有成本低、能耗低、部署简单等优点,已经在煤矿井下得到了应用[2,3]。基于RSS指纹的定位方法分为2 个阶段:① 离线阶段,即建立定位区域的RSS指纹数据库;② 在线阶段,即目标定位。在离线阶段,主要工作是采集RSS指纹数据,然后根据这些数据建立RSS指纹数据库,RSS指纹数据库直接影响后续的目标定位精度。为了提高定位精度,通常的做法主要包括:① 在定位区域划分更多的参考点,从理论上讲,参考点越密集,目标定位精度越高[4];② 为了保证RSS指纹数据采集的准确性,在每个参考点上采集多次数据,求取这些数据的平均值作为建立RSS指纹数据库的样本数据[5,6]。然而煤矿井下巷道距离长且环境特殊,建立RSS指纹数据库的工作量与参考点的个数和采集数据的次数成正比,传统逐点采集RSS指纹数据的方法效率低。鉴此,本文提出了一种基于Kriging插值算法的RSS指纹数据快速生成方法,该方法可以在已知少量观测点的RSS指纹数据的情况下,充分利用观测点之间以及观测点与待估点之间的空间相关性,准确估计待估点的RSS指纹数据,在保证井下目标定位精度的基础上,节省大量的人力、物力和时间。

1 基于Kriging插值算法的RSS指纹数据快速生成方法

假设Z(xi)(i=1,2,…,n,n为观测点数量)表示1组观测点xi的观测值,则待估点x0处的RSS指纹数据估计值Z*(x0)为各个观测值的加权之和,即

式中λi为相应Z(xi)的权重系数。

相距为h的空间2个点x和x+h处的观测值Z(x)和Z(x+h)之间的方差称为变差函数,其表达式为

在实际应用中,直接求解式(2)比较困难。因此,可以利用有限的观测值求解实验变差函数,再由实验变差函数求解理论变差函数(即式(2))。实验变差函数表达式为

式中:N(h)为相距h的数据对的对数;j=1,2,…,n,j≠i。

式(3)要求观测点数据对的间距相同,实验变差函数的计算有赖于有效数据的空间构型,对于规则的网格数据点,可以直接由式(3)求取实验变差函数。利用定位区域中无线信号强度值求解的实验变差函数非常接近于球状模型的理论变差函数[7],球状模型的理论变差函数表达式为

式中:C0为块金常数,表示参数随机性变化的部分,C0越小,参数空间相关性越强,随机性越弱,C0越大,参数空间相关性越小,随机性越强;C为拱高,表示参数结构性变化的部分;C0+C为基台值,反映参数在数值上最大的变化幅度;a为变程,表示参数具有空间相关性范围,反映参数空间变化的速度大小,a越小,空间相关性范围越小,表示参数的空间变化速度越大,a越大,空间相关性范围越大,表示参数的空间变化速度越小[8]。

在保证无偏估计和最小估计方差的前提下,利用Kriging插值算法求解式(1)中的权重系数。其中无偏估计为

式中Z(x0)为待估点x0处的RSS指纹数据真实值。

估计方差为

式中:var[·]为方差函数;C(·,·)为协方差函数。

构造Lagrange函数:

式中μ为Lagrange函数因子。

然后分别对λi和μ求偏导,得到普通Kriging方程组[7]:

将计算出的权重系数λi代入式(1),即可求出待估点x0处的Z*(x0),实现煤矿井下巷道中待估点的RSS指纹数据的无偏估计。

2 仿真实验

2.1 实验环境

防空洞的地面为水泥地,墙壁较粗糙,顶部两侧布设电缆,从地形结构和电磁波传播特性来看,防空洞与真实矿井环境相似,因此选择防空洞模拟煤矿井下巷道环境。 防空洞的长、宽、高分别为150,3.4,4.5m,以防空洞的长、宽、高为坐标系的x,y,z轴,由于防空洞的宽度和高度远小于长度,所以定位时不考虑目标在y轴和z轴上的变化。防空洞中共布设3个AP(Access Point,接入点),AP1,AP2,AP3的位置坐标用伪坐标表示,分别为(7,y,z),(43,y,z),(97,y,z)。定位区域中共有100个参考点(包括观测点和待估点),参考点之间的距离为1.5m。定位区域截面如图1所示。

在不同天线方向上,同一个参考点上RSS值也会不同。为了保证观测值准确,在每个观测点上分别采集AP在不同方向(东、西、南、北)上的5次数据,然后取这些数据的平均值作为观测值。

2.2 实验结果及分析

分别采用不同方法建立3种RSS指纹数据库:① 在定位区域中利用传统方法在每个参考点上采集RSS指纹数据,建立原始RSS指纹数据库;② 在100个参考点中选取20个观测点,利用本文方法对剩余80个待估点进行插值计算,建立Kriging-RSS指纹数据库;③ 采用另一种比较典型的插值算法———距离加权反比法(Inverse Distance Weighted,IDW)[9]建立IDW-RSS指纹数据库。

从2个方面来衡量不同方法的优劣性:① 通过基于不同RSS指纹数据库的定位算法计算平均定位误差,定位算法采用K最近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)[10,11],其中K=3(K表示选取最近K个点的坐标);② 利用交叉验证法,计算估计值与真实值的误差平方和的均值。

基于不同RSS指纹数据库的定位算法的定位误差实验结果如图2所示。从图2可看出,基于原始RSS指纹数据库的定位算法得到的平均定位误差为2.255m;基于Kriging-RSS指纹数据库的定位算法得到的误差平方和的均值为0.213,平均定位误差为2.276m,在每个参考点上的定位误差与基于原始RSS指纹数据库的定位算法得到的定位误差几乎一样;基于IDW-RSS指纹数据库的定位算法得到的误差平方和的均值为1.165,平均定位误差为3.449m,在每个待估点上的定位误差与基于原始RSS指纹数据库的定位算法得到的定位误差相差较大。这是因为IDW插值算法没有考虑数据之间的空间分布情况,往往会因为观测点的分布不均匀而造成估计结果产生偏差;而本文方法不仅考虑观测点与待估点之间的相对位置,还考虑各观测点之间的相对位置,充分利用了数据之间的空间结构信息。

3 结语

针对煤矿井下巷道环境,提出了一种快速生成RSS指纹数据的方法。该方法可以在已知少量观测点的RSS指纹数据的情况下,充分利用观测点与待估点之间的相对空间位置信息,考虑各观测点之间的相对位置信息,根据实验变差函数拟合出理论变差函数,然后采用无偏估计和最小估计方差的准则,求解Kriging插值算法的权重系数,最后利用Kriging插值算法对待估点的RSS指纹数据进行计算。实验结果表明,基于该方法得到的RSS指纹数据用于定位时,其定位精度几乎和基于实际采集的RSS指纹数据得到的定位精度一样,验证了本文方法的有效性和可行性。

参考文献

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[3]唐丽均,吴畏.用于井下精确人员定位的单基站方向识别技术[J].工矿自动化,2015,41(2):68-70.

[4]PRASITHSANGAREE P,KRISHNAMURTHY P,CHRYSANTHIS P K.On indoor position location with wireless LANs[C]//The 13th IEEE International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications,Lisboa,2002:720-724.

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[6]LAITINEN H,LAHTEENMAKI J,NORDSTORM T.Database correlation method for GSM location[C]//Vehicular Technology Conference,Rhodes,2001:2504-2508.

[7]牛文杰,朱大培,陈其明.贝叶斯残余克里金插值方法的研究[J].工程图学学报,2001,22(2):68-76.

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[10]BAHL P,PADMANABHAN V N.RADAR:an in-building RF-based user location and tracking system[C]//The 19th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies,Tel Aviv,2000:775-784.

井下数据传输网络管理 篇9

1 大数据时代背景

以物联网、云计算为主要依托,利用多源数据分析手段,探究对象中所隐含的变化规律和发展趋势,这对优化传统产业结构、提升产业发展内涵有非常重要的意义。而在大数据时代背景下,在信息获取、传输、存储处理的过程中表现出了数据量庞大、形式多样化、处理速度快等特征。图片、声音、文本和视频等多类型的数据表现方式为现代矿山资源开采技术的更新提供了数据与信息平台基础,同时,在其中融入云计算分析,能够推动矿山资源信息数据库匹配、庞杂的空间数据分析方式的创新和转型升级,有助于矿产资源开采结构的优化。

2 井下开采的现状与问题

从地质构造条件、矿物结构属性等客观要素来分析,不同环境与矿产类别开采的技术手段和工艺必然存在差异性,但从宏观角度分析,其主要呈现以下特征。

2.1 井下采矿工艺相对复杂

相对于露天开采而言,因为地下水分布、地质构造环境有差异,所以,井下采矿比露天采矿的开采效率低,稳定性差。为了保障井下开采安全,矿产开采主体经常要革新井下开采工艺、优化作业手段,丰富与发展井下采矿技术。

2.2 井下采矿工艺方式多样

以煤炭开采为例,当前,井下采矿工艺主要有放顶煤技术、倾斜分层采煤技术、倾斜长壁采煤技术、炮采技术、普采技术和综合采技术等,技术种类多样复杂。鉴于此,相关人员必须要利用现代数据采集与处理手段,客观地分析矿产资源的类别及其所处的环境,选择适宜的采掘工艺技术,并制订科学的开采计划和方案,以确保资源开采的经济性、安全性和生态性。

2.3 技术手段更新快

随着当前国家产业结构转型和优化调整步伐的加快,传统矿山开采企业之间的竞争越来越激烈。因此,要依托技术创新与管理创新来优化矿产开采环节,融入数字化技术,不断加大对采矿技术的研发力度,提升自身的竞争力,促进传统矿山开采工艺的变革和更新。

目前,我国井下采矿存在的主要问题有以下几个:①生产效率相对低下;②采矿质量不高;③生产成本比较高;④安全性能低,安全事故频发;⑤机械化水平有待提高。因此,基于大数据时代背景下,不断研究、发展和更新井下采矿技术,促进采矿行业的健康可持续发展是目前相关工作者的首要任务。

由井下采矿的工艺水平、经济成本和生态安全性分析可知,国内井下采矿行业普遍的问题是:劳动力与资本投入较高,矿产资源开采质量参差不齐,机械化作业水平相对比较低,生产安全事故率相对于国际平均水平较高。因此,基于大数据时代的背景,优化发展与更新井下采掘技术,提升矿产原开采行业的整体水平,有助于推动采矿行业的可持续发展。

3 大数据背景下井下采矿技术的发展趋势

在大数据海量数据处理的背景下,传统矿山开采信息的快速处理方式产生了新的变革,借助多源传感器、数据传输网络能够有效管理和控制矿山开采中的实施环节,监督次生物质的排放,有助于井下采矿技术工作效率的提升,保障施工安全。

3.1 井下采矿充填技术变革

传统井下开采的填充工艺是以干式填充、碎石混凝土砂浆胶结和尾砂胶结技术为主。在实际应用的过程中,或多或少的会存在环境次生问题。随着现代采矿技术的发展,逐渐衍生出了膏体泵送充填、高水全尾砂速凝固胶结充填等新型采空区充填工艺,大大降低了胶结材料的消耗数量。同时,借助现代传感器手段可以实时监管充填过程。

3.2 开采机械化设备日益提升

利用现代化数据获取和处理分析手段,优化国内井下采矿行业的信息化程度,提升开采工艺水平,加大对技术设备的投入力度,比如采用硬顶板控制手段,结合采掘设备工艺,能够在确保施工安全的前提下快速、高效地提升矿产开采的作业效率。

3.3 采矿工艺的绿色化进程

随着我国对生态环境关注程度的加大和当前采矿工艺水平的逐步提升,我国的采矿行业逐步朝着高效、绿色、环保、低碳的方向发展。利用数据分析技术,在提升矿产资源建模监管的同时,可以辅助进行矿山开采的方案编制、可行性分析。这样做,有助于降低采矿贫化率。另外,还要借助遥感、生化监测手段实时掌握对周边环境的影响,不断调整矿产开采手段和施工工艺。

4 结束语

在以“大数据”为特征的时代下,矿山开采企业应优化资源配置,充分利用大数据分析和数据挖掘的优势,客观分析当前国内井下矿产开采过程中存在的问题,并结合大数据时代背景阐述井下采矿工艺的发展方向——主张融入多源数据获取云计算数据处理等手段,以提升数字矿产动态监管理念,通过井下采矿工艺的提升加强对矿产资源的高效、经济、生态的综合开发,为类似矿产资源的开采提供参考。

摘要：随着现代科技的发展和互联网技术的进步,再加上计算机和互联网信息数据量的提升,为传统采矿技术的发展带来了新的机遇。从大数据背景下矿产资源开采的现状和其中存在的问题入手,阐述了当下井下采矿技术的特点及其未来的发展趋势,进而为井下矿产资源开采工艺的革新提供一定的参考依据和技术支撑。

关键词：大数据,采矿工艺技术,绿色生态发展,井下矿产资源

参考文献

[1]张军峰.井下采矿技术与井下采矿的发展趋势探讨[J].山东工业技术,2015(20).

[2]马旭峰,徐帅,刘显峰.眼前山铁矿露天转井下采矿方法研究[J].金属矿山,2008(05).

[3]李夕兵,李地元,赵国彦.金属矿地下采空区探测、处理与安全评判[J].采矿与安全工程学报,2006(01).

井下数据传输网络管理 篇10

在新疆风城油田双水平井SAGD开采过程中, 需实时跟踪井下生产数据变化, 由于长期的高温、高压及腐蚀等原因, 导致井下系统测试数据准确率降低, 其中SAGD试验区明显较低, 仅为87.6%, 这给注汽压力优化、 汽液界面控制等SAGD精细调控工作带来很大困难。 因此, 小乔之佳QC小组将提高“SAGD试验区井下测试数据准确率”作为活动课题。

2 问题症结

通过分层调查发现, 井下温度测试不准确井次占总测试不准确井次的86.3%, 而热电偶测试异常在影响井下温度测试不准确的各类问题中占比72.4% (图1) 。 因此, 热电偶测试异常是影响SAGD试验区井下测试数据准确率的症结问题。

3 要因说明

针对热电偶测试异常, 运用头脑风暴法分析出了8 项影响因素, 通过现场调查分析, 找出了对症结问题的影响程度, 最终确认了3 项主要因素:热电偶测试仪未接地, 护管开窗处焊缝开裂进液, 热电偶短路 (图2) 。

4 具体措施

在对确定的要因提出对策方案过程中, 对每种对策方案进行综合评价优选, 以确定最佳方案。 将优选出的最佳方案有针对性制定出详细的对策表 (表1) 。

一是热电偶测试仪接地, 措施2项:现场采取仪表柜加装隔离电源模块、将仪表与外壳分体接地, 仪表接地端子与外壳利用地线相连。实施后热电偶接地电阻达到了0.3~5Ω。二是封闭连续油管, 阻隔高温液体浸蚀偶线, 措施2项:盲死连续油管开窗、对连续油管进行承压试验。实施后对连续油管地面观测压力值观察, 测试入口处无刺漏, 连续油管观测压力值为0。三是热电偶偶线包裹聚酰亚胺, 措施3项:对热电偶偶线间包裹聚酰亚胺、优化热电偶电阻值监测周期及操作规程、制定SAGD试验区设备管理规定。实施后测温点电阻值为3kΩ, 热电偶短路现象得到根本解决。

5取得效果

通过开展QC小组活动, 井下测试数据准确率从87.6%提高到96.7%, 创经济效益8.3万元, 2015年应用于重32、重1井区部分井组, 实现效益54.8万元。目前国内井下测试系统一般在3年后就容易出现数据不准确的现象, 随着风城油田全生命周期开发方案的规模实施, 风城SAGD井数将大幅增加, 预计风城油田至少每年可节约测试费用150万元以上。SAGD技术在超稠油开发中应用前景广阔, 风城油田提高井下测试数据准确率的成功探索, 满足了SAGD现场动态精细调控的需要, 为油田开发精细化、科学化管理奠定坚实基础, 该技术对国内外其他油田同样有很强的借鉴意义。

单位名称:新疆油田分公司风城油田作业区

小组名称:小乔之佳QC小组