淺析多參數水文動態監測智能預警系統在煤礦的研究與應用

徐波

（神華寧夏煤業集團 羊場灣煤礦，寧夏 銀川750409）

近年來隨著國民經濟的快速發展，社會對煤炭的需求量日益增加，隨著開采深度的不斷加大，井下水害已經成為影響煤礦安全生產的主要因素，井下重大水災事故的發生給煤礦井下作業人員的人身安全和國家財產帶來了威脅。如何監測地下水的動態變化、礦井各主要排水點的涌水量變化情況可以有效的避免水害事故的發生，所以對地下水文信息的動態監測是煤礦安全生產中必不可少的內容。

羊場灣煤礦礦井水文地質類型劃分為復雜型，隨著開采深度的不斷增加及井田范圍的不斷擴大，礦井受水害威脅的程度越來越嚴重。礦主采煤層的水害威脅主要源自侏羅系直羅組底部粗砂巖含水層，傳統的水文監測方法一般由人工定期對所選定的觀測點逐點測量，難以獲得各測點的同時涌水量，不利于分析涌水點的涌水情況，特別是有突水發生時，不能及時發現。這種方法既浪費人力、物力,也浪費財力,已不能適應煤礦發展的需要。針對傳統的水文監測方法中存在的問題,我礦引進了多參數水文動態監測智能預警系統來對井下水文動態變化進行實時監測。

該系統由硬件系統和軟件系統組成，系統的硬件部分主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統（無線或有線方式）和水文監測主機等，可以通過傳感器和遙測分站將地面或井下采集到的各種水文實時數據，使用GSM網或工業以太網，按照設計的通信協議，將各觀測點的水文數據傳輸、處理并存儲到水文信息數據庫中；系統的軟件部分主要有：水文數據的實時采集、組織與數據庫建立、水文數據分析處理、數據發布以及智能預測預警功能的實現。綜合應用計算機科學、水文科學、電子技術、通訊技術和信息處理技術，建立水文信息資源動態管理模型。該系統集礦井水文數據采集、數據處理、數據網絡共享、礦井水害預警、輔助決策于一體，采用現代化的監測手段對地下水的各種參數進行監測。

圖1 系統構成圖

系統站點分布：

地面主站：分站采集的數據，根據主站的命令利用數據通訊設備發送到主站，由主站完成數據的處理。然后對所接收到的數據進行計算并將計算后的數據存儲到磁盤內。利用主站內的“多參數水文處理軟件”可以生成各種報表，繪制水位、水量曲線圖等。用戶可以用多種方法以表格、曲線、報表、圖形等方式實現數字的動態顯示和可視化輸出，并可以進行相應的編輯、打印等操作，方便了礦井安全管理人員的直觀查詢與使用。

地面水文分站：是對地表水位、水溫變化情況進行無線遙測的智能化測量儀器。分站運行時，設在水文監測點處的儀器按用戶預置的數據采樣時間自動開機、計算、存儲傳感器測量的水位、水溫變化數據，并通過GSM無線通訊模塊將所測數據傳送至設在監控中心內的主站，數據傳送結束后，儀器自動關機。

井下水文分站：對井下各監測點涌水量情況進行實時監測，測量范圍大、操作簡便、功耗小、可在無人值守條件下全天候自動運行。

多參數水文動態監測智能預警系統自投入使用以來，具有以下特點：

（1）該系統可以對井下各監測涌水點的水位、水壓、水溫和瞬時涌水量等有關水文的多個觀測參數進行實時監測。

（2）軟件采用重啟記憶功能及看門狗技術，系統在停電狀態下可以保存實時數據；監測數據可通過系統網絡自動傳輸到地面主站記錄于本地計算機內。

（3）地面水文分站監測數據以SMS短信息方式將地面水文觀測孔內地下水位變化情況及水溫等相關參數傳輸到主機系統，這樣可以對地表地下水資源的動態變化進行監測預警。

（4）多參數水文動態監測智能預警系統軟件對于采集的地表、井下水文信息相關參數進行數據分析，以表格、曲線、報表、圖形等方式實現數字的動態顯示和可視化輸出，并可以進行相應的編輯、打印等操作，方便了用戶的直觀查詢與使用。

（5）系統數據通過單位工業網站進行水文數據的網絡發布，實現了水文數據的實時共享，方便了各相關部門用戶的數據查詢。

（6）該系統利用多參數實時數據進行超限分析，實現實時綜合超限預警功能；提出了多測點、多參數條件下的極值突水預警方法；利用神經網絡技術可根據歷史數據預測水位的變化趨勢，實現趨勢預警，為礦區的水文動態分析提供了有力的控制與分析手段。

（7）在系統的使用過程中，通過綜合應用計算機科學、水文科學、神經網絡、電子技術、通訊技術、網絡技術和信息處理技術，建立水文信息資源動態管理模型。

結論：多參數水文動態監測智能預警系統是集礦井水文數據采集、數據處理、數據網絡共享、礦井水害預警、輔助決策于一體，采用現代化的監測手段對地下水的各種參數進行監測，從而能夠及時掌握水文動態，達到對水害事故的早發現、早預報、早防治，對保障煤礦的安全生產具有重要的意義。

［1］胡漢才.微控制器系統原理及其接口技術[M].清華大學出版社，1996.

［2］林克明，陳羽，郭從良.微控制器系統原理與應用[M].科學出版社，2007.