霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統

王國強+劉鵬

摘要：我國是一個水害多發的國家，又是一個以煤炭為基礎能源的國家。礦井水害是關系到國計民生的重大問題，它不僅干擾了煤礦的正常生產，而且會造成人員傷亡，因此必須完善礦井水文監測系統。 礦井水文監測系統是針對目前煤礦防水治水存在的問題（傳統的水文監測方式需要耗費大量的人力和時間，并且容易將人為誤差引入測量中，影響測量的精度，進而影響對數據的分析，造成預報災害不利的后果）研究設計的一種智能監測系統。

關鍵詞：礦井水文監測系統；2.4GHZ無線傳輸；樹狀星型網絡拓撲結構

隨著資源緊缺，煤礦開采深度加深，水害成為主要的災害之一，2006年1月1日至2014初，全國共發生重大透水事故二百余起，給礦工生命安全和國家財產帶來嚴重危害，水害已成為煤礦開采過程中的第二大災害。因此，建立一套完整的礦井水文監測系統對煤礦地下水的實時監測和預警、預報系統顯得尤為重要，對指導礦井生產和礦井水害的防治具有十分重要的意義。

本研究成果分為礦井井上和井下兩部分，采用樹狀星型網絡拓撲結構。

井上部分為地面水文長觀孔的水位、水溫監測，地面水位水溫遙測自動記錄混合分站采集水位和水溫數據，通過GPRS網絡將數據傳送到主站微機，進行數據處理。

井下部分利用水文監測分站進行數據采集，通過專用通訊電纜或井下環型以太網將數據傳輸到地面中心站，再通過局域網將數據發送到水文監測系統數據庫。

基層部分采用物理三層結構，分別稱為數據采集層，數據處理層（實時監測主站），水文數據庫及網絡發布層。基層數據通訊可以采用光纖或者專用通訊線，礦井以太網。

主要功能是水文孔基本資料的輸入、多參數水文數據的采集、水文數據的查詢、水文數據的可視化、水位趨勢分析以及異常情況報警等，系統以礦井水文信息的查詢和分析為核心，提供了輸入編輯、查詢、分析、輸出等實用而豐富的管理功能。核心任務是：為進行切實可行的礦井水害預測預報提供可靠的數據來源與趨勢分析。具有：測點定義自動識別；數據實時顯示；歷史曲線、數據查詢；用戶權限分級分類設置等功能。

網絡發布系統能自動識別水文監測系統測點定義的變化，如新增測點、改變、刪除等；由實時監測系統采集到數據以后，系統可自動不斷更新實時數據頁面；人員通過局域網，用瀏覽器即可及時方便的瀏覽各測點的實時監測數據畫面；水文數據的歷史曲線、歷史數據的查詢功能，查詢結果可以通過列表形式顯示也可以通過曲線圖直方圖的形式顯示；用戶分類和用戶權限設定功能，用戶登錄時進行身份驗證從而確定該用戶的網絡權限，可以進入用戶管理界面進行系統網絡用戶的設定，普通用戶則直接進入查詢界面。

霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統設計思路：通過現代化工業以太網，將霍州煤電集團下屬礦區與霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統采用無線方式并網，也可以采用現有互聯網并網集中顯示。建設為高標準、自動化、統一管理的現代化礦井。建成各礦水文監測系統后通過TCP/IP協議，連接的方式將各礦采集到的水文監測數據整體匯總成統一的管理框架可觀看查閱。

主站安裝在各使用單位地測科或者信息調度中心，對各礦水文地質工作提供參考依據，主站部分主要由工控機、UPS電源、數據轉換模塊、打印機、顯示器等組成，主站上需要安裝礦井水文監測系統軟件B/S版本，承擔數據采集及上傳功能。

具體根據煤礦井下環境及地質構造，選擇需要監控的水文參數，目前礦井水文監測工作主要監測以下內容，系統根據實際情況選擇：

系統軟件實際物理組成，主要包括操作系統部分、辦公軟件部分、數據處理部分、網絡發布部分和煤礦自動化控制系統集成部分。

霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統是利用計算機技術、通訊技術、傳感器技術解決礦井水害防治問題，是多學科領域與水文科學相結合的產物。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，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、正常生產具有重要的意義。

該系統由硬件系統和軟件系統組成。系統的硬件部分研究內容主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統和水文監測主機等，系統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。系統的軟件部分研究內容主要有：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。

霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統，采用有線傳輸和無線傳輸兩種傳輸方式，有線傳輸采用光纖、工業以太網、CAN總線、礦井電話線等傳輸方式。無線通過2.4G無線技術，GPRS網絡傳輸方式。2.4G無線技術，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學、醫藥、農業）之間，這個頻段是國際規定的免費頻段，是不需要向國際相關組織繳納任何費用的。這就為2.4G無線技術可發展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無線技術不同于之前的27MHz無線技術，霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統采用2.4G無線技術，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優勢。

結語

霍州煤電集團多參數水文監測智能預警系統，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，從而能夠及時掌握水文動態，達到了對水害事故的早發現、早預報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產具有重要的意義。

參考文獻：

[1]基于GPRS技術在線環境監測系統的研究[J].任肖麗，陳佳喜，王驥.現代電子技術。

[2]基于單片機的溫度控制系統設計與實現[J].陳永祿，張莉.現代電子技術。

[3]礦井水文監測系統在煤礦生產中的應用[J].劉中寬，周歡.煤炭技術。

[4]礦井重大危險源監測識別及預測預警系統開發[J].關聯合.礦業安全與環保。endprint