淺談水文動態監測系統在大眾煤礦防治水中的應用

程路 陳國利 王正海 孫小亮

摘 要：礦井水文動態監測系統是一種實現煤礦井上、井下水情綜合監測預警系統，介紹了該系統的工作原理及測量精度；大眾煤礦自安裝了礦井水文動態監測系統后，通過對監測系統的應用既節省了人工，又保證了觀測精度，水文技術人員能夠動態掌握井上、井下水文鉆孔水位、水壓、水溫、流量等水文情況，起到了預防水患的作用。

關鍵詞：礦井水害；水文動態；監測；防治水

大眾煤礦目前開采山西組二1煤，賦存標高為-100m～-800m，礦井分為兩個水平，第一水平（-250m水平），第二水平（-553m水平），礦井已開采到-250水平，改擴建工程延伸到第二水平（-553水平），與礦井相鄰的馬村煤礦、王海地煤礦、銅冶煤礦均在2011-2012年相繼關閉，通過查閱資料和走訪調查的形式對周邊煤礦老空水分布情況及井田范圍內的老空水情況進行了調查分析，礦井上部煤礦（銅冶、馬村等）關閉后通過與大眾礦井田邊界采空區透水量約200m3/h，2013年元月礦井采取對透水巷道截流后鋪設專用管道直接排到中央水倉，對礦井安全生產影響不大，現礦井主要充水水源為頂板砂巖裂隙水及周邊煤礦老空水，礦井水文地質類型為“中等”。

1.KJ802礦井水文監測系統簡介

KJ802礦井水文監測系統是對礦井上、下水文觀測點進行綜合監測的系統。系統以工控機為核心，集電子、通訊、網絡和水文等技術為一體的現代化監測系統，它涉及到水文數據的采集、顯示與上傳，通過網絡來進行各部分的連接工作，最終完成在煤礦企業內部水文信息數據的共享。

通過本系統，技術人員可在地面辦公室內動態監測井上、井下各水文觀測點的水位、水壓、水溫、流量信息。在遇突發事件，水文技術人員通過分析系統主站內井上、井下各分站反饋回的綜合信息，便可判斷出是哪個層位的含水層透水及涌水量，從而進行有效采取措施，大大提高了礦井的安全生產。

2.系統組成及工作原理

系統組成，可分為地面水文遙測系統和井下水文監測系統兩部分組成。井下部分完成排水溝和管路流量、鉆孔水壓、水溫等參數的測量。地面部分完成排水管路流量及地面水文觀測鉆孔水位、水溫的測量。

大眾煤礦水文動態監測系統的應用：結合大眾煤礦的實際需要，大眾煤礦安裝了4套超聲波管道流量監測裝置，1套明渠水位及流量監測裝置，1套地面長觀孔監測裝置，實現了整個礦井的井上、井下水文參數數據的實時監測，通過無線遙測的方式實現連續或定時自動記錄地面水文長觀孔內水位（水壓）、水溫的變化情況，并利用GSM無線通訊模塊將所測數據傳送至主站進行數據處理；通過井下現場總線的方式實現井下礦井匯總涌水量的實時動態監測和4組管道流量、水壓、水溫等水文參數。

3.大眾煤礦采用的KJ802水文動態監測系統有以下特點

（1）適用面廣，不僅適用于地面長觀孔的監測，而且適用于井下壓力、流量的監測。不僅適用于日常觀測，而且適用于礦井涌水量自動監測。

（2）集成化數據處理，主站數據處理系統實現了集成化，既可處理遙測數據，也可處理自動記錄數據、明渠流量測量數據、壓力流量動態監測數據。

（3）可靠性高，采用大規模集成電路，高可靠性穩壓電源，保證了系統無人值守下的可靠運行，井上采用GSM網絡進行數據傳輸，不受距離的限制，凡有通訊信號的地方，均能夠進行數據傳輸。

（4）分站具有獨立性和兼容性。分站可以顯示及參數設置，可以現場對分站的參數進行設置，并且顯示實測數據，獨立工作而無須其它輔助設備。

（5）軟件具有循環檢測、單點追蹤、定時檢測等各種檢測手段，提供數據的查、改、刪等編輯功能，圖形處理、報表處理等分析手段，且具有水位超限報警、傳感器出水面報警等系統安全運行報警功能。

4.觀測精度對比分析

（1）大眾煤礦水文動態監測系統安裝情況：

依據礦井水文動態監測系統安裝技術條件的要求，結合大眾煤礦的實際需要，大眾煤礦在礦區范圍內設置了4套超聲波管道流量監測裝置，1套明渠水位及流量監測裝置，1套地面長觀孔監測裝置，實現了整個礦井的井上、井下水文參數數據的實時監測。

（2）野外鉆孔水位測量

為驗證野外鉆孔水位遙測儀的測量精度，由人工采用測繩對野外1個鉆孔的水位進行了同步測量，人工測量與儀器測量的結果，二者相差最大為49mm。

（3）排水管流量測量

為監測-250m水平中央泵房排水量，安裝了超聲波流量傳感器，與人工用浮標法測量數據比較（表1），差值小于4%。

5.系統應用情況

系統通過運行和改進，實現了高精度、自動化、網絡化及可靠運行。系統采集了準確的數據，避免了人工觀測存在的讀錯數、漏記數據、偽造數據等情況發生。

系統經過在大眾煤礦的應用，證明它對掌握和分析地下水動態規律、指導防治水工作、保證煤礦安全生產具有重大意義。

6.結論

通過該系統的應用，不但免去了繁重的人工計量工序，還大大提高了礦井防治水害方面的科技含量，確保了水情監測數據的時效性、準確性，對礦井涌水量情況有了動態掌握，不但為礦區水文觀測提供了可靠的數據，對礦井防治水方面工作起到重要作用。