礦井水文智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李遠曉

( 中國平煤神馬集團安監(jiān)局，河南 平頂山 467099)

眾所周知，長期以來，水患一直是煤礦生產(chǎn)的重要障礙之一，甚至在某些情況下，會演變?yōu)橐环N自然災害，對煤礦的安全生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)造成嚴重的威脅［1］。因此，出于滿足煤礦安全生產(chǎn)的考慮，除了需要不斷的提高與完善煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平外，還需要進一步的構(gòu)建礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)，使其能夠自動的采集地面和井下的有價值的水文信息，這些信息在監(jiān)測中心集中顯示和存儲之后，會在煤礦出現(xiàn)異常情況的時候進行報警，使相關的部門能夠第一時間采取有效措施，確保井下人員的安全。可見，在煤礦運行過程中，礦井水文地質(zhì)工作的效果會直接影響到煤礦的安全，尤其在某些特定的區(qū)域，礦井水文地質(zhì)信息量巨大，對水文的處理過程十分復雜，因此，有必要對原始的數(shù)據(jù)進行高效的整理與二次開發(fā)分析，構(gòu)建狂進水文監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦井生產(chǎn)與礦井災害的防治的功效。文章以此為視角，從智能化的角度，對礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)問題進行了研究，旨在通過本文的工作，促進煤礦安全運行效果的提升。

1 礦井水文智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計

礦井智能傳感器能夠完成水文參數(shù)的測量，主要通過一條公共傳輸線路把所要測量數(shù)據(jù)發(fā)送到通信分站，然后通過通信分站通過相應的一條公共傳輸線路遠發(fā)送到控制室的對應的監(jiān)控計算機，最終完成對信息的集中處理、存儲與報警。而報警信息要第一時間傳輸?shù)降V井下聲光報警器，這樣可以提醒井下人員立即采取相應的措施。礦井監(jiān)控計算機作為網(wǎng)絡節(jié)點，同時具備文件服務器的作用，相關人員如果打開他們的計算機，就能夠通過瀏覽網(wǎng)頁進行查詢整個監(jiān)測內(nèi)容。通過授權(quán)還能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)實施遠程控制，準確掌握涉及到礦井安全的參數(shù)變化狀況。各種傳感器通常均受環(huán)境溫度影響，通過掌握影響程度，然后進行溫度補償，全部的智能傳感器均配有溫度傳感器，而溫度傳感器還能夠用在測量水溫方面［2］。礦井智能水位遙測儀能夠定時測量水位與水溫，而且可以通過短信方式把測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳O(jiān)測中心的遙控測量分站，然后通過遙測分站發(fā)送至監(jiān)控計算機，最終完成數(shù)據(jù)的集中顯示與存儲。

2 礦井水文智能監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主要功能

礦井水文智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠全天候監(jiān)測導致礦井水害的全部參數(shù)，而且可以在地面監(jiān)控計算機上進行集中顯示與存儲，如果發(fā)現(xiàn)險情，井上與井下會第一時間報警，這樣可以讓各部門及時采取措施，確保井下人員安全。而監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠通過計算機網(wǎng)絡進行查詢，報警信息能夠以短信形式傳送至相關人員的手機上。

2.2 智能水壓傳感器

礦井智能水壓傳感器主要應用在自動測量井下鉆孔水壓與水溫方面，一般是由礦井水壓傳感器、溫度傳感器、測量電路以及M－BUS 總線通信電路構(gòu)成。因為礦井水壓傳感器一直處于受壓狀態(tài)，為了確保它的測量精度，一定要定期標定。

2.3 智能位移傳感器

礦井智能位移傳感器能夠自動測量水閘墻順著巷道軸向的相對位移數(shù)量，通過對水閘墻周圍巷道表面收斂量及其水閘墻圍巖的移動量的測量，然后把測量結(jié)果發(fā)送到地面相應監(jiān)控計算機，如果超過界限，馬上報警。除此之外，通過位移傳感器還能夠測量井下鉆孔的徑向與軸向位移數(shù)量，能夠掌握采動對鉆孔的影響大小。

2.4 位移傳感器的設計

礦井位移傳感器結(jié)構(gòu)原理如下:如果有導磁性的導桿處于電感是L 的線圈當中并且移動時，那么磁路的磁阻就會發(fā)生相應變化，就會使得調(diào)頻振蕩器輸出信號的次數(shù)同時發(fā)生相應變化［3］。運用階梯形無骨架線圈，可以讓位移量的變化與輸出信號頻率的變化體現(xiàn)出線性關系。礦井監(jiān)控系統(tǒng)為了準確地測量與控制，一定要定期標定。能夠在任意場合與地點進行標定，一般使用的工具主要是長度尺與智能傳感器設置器兩種［4］。

2.5 智能堰式流量傳感器

礦井智能流量傳感器能夠全天候監(jiān)測礦井各個觀測點的即時的涌水量與累積涌水量，同時在地面計算機上顯示與存儲，如果發(fā)生危險情況能夠立即報警，這樣便于及時采取相應措施，確保礦井及井下人員的人身安全。涌水量的監(jiān)測方法通常有速度面積法與水力法兩種方法［5］，而速度—面積法是通過水流的平均流速與渠道的橫截面積相乘得出的，水流速度法是運用流速計在相應的特定點上進行測量完成的。水流速度法是把一水工結(jié)構(gòu)建筑物插入渠道當中，最終通過改變水工結(jié)構(gòu)物或者其附近的水位實現(xiàn)的。因為選擇了水工建筑物的最佳尺寸，通過限制之后的水流速率是水位是正相關的，因此流速能夠通過水位測量簡單計算得出的。

3 結(jié)束語

由于計算機與網(wǎng)絡的廣泛使用，數(shù)字技術徹底改變?nèi)祟愘囈陨娴纳鐣h(huán)境。特別是地理信息系統(tǒng)理論不斷成熟，它在礦山水文地質(zhì)中的應用范圍正在不斷擴大。GIS 不但具備強大的空間數(shù)據(jù)管理功能，而且具備豐富的多元地學數(shù)據(jù)分析處理功能與直觀的圖形顯示功能，所以把GIS 和礦井水文地質(zhì)模型相結(jié)合運用，能夠相互取長補短，可以為礦井水文地質(zhì)帶來解決方案，是當前礦井水文地質(zhì)中的主要課題。

［1］黃超，羅宏宇.Delphi 6 網(wǎng)絡應用開發(fā)技術與實例［M］.北京:清華大學出版社，2002.

［2］黎華，李存榮，吳浩，黃解軍.礦井水文動態(tài)監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)的開發(fā)［J］.金屬礦山，2012(6) :88－91.

［3］張建中，尚效周，劉延芳，柳如見，楊珍珍.基于智能傳感器的礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)的設計［J］.礦山機械，2010(5):7－10.

［4］何立民.微控制器應用系統(tǒng)設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2000.

［5］鄭效田，杜立志，徐樂年，劉昆.礦井水文自動監(jiān)測報警系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)［J］.煤礦機械，2006(9) :144－146.