煤礦水文監測系統技術發展方向展望

石 巖，王 博，李 旭（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

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煤礦水文監測系統技術發展方向展望

石 巖，王 博，李 旭
（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

本文介紹了煤礦水文監測系統的組成，針對現有礦井水文監測系統在技術方面存在的諸多不足，結合傳感器、通信、計算機軟件等技術領域的發展狀況及煤礦企業的實際，對礦井水文監測系統的技術發展方向做出了幾點展望。

水文監測系統 煤礦 傳感器 通信

0　引言

目前我國火力發電量占總發電量75%左右，而煤炭占火電機組燃料的95%，隨著我國國民經濟持續高速發展，對電力需求空前增長，我國目前及今后相當長時期內的特殊國情是大部分的電力由燃煤電站提供。水害作為煤礦井下主要災害之一，嚴重威脅著煤礦的安全生產，因此，建立礦井水文監測系統十分必要。在現代化的礦井水文監測方式出現以前，傳統的水文監測方式還停留在人工記錄、手工查詢、紙張保存等階段。對某個水文觀測點添加信息時，通常需要繁瑣復雜的手工錄入。當要查詢某一方面的信息，則要從大量的信息中查詢、翻閱，處理過程費時、費力，達不到礦井防治水害的實時性要求。基于傳感器技術和數據通訊技術的現代化煤礦水文監測系統的發展和應用，實現了煤礦水文信息的實時在線監測，節省了大量的人力、物力、財力，避免了人為現場測量以及測量數據誤差大并不能及時反饋等問題。及時掌握地下水動態、全礦井各涌水點狀況，保障煤礦的安全、正常生產。但是隨著科學技術的發展，現有的水文監測系統仍存在一些問題有待改善。

1　水文監測系統的組成

系統由地面監測中心站主機控制，通過遠程通信適配器以數據廣播方式向井下各采集站發送相關指令，井下各子站內置計算機系統將接收到主機指令進行解析、處理后，通過有線傳輸網絡將實時采集數據上傳至中心站主機，完成井下子站與中心站的數據交換。地面監測中心站將接收到的各子站數據經過相應處理，然后在主機屏幕上顯示并保存到數據庫中。水文監測系統的組成主要包括傳感器、監測設備、通信網絡及監測軟件四部分。

水文監測系統采集的水文參數種類多樣且各測點分散分布，具有傳感器種類多，監測設備分布分散，通信線路長等特點。

2　傳感器

礦井水文監測的水文數據包含水倉水位、管道流量、明渠流量、鉆孔壓力、地面長觀孔水位等數據。這些水文數據的采集都需要傳感器感受被測物理量，因此傳感器的品質、功能直接制約著水文監測系統的發展。智能傳感器的發展和應用為水文監測系統的發展提供了廣闊的空間。

煤礦井下環境潮濕、粉塵較大，對傳感器的工作環境適應要求較高?，F有的管道流量計、明渠流量計的精度較低，受環境因素影響誤差較大。管道流量計一般需要管道中有滿管水且無雜質氣泡，才能保證其精確度。明渠流量計一般需要檢測平整規則的明渠，且需要定期清除淤泥。由于煤礦井下粉塵大，管道及渠道中淤泥及雜質較多等原因都會帶來測量誤差。隨著煤礦開采技術的發展，開采深度不斷增加，對壓力傳感器的量程要求更高。煤礦井下用電設備多，且負荷種類多，供電系統易引發諧波等干擾，供電不可靠，傳感器需提高穩定性和適應性從而滿足煤礦的實際需求?，F有傳感器普遍為將被測量轉換為電壓/電流信號，隨著傳感器技術的發展，數字信號輸出的智能傳感器得到了普遍應用。在水文監測系統中應用數字信號輸出的智能傳感器可使多個傳感器共用一根多芯通信電纜，省去了監測分站將模擬信號轉換為數字信號的過程。

由于測量點分布較廣且數量大等特點，傳感器的安裝數量也相應龐大，傳感器集成通信功能，直接接入通信主網絡可節約監測分站數量，節約成本、降低施工難度。大大節省了傳輸電纜、降低了設備成本、提高了系統可靠性、便于用戶使用與維護。

3　監測設備

水文監測設備主要由監測主站、監測分站、中繼器、電源等設備組成。監測主站包括主機、適配器及打印機，負責系統遠程通信信號的收發，通信協議轉換且對水文數據進行集中管理，實現水文數據的顯示、打印等功能。監測分站收集傳感器采集到的電壓/電流模擬量信號，將其轉化為數字信號，并實現與主站的通信，將井下與地面水文數據傳送至監測主站。中繼器主要用于通信組網，數據轉發，提供網絡分支接口，延長通信傳輸距離。

現有監測分站主要負責對傳感器信號的采集與通信。將模擬量信號轉換為數字量信號并與主站通信。監測分站功能較為單一，且各廠家儀器一般只提供一種適合自己產品的通信方式，通信協議不統一，設備兼容性差，各廠家產品無互操作性。水文監測系統的監測分站根據各礦井實際監測測點的不同，分站數量安裝地點都不盡相同。一般具有數量多且分散的特點。各測點的傳感器連接至分站，各分站與主站形成通信網絡都需要敷設大量的通信電纜。

現代化礦井中一般都具有Wifi、小靈通、人員定位等系統的無線通信基站，借用現有的通信基站組建水文監測通信網絡可有效減少工作量及維護難度。監測分站可集成多種通信方式適用于現代化礦井的需求。利用煤礦井下現有的無線通信網絡，實現水文監測系統中各監測分站與主站的無線通信，可節省大量通信電纜，減少監測系統的成本，且便于水文監測系統的后期擴容。

4　通信網絡

現有的水文監測系統井下通信網絡多采用CAN總線、以太網或RS485等有線傳輸的方式實現數據傳輸。對地面水文長觀孔水文數據的收集主要依賴手機網絡，通過GSM（全球移動通訊網絡）方式實現數據傳輸。

5　監測軟件

監測軟件具有實時監測、曲線生成、數據報表等功能，最終實現對礦井水情水害的實時監測及預警功能。

由于各個廠家的水文監測系統設備通信方式不同，通信協議不統一，不同廠家產品難以接入統一系統不具有互操作性、兼容性較差。同時，現有的監控軟件、監控主站及監控分站軟件設計不統一，編程方法各異，給系統的使用和維護帶來了極大的不便。各煤礦水文地質情況不同，需要觀測的水文參數不同，觀測的側重點不同，對軟件設計的要求增加了難度。煤礦技術人員普遍計算機水平不高，要求軟件具有更高的可操作性，人性化。

目前，系統軟件設計多為基于Windows NT多任務、多線程操作系統的圖形用戶軟件。系統采用客戶/服務器架構（C/S）以及瀏覽器/服務器（B/S）架構混合模式，現場實時監測數據由基于Windows NT數據庫系統 SQL Server 2000管理和維護?；緷M足了礦井對水文數據實時監測的基本功能，且具備遠程發布、網頁訪問等功能。

礦井水文地質信息包含內容豐富，既包含水文監測的數據資料，又包含鉆孔資料和礦井地理資料等。信息種類和屬性廣泛、綜合、復雜、動態?，F有的水文檢測軟件側重于對水文數據監測，不能兼容各礦井水文地質信息。地理信息系統（GIS）是綜合處理和分析空間數據的一種技術系統，其應用范圍已遠遠超出狹義的地理范疇。在水文監測軟件上綜合運用GIS技術、數據庫技術、專題應用模型，可為礦井水文地質領域解決問題提供有效的分析模型，提高水文地質工作的工作效率。

6　總結

綜上所述，礦井水文監測系統的建立為礦井水情水害監測提供了依據，提高了礦井水文地質相關工作人員的工作效率。但是，隨著煤礦現代化的發展和技術的進步，水文監測系統的傳感器、分站及軟件還有一定的提升空間。

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Coal mine hydrology monitoring system technology development direction

Shi Yan，Wang Bo，Li Xu
（CCTEG Xi'an Institut， SHAAN XI ， XI'AN，710077）

This paper introduces the composition of coal mine hydrology monitoring system，in view of existing Mine Hydrology Monitoring System in the technical aspects of the existence of many problems，combined with actual sensor，communication，computer software and other technology in the field of development condition and the coal mine enterprises，the direction of technology and development of mine hydrology monitoring system made some prospects.

hydrological monitoring system coal mine sensor communication