基于EDSL的防爆地质超前探测远程控制装置设计及应用.pdf

第 3 9 卷第 5期 2 0 1 1 年 l O月 煤 田地质 与勘探 C 0A LGE 0 置 0GY 删0R Vl01 ． 3 9NO ． 5 0c t ． 2Ol 1 文章编 号 1 0 0 1 ． 1 9 8 6 2 0 1 1 0 5 0 0 6 6 0 3 基于 E DS L的防爆地质超前探测 远程控制装置设计及应用 郑万波，吴燕清，何 昭友， 康厚清，胡运兵 ，方有令 中煤科工集团重庆研究院瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 4 0 0 0 3 9 摘要针对现有防爆超前地质探测仪不具备远程无人操控功能，存在安全 隐患等问题，开发 了一 种基于 E DS L的传输距 离长、带宽高、通信稳定 、即铺 即用型远程控制装置。实际应用表明，该 控制装置可以实现在煤矿井下或隧道施工现场长距 离无人探测，从而减少因前方地质情况不明或 者次生 灾害引起的事故 。 关键词远程无人控制装置；E DS L；超前探测 中图分 类号 P 6 3 1 文献标 识码 A D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 1 9 8 6 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 1 6 De s i g n a nd a ppl i c a t i on o f a r e mo t e c o n t r o l de vi c e o f e x pl o s i on - po o f g e o l o g i c a l de t e c t o r bas e d o n EDS L Z HENG Wa n b o ， WU Ya n q i n g ， HE Z h a o y o u ， KANG Ho u q i n g ，HUYu n b i n g ， F ANG Yo u l i n g C h o n g q i n gR e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n aC o a l T e c h n o l o g ya n d E n g i n e e r i n gG r o u pC o r p ， C h o n g q i n g4 0 0 0 3 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o e x i s t i n g e x p l o s i o n p r o o f g e o l o g i c a l a d v a n c e d d e t e c t o r s ，wh i c h d o e s n o t h a v e t h e f u n c t i o n o f r e mo t e c o n t r o l ，ma y c a u s e s o m e s e c u r i t y p r o b l e ms ，o u r t e a m d e s i g n e d a t r a n s m i s s i o n s y s t e m b a s e d o n EDS L， wh i c h s h o ws l o t s o f f e a t u r e s ，s u c h a s l o n g - d i s t a n c e ， h i g h b a n d wi d t h ， c o mmu n i c a t i o n s t a b i l i ty， a n d f a s t r o u t i n g a n d p u t t i n g i n t o u s e ， t h i s a p p a r a t u s c a n d e t e c t a v a r i e ty o f g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s b y l o n g - d i s t a n c e a n d p i l o t l e s s c o n t r o l s t y l e s i n u n d e r g r o u n d c o a l m i n e s o r t u n n e l ， r e d u c i n g s o m e p o s s i b l e a c c i d e n t s c a u s e d b y t h e u n k n o wn g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a n d s e c o n d a r y d i s a s t e r s ． K e y wo r d s r e m o t e u n ma n n e d c o n t r o l e q u i p me n t ； E DS L； a d v a n c e d d e t e c t i o n 地震波发射法采用小药量爆破作为激发波源 ， 而爆破本身又具有一定危险性。若放炮员违规操作 极易引发次生灾害。根据 煤矿安全规程 ，井下爆 破时 ，操作人员需要撤离到安全区域以外。若采用远 程控制工作方式，可以使得操作人员远离潜在灾害现 场 七 】 。因此 ， 亟需开发一种防爆超前地质探测仪远程 控制装置来有效保障井下作业人员的生命安全。 1 E DS L技术原 理及特 点 以太数字用 户线 E DS L 是 由 I T u． T定义 的 ， 是在对双绞线上提供传输双 向对称 带宽数据业务 的一种 技 术 。E DS L技 术 利 用 电话 铜线 频 带 的 3 0 k H z ～ 3 MH z部分 ，将其分割为 1 2个小的频带 。 其中最小模拟频带带宽为 6 2 ． 5 k H z ，最大模拟频带 带宽为 1 ． 6 6 7 MHz 。其智能频谱管理技术、突发技 术 ，可在 电话线上直接传送 以太包。与 AD S L产品 相比，E DS L没有 A T M 与 I P之间的转换 ，直接采 用 了 I P端到端的设计 ， 传输效率大大提高 ， 并压缩 了传输频谱 ，提高了抗噪性能 ，延长 了传输距离。 因此 ， 与 A DS L ， HDS L ， GS H DS L技术相 比， E DS L 技术有着明显的技术优势[ 3 】 。 基本 E DS L线路传输系统 ，其关键部件是线路 收发单元 S T U ，主要由局端收发送器 S T U C和远 端收发送器 S T U． R组成 。S T U单元功能模型如图 1 所示。 每个 S T U包括应用相关部分和应用无关两部 分 。应用 相 关部 分 包括 传 输协 议特 定 传输 汇 聚 T P S ． T C 层及相应接 E l ；应用无关部分包括物理媒 质相关 P MD 层和传输汇聚 P MS ． T C 层。另外 ，在 S T U ． C和 S T U R间可放置信号再生器， 由此形成一 个完整的 E D S L链路。如果用 2个双绞线对传输 ， 则 P MD层模块将包含 2个独立的 S T U，共同连接 到一个 P MS T C E。 收稿 日期 2 0 1 1 ． 1 2 ． 1 7 作者简介 郑万波 1 9 8 l 一 ，男，四川 自贡人 ，硕士 ，助理研究员 ，从事矿井救援通信技术和工程物探仪器开发研究工作 第 1 期 作者等标题 6 7 应 用 接 口 ST U． C _ _ _ _ 固 T T P P P S S ● M 固 T T D C C -● -__一 ， ＼ 图 1 S T U单元功能模型 Fi g．1 Fu nc t i o na l mo de l o f S TU un i t 2 远程控制 装置 系统集成设计 用 户 接 口 根据煤矿和隧道应用需求 ，提出了一种矿用超 前探测远程控制装置。如图 2所示 ，装置由防爆计 算机 客户端 、远程控制器 A、通信双绞线 、远程 控制器 B、 防爆超前地质探测仪主机 服务器端 和传 感器组成。 图 2 远程控制装置的连接示意图 F i g ． 2 Co n n e c t i o n d i a g r a m o f t h e r e mo t e c o n t r o l d e v i c e 防爆计算机通过远程控制器 A和远程控制器 B 与防爆地质超前探测仪主机进行通信 。远程控制器 A和远程控制器 B之间采用 E DS L通信技术 ，实现 2 k m点对点长距离传输 。防爆计算机与远程控制器 A及防爆超前探测仪主机与远程控制器 B均采用以 太网通信技术。 3 远程控 制装置控制软件设计 在远程控制采集装置中，防爆地质超前探测仪 主机 服务器端 采用基于 WI NC E 的嵌入式操作系 统 ，具有功耗小 ，安全性高等特点。同时，它也具 有小内存的特点 ，限制了数据处理的速度 。在采集 数据量又很大的情况下 ，为满足实际应用需求 ，采 用 T C P ／ I P传输方式及哈夫曼编码数据压缩方式的 命令式远程控制装置。 利用 c 语言 ，编制远程控制装置的服务器端 和客户端软件。如图 3所示， 客户端输 出参数控制服 务器端 的行为 ，服务器端采集并传输数据 ，客户端 对数据纠错和显示，并控制数据保存 。服务器有 3 种功能模块 参数设置模块 、数据采集模块和数据 传输模块。 4 远程控 制装置操作流程 铺设好通信线后 ，启动装置电源，建立服务器 B b 图 3 服务器 a 和客户端 b 的软件功能模块 Fi g． 3 Se r ve r a nd c l i e nt ’ s s o f t wa r e mod ul e s 与客户端的通信连接 ；启动服务器软件和客户端软 件 ，在安全区域 客户端 远程设置探测参数 ；控制 数据采集 、传输、保存 、分析及显示。 装置采集控制流程如图 4所示 ，启动装置 ，建 立一个项 目，将采集的数据保存于该项 目文件中； 输入相关的空间信息等 ，包括项 目信息 、工作面信 息及接收点信息 ；输入该次采集的采样参数 ，包括 采样频率、采样长度和采样通道 ；设置成功后 ，开 始采集数据 ，待采集完成后 ，设置炮点空间信息 。 如需进行下一次采集 ，则循环进行 ，最后保存采集 数据，并对数据进行分析与显示。 图4 远程控制装置的操作流程 图 Fi g． 4 Ope r a t i o n flo wc h a r t of r e mo t e c on t r o l de vi c e 5试验测试 5 ． 1 传输距离及带宽测试 采用仿 真器模 拟矿用线缆来测试信号传输距 离。其仿真参数为直流电阻≤4 5 Q ／ k in，分布电 容 ≤0 ． 0 6 F ／ k m，固有衰减≤1 ． 1 0 d B ／ k m。经过测试 ， 在 2 k m 的传输距离时 ， 其带宽为 1 ． 5 Mb p s ， 能够满 足超前预测实时大数据量传输要求 。 6 8 煤 田地质与勘探 第 3 9卷 5 ． 2误码 率测试 将硬件传输速率设置为 1 ． 5 Mb p s ，用笔记本 电 脑模拟通信主机 ，同时发送 U DP数据 ， 采用软件测 试的方法测试数据误码率 ，其误码率小于 l 0 一 。因 此 ，在矿井复杂环境中，能够确保探测数据传输 的 低误码率。 5 ． 3 隧道测试 在国道 2 1 4线滇藏公路年拉山隧道超前地质探 测 中， 对 K1 3 8 1 7 2 7 ～ K1 3 8 1 5 7 7超前探测段 ， 采 用防爆地质超前探测仪 主机和具有远程控制 的防爆 计算机两种方法进行对 比试验 ，并对采集的数据进 行反演解释，得到了两种相 同的探测结果 图 5 。现 场传输距离为 2 k m，传输带宽为 1 ． 5 Mb p s ，无数据 丢失现象 。现场测试表明，远程无人控制数据采集 系统能满足现场使用需求 ，装置工作稳定。 6结 论 a ．远程控制采集装置采用便携式设计 ，即铺即 用 ，现场安装和使用方便。 b ．远程控制采集装置能在危险环境 中进行数 据采集 ，保障了数据采集 的正常进行和仪器的使用 寿命 。 c ．实验 室及 隧道现 场测试表 明 ，装 置工作稳 定 ， 传输距离为 2 k m，传输带宽在 1 ． 5 Mb p s ， 无数 据丢失情况 ，误码率小于 l 0 一 ，实现了远程无人控 制防爆地质超前探测仪 的超前探测。 b 图 5 服务器端 a 和客户端 b 深度偏移剖面的对 比 F i g ． 5 C o mp a r i s o n o f t h e d e p t h mi g r a t e d p r o fi l e s c r e e n s h o t b e t w e e n s e r v e r - s i d e a a n d c l i e n t - s i d e b 参考 文献 ⋯ 1 国家安全生产监督管理 总局 ． 煤 矿安 全规程 [ M】 ． 2 0 1 0版 ． 北 京 煤炭工业 出版社 ，2 0 1 0 ． [ 2 】煤 炭工业 出版 社 ．地测 ．爆破 一 煤 矿工 人安 全技 术操作 规程 [ M] ． 北京煤炭工业出版社，2 0 0 6 ． [ 3 ]3 林晓勇，吕堵． 基于 G ． S H DS L技术的用户线路倍增系统设计 [ J 】 ． 信息技术，2 0 0 6 ，3 0 3 3 4 _ _ 3 6 ． [ 4 】谭文群， 侯友国， 李院民． G ． S H DS L技术在小型水电站 自 动监 控 中的应用 [ J ] ．微计算机信息 ，2 0 0 7，2 3 3 3 9 _ 4 O ． 【 5 】王 淑云 ． A DS L 2 技 术研究及其在 I P DS L AM 上 的实现 【 D】 ． 北 京 北京 邮电大学 ，2 0 0 6 ． 【 6 】郭杏莉． 1 P DS L A M 上 A D S L 2接入的应用与研究【 D 】 ． 西安 西安 电子科技 大学 ，2 0 0 5 ． 上接第 6 5页 速度 ，并计算泊松 比等地震波属性参数 ，结合表征 煤体瓦斯特征 的瓦斯含量指标 ， 对比分析得到视纵 、 横波速与煤体瓦斯含量存在负相关性 。 b ． 运用数理分析推导得到视、 纵横波速度与瓦斯 含量间的经验公式， 为快速计算瓦斯含量提供了便利。 c ．选取地震波属性参数中的视速度 、动态泊松 比进行研究 ，诸如杨氏模量、地震波振幅／ 相位等未 进行探讨 ，今后需要继续研究。 d ．只选 取 了瓦斯 溶 度 和 瓦斯 绝 对 涌 出量 两个 参数进行探讨 ，今后需开展对瓦斯散放初速度、煤 体坚 固性系数等瓦斯参数的研究 。 参考文献 [ 1 】卢鉴章 ， 刘见中． 煤矿灾害防治技术现状与发展[ J 】 ． 煤炭科学 技术 ，2 0 0 6 ，3 4 5 1 - 5 ． 【 2 ]余贵军． 综合治理措施在防治煤与瓦斯出中的应用[ J ] ． 中州 煤炭 ，2 0 0 9 2 8 5 8 6 ． [ 3 】彭苏萍 ， 高云峰， 杨瑞召，等． A V O探测煤层瓦斯富集的理 论探讨和初步实践[ ．『 】 ． 地球物理学报 ， 2 0 0 5 ， 4 8 6 1 4 7 5 1 4 8 5 ． [ 4 ]4 刘盛东 ， 张平松．矿井构造与瓦斯 的震波超前探测技术 应用 分 析 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 0 5 ，3 3 1 3 9 _ 4 l _ [ 5 】郭立泉 ， 刘盛东 ．巷道构造震波超前探测技术及其应用【 J 】 ．煤 炭科学技 术 ，2 0 0 8 ，3 6 1 1 9 9 - 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