光纖傳輸技術在礦山地壓遠程監控中的應用

韋 峰，劉國清，孟中華

（1.廣西華錫集團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任公司， 湖南長沙 410012）

光纖傳輸技術在礦山地壓遠程監控中的應用

韋 峰1，劉國清2，孟中華2

（1.廣西華錫集團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任公司， 湖南長沙 410012）

結合銅坑礦地下采礦工程地壓監測的需要，研究在受限空間環境下電話線網絡監測系統數據傳輸易堵塞、受干擾大的原因，提出應用光纖通信技術建立無干擾通暢監測網絡，充分實現礦山井下遠程地壓監控自動化。

聲發射；光纖通信；遠程監控；地壓監測

銅坑礦地壓監測手段以聲發射監測為主，其他應力、沉降、裂縫等監測手段為輔，實施聲發射24h連續監測。監測系統中負責采集的計算機自動完成井下日常巖體聲發射數據采集工作。由于地表地壓數據處理技術員要對井下地壓活動情況進行監測分析與預測，需要將井下計算機采集的實時數據即時傳輸到地面，則必須借助現代化遠程通信網絡與通信技術。本文選用光纖傳輸方式，實現地面與井下數據信息共享和實時監控。

1 光纖通信技術

光纖通信是應用極高純度的玻璃光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，將需傳送的數據轉化為光波信號，并以光波為載體波來傳輸信息的通信系統。光纖通信的基本原理是：把待傳送信息包轉變為電信號傳送至發送端，然后由發送端調制到激光器發出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，然后將這一強度變化光束通過光纖傳輸到接收端，再由接收端的光檢測器（APP）將接收到的光信號轉變回電信號，最后經解調后恢復原來的信息包。

2 地壓監測系統通信技術改造

2.1 前期地壓監測系統

廣西華錫集團銅坑礦井下地壓遠程監測系統中，前期采用調制解調器和專用通訊電話線在地面與井下之間形成一對一連接網絡，作為實現遠程數據傳輸與通信的基礎媒介，以此為數據通信依托實現了井下地壓實時監測，降低了地壓監測的工作強度，提高了工作效率。原地壓遠程監測系統的總體結構見圖1。

圖1 聲發射地壓監測調制解調器網絡傳輸示意

2.2 電話線網絡存在的問題與改造

由于井下地壓監測硐室與地面監測預報中心距離比較遠，井下電纜溝內又同時分布有其他高壓電纜、普通電纜、控制電纜、通訊電纜等，這些電纜電信號的變化使其周邊形成了不斷變化的復雜強電磁場，造成了聲發射地壓監測數據傳輸受電磁干擾非常嚴重，導致網絡撥號連接不穩定、容易掉線、數據傳輸堵塞等現象，地壓監測采集數據不完整或丟失，對地壓監測預警分析產生嚴重的誤差，同時也為井下開采作業埋下重大安全隱患。

近年來井下監測范圍不斷加大，聲發射數據量成倍增長，為了減少電話線路作為傳輸過程中產生的各種網絡弊端，提高數據傳輸量，擬用光纖代替原通訊線作為井下聲發射監測數據傳輸介質。光纖通信技術可解決通訊線長距離信號傳輸易受干擾、易斷網掉線、易阻塞中斷造成死機等問題。采用光纖通訊技術后的現有地壓遠程監測網絡結構見圖2。

圖2 光纖通訊聲發射監測網示意

3 光纖通信網絡建設

地壓遠程監測系統由1臺數據采集器、1套聲發射監測系統、4臺視頻監控器、1套光數字光端機、2臺工業交換機、6芯光纖通信線路組成。2臺顯示器安裝在井下監測硐室，用于線路維護輔助監測，2臺顯示器安裝在地面地壓預報監控中心，用于監測人員進行實時監控和數據分析處理。通信網絡改造主要工作是將通信光纖由地面向井下地壓監控硐室鋪設，以及井下發射端硬件與地表接收端硬件熔接安裝。具體實施過程及鋪設路線為：地表地壓監測分析室→東副井→井筒固定→455m中段水平巷道→井下地壓監控硐室。光纖鋪設及固定過程中應防止過急彎折、防止松石、防止與井下運輸車輛碰觸、防止人為破壞等措施，以免光纖折斷，造成傳輸網絡中斷。

整個網絡安裝過程中，光纖之間、光纖與收發器之間采用光纖專用熔接儀。網絡安裝完成后，須對整個網絡的通暢程度與光纖安裝質量進行測試，光纖接頭質量檢測采用高級專用光強度測試儀器進行測試，從而判斷光纖接頭的熔接質量，為網絡連開提供高質量硬件保障。

通過網絡內計算機主控與受控設置，形成井下與地表光纖通訊網。井下各監測點的聲發射傳感器將采集到的數據直接傳輸至井下地壓監控硐室下位機采集系統，形成1個二進制數據文件作為1個觸發事件，該事件數據井下實時采集時間通過光纖立即傳送到地表監測主控機，然后由專用軟件系統進行統計分析，從而實現井下監測數據信息實時自動傳輸與統計分析。另外，數據傳輸到地表監測主機后，數據接收程序將其自動保存在系統指定的目錄中，供多通道聲發射監測定位系統軟件讀取和處理。

為保證井下采集數據通信的完整性和可靠性，軟件上，地面地壓預報監控中心要監測傳送路線連接是否正常，并將監測信息顯示在主窗口界面上，若出現掉線等其他網絡問題，立即采取恢復手段；在硬件上，進行井下安全監察時，應專門對通訊光纖進行檢查，防止不必要的破壞，出現受損情況后立即用專用設備維護。

4 結 論

由于井下生產范圍轉移和擴大，銅坑礦井下地壓監測范圍不斷擴大，導致聲發射地壓監測系統監測數據量呈幾何倍數擴大，致使原電話線網絡數據傳輸經常產生數據堵塞、系統死機和掉線斷網等問題，為有效解決數據傳輸量增大與網絡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控網絡方案，并進行了具體實施。改造后的光纖通信網達到了預期建設目標，實現了井下監測數通暢、高速、準確、完整傳輸，對礦山近兩年的幾次地壓活動進行了提前預報，在銅坑礦地壓監測過程中取得了良好的效果。該監控網絡對涉及到遠程數據采集和數據傳送的應用場合都具有實用價值，尤其是在強干擾環境和遠距離通訊方面具有獨特的優點。

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2012－02－18）

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