光纤传输技术在矿山地压远程监控中的应用

韦 峰，刘国清，孟中华

（1.广西华锡集团股份有限公司铜坑矿， 广西南丹县 547207；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012）

光纤传输技术在矿山地压远程监控中的应用

韦 峰1，刘国清2，孟中华2

（1.广西华锡集团股份有限公司铜坑矿， 广西南丹县 547207；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012）

结合铜坑矿地下采矿工程地压监测的需要，研究在受限空间环境下电话线网络监测系统数据传输易堵塞、受干扰大的原因，提出应用光纤通信技术建立无干扰通畅监测网络，充分实现矿山井下远程地压监控自动化。

声发射；光纤通信；远程监控；地压监测

铜坑矿地压监测手段以声发射监测为主，其他应力、沉降、裂缝等监测手段为辅，实施声发射24h连续监测。监测系统中负责采集的计算机自动完成井下日常岩体声发射数据采集工作。由于地表地压数据处理技术员要对井下地压活动情况进行监测分析与预测，需要将井下计算机采集的实时数据即时传输到地面，则必须借助现代化远程通信网络与通信技术。本文选用光纤传输方式，实现地面与井下数据信息共享和实时监控。

1 光纤通信技术

光纤通信是应用极高纯度的玻璃光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，将需传送的数据转化为光波信号，并以光波为载体波来传输信息的通信系统。光纤通信的基本原理是：把待传送信息包转变为电信号传送至发送端，然后由发送端调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，然后将这一强度变化光束通过光纤传输到接收端，再由接收端的光检测器（APP）将接收到的光信号转变回电信号，最后经解调后恢复原来的信息包。

2 地压监测系统通信技术改造

2.1 前期地压监测系统

广西华锡集团铜坑矿井下地压远程监测系统中，前期采用调制解调器和专用通讯电话线在地面与井下之间形成一对一连接网络，作为实现远程数据传输与通信的基础媒介，以此为数据通信依托实现了井下地压实时监测，降低了地压监测的工作强度，提高了工作效率。原地压远程监测系统的总体结构见图1。

图1 声发射地压监测调制解调器网络传输示意

2.2 电话线网络存在的问题与改造

由于井下地压监测硐室与地面监测预报中心距离比较远，井下电缆沟内又同时分布有其他高压电缆、普通电缆、控制电缆、通讯电缆等，这些电缆电信号的变化使其周边形成了不断变化的复杂强电磁场，造成了声发射地压监测数据传输受电磁干扰非常严重，导致网络拨号连接不稳定、容易掉线、数据传输堵塞等现象，地压监测采集数据不完整或丢失，对地压监测预警分析产生严重的误差，同时也为井下开采作业埋下重大安全隐患。

近年来井下监测范围不断加大，声发射数据量成倍增长，为了减少电话线路作为传输过程中产生的各种网络弊端，提高数据传输量，拟用光纤代替原通讯线作为井下声发射监测数据传输介质。光纤通信技术可解决通讯线长距离信号传输易受干扰、易断网掉线、易阻塞中断造成死机等问题。采用光纤通讯技术后的现有地压远程监测网络结构见图2。

图2 光纤通讯声发射监测网示意

3 光纤通信网络建设

地压远程监测系统由1台数据采集器、1套声发射监测系统、4台视频监控器、1套光数字光端机、2台工业交换机、6芯光纤通信线路组成。2台显示器安装在井下监测硐室，用于线路维护辅助监测，2台显示器安装在地面地压预报监控中心，用于监测人员进行实时监控和数据分析处理。通信网络改造主要工作是将通信光纤由地面向井下地压监控硐室铺设，以及井下发射端硬件与地表接收端硬件熔接安装。具体实施过程及铺设路线为：地表地压监测分析室→东副井→井筒固定→455m中段水平巷道→井下地压监控硐室。光纤铺设及固定过程中应防止过急弯折、防止松石、防止与井下运输车辆碰触、防止人为破坏等措施，以免光纤折断，造成传输网络中断。

整个网络安装过程中，光纤之间、光纤与收发器之间采用光纤专用熔接仪。网络安装完成后，须对整个网络的通畅程度与光纤安装质量进行测试，光纤接头质量检测采用高级专用光强度测试仪器进行测试，从而判断光纤接头的熔接质量，为网络连开提供高质量硬件保障。

通过网络内计算机主控与受控设置，形成井下与地表光纤通讯网。井下各监测点的声发射传感器将采集到的数据直接传输至井下地压监控硐室下位机采集系统，形成1个二进制数据文件作为1个触发事件，该事件数据井下实时采集时间通过光纤立即传送到地表监测主控机，然后由专用软件系统进行统计分析，从而实现井下监测数据信息实时自动传输与统计分析。另外，数据传输到地表监测主机后，数据接收程序将其自动保存在系统指定的目录中，供多通道声发射监测定位系统软件读取和处理。

为保证井下采集数据通信的完整性和可靠性，软件上，地面地压预报监控中心要监测传送路线连接是否正常，并将监测信息显示在主窗口界面上，若出现掉线等其他网络问题，立即采取恢复手段；在硬件上，进行井下安全监察时，应专门对通讯光纤进行检查，防止不必要的破坏，出现受损情况后立即用专用设备维护。

4 结 论

由于井下生产范围转移和扩大，铜坑矿井下地压监测范围不断扩大，导致声发射地压监测系统监测数据量呈几何倍数扩大，致使原电话线网络数据传输经常产生数据堵塞、系统死机和掉线断网等问题，为有效解决数据传输量增大与网络传输瓶颈日益突出的矛盾，提出了采用光纤作为通讯媒介的通讯监控网络方案，并进行了具体实施。改造后的光纤通信网达到了预期建设目标，实现了井下监测数通畅、高速、准确、完整传输，对矿山近两年的几次地压活动进行了提前预报，在铜坑矿地压监测过程中取得了良好的效果。该监控网络对涉及到远程数据采集和数据传送的应用场合都具有实用价值，尤其是在强干扰环境和远距离通讯方面具有独特的优点。

［1］李泽民.光纤通信（原理和技术）［M］.北京：科学技术文献出版社，1992.

［2］王少林.铜坑矿复杂充填体下采场地压监测分析［J］.采矿技术，2010，10（5）：34－36.

［3］任志远，靳 洋，王东平，等.数字化视频监控系统在铜坑矿安全生产中的应用［J］.采矿技术，2009，9（5）：37－39，154.

［4］林 峰，胡静云，李庶林.远程技术在多通道微震监测中的应用研究［J］.矿业研究与开发，2011，30（2）：56－58.

［5］杨承祥，罗周全，胡国斌.深井高应力矿床开采地压监测与分析［J］.矿业研究与开发，2006，26（5）：17－18，33.

2012－02－18）

韦 峰（1983－），广西南丹人，主要从事矿山岩石力学与井下地压监测预报等工作，Email：mzhofcimr＠163.com。