探放水綜合監管系統在下梨園煤礦的應用

張鵬

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

探放水綜合監管系統在下梨園煤礦的應用

張鵬

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

煤礦井下地質工作者通過探放水的方式預防煤礦水害，探放水施工中的監管必不可少。本文介紹了探放水綜合監管系統的原理及構成，并在朔州茂華下梨園礦井搭建探放水綜合監管系統。該系統的應用對探放水的全過程進行有效監管，提高了生產效率、減小了監管部門的工作強度。

煤礦；探放水；綜合監管系統；軌跡

0 引言

煤礦井下通過鉆探的方式進行瓦斯抽放、探放水、地質勘探等工作[1]。在日常安全生產中，探放水工作起到了非常重要的作用。隨著煤礦自動化水平的不斷提升，利用現代化的設備對探放水進行綜合監管十分必要。

朔州茂華下梨園煤礦位于朔州市平魯區。朔州礦區正位于神頭巖溶泉域的奧陶系巖溶地下水的強徑流帶內，在寧武向斜控制，地下水從盆地邊緣開始匯集經東北和西北兩個方向排泄至神頭泉，朔州礦區內巖溶發育，富水極強，水質優良。

為了深入貫徹國家安全生產監督管理總局下發的《煤礦安全規程》里的相關規定，做好朔州地區煤礦安全生產，預防預測煤礦水害事故的發生，更好的監管煤礦打鉆效果及日常防治水工作，按照朔州市煤炭工業局對朔州地區水害防治的要求，中煤科工集團西安研究院有限公司受朔州市煤炭工業局的委托，將在全市建立煤礦井下探放水鉆孔綜合監管系統，為更好的監管煤礦防治水工作提供手段。

1 系統概述

圖1 井下探放水鉆孔綜合監管系統圖

礦井探放水鉆孔綜合監管系統主要由YZG7鉆孔軌跡在線監測系統、KJ117礦井水文監測系統、鉆場視頻監控系統三個系統組成。該系統的建立能有效地監管鉆孔深度是否到位、鉆孔軌跡與設計的偏差、鉆孔水壓等水文參數的實時變化等，能有效地提高礦井水害綜合管理的水平。該系統可用于單一局域網內礦方的管理，同時可實現煤炭監管部門遠程數據查看與監測，充分利用先進的互聯網加集成軟件系統，真正做到辦公場所前移，做到監管部門與煤礦的無縫連接。

井下探放水鉆孔綜合監管系統組成如圖1所示，主要由地面部分和井下部分組成，地面由數據中心站（服務器）、環網通訊適配器、硬盤錄像機等組成；井下部分由水文監測系統、鉆場在線軌跡系統、視頻監控系統組成。

2 系統方案設計

下梨園煤礦的現代化程度比較高，礦方自身已經具有井下環網，通過井下環網可以實現井下與地面數據的信息交換。本文設計的探放水綜合監管系統實現對下梨園煤礦井下探放水的綜合監管。

利用YZG7鉆孔軌跡在線監測系統對探放水鉆孔的軌跡及深度進行驗證，并實現在井下上傳數據至地面。利用本系統能夠對煤礦鉆孔的鉆進深度、三維軌跡、鉆場視頻等做到實時監測，鉆孔數據可從井下上傳到辦公室，從而上傳到互聯網，因此數據沒有人為干預，可靠準確。

利用鉆場視頻監控系統對探放水鉆孔的施工過程進行監視，能夠保存施工的影像信息，監督整個施工過程按照規章措施進行。通過本系統可實現井下鉆場及進鉆情況視頻同步觀看，對打鉆過程實行監控，真正做到辦公場所前移。

KJ117礦井水文監測系統還實現了礦井水文動態網絡化監測，井下水文動態參數（水倉水位、明渠及管道流量、鉆孔水壓、水溫等）可做到實時監測，并能夠設置報警值當水文參數達到報警值上/下限時做出報警措施，能起到礦井水害實時預警的功能[2]。

基于“物探先行，鉆探跟進”理念，利用先進的物探手段能減少打鉆次數，減少人力成本，提高工作效率。物探和鉆探的數據在本系統中也可以兼容。

2.1 井下鉆孔深度及軌跡監測系統

本系統由YZG 7礦用鉆孔軌跡測量儀、數據上傳分站組成。

YZG7軌跡在線監測系統用于煤礦井下探放水鉆孔、高瓦斯、高粉塵、高溫度環境中垂直孔、水平孔、俯角孔、仰角孔、地質勘探孔、瓦斯抽放孔、注漿加固孔等的軌跡隨鉆測量[4]。該系統可實現回轉鉆進的隨鉆測量，可顯示鉆孔的軌跡圖以及深度、傾角、方位角數據，并將數據存儲在探管內部，成孔后顯示軌跡，具有體積小、重量輕、攜帶方便等特點。同時，鉆孔軌跡測量數據可以通過煤礦井下環網實現數據上傳，操作人員可實現顯示鉆孔軌跡圖形以及深度、傾角、方位角數據。

圖2 主機及測量探管圖片

YZG 7礦用鉆孔軌跡測量儀主機及測量裝備如圖2所示。測量探管由下位機CPU，方位角、傾角測量模塊，數據通信模塊，數據存儲模塊組成。控制器由上位機CPU，數據通信模塊，人機交互模塊組成。方位角、傾角測量模塊向下位機提供軌跡參數，數據通信模塊進行測量探管與控制器之間的控制與數據傳輸，上位機CPU完成數據處理、深度記錄及圖像的繪制。

2.2 鉆場視頻監控系統

圖3 鉆場視頻監控監測系統連接圖

鉆場視頻監控監測系統連接圖如圖3所示。該系統對打鉆過程實時視頻監測，監測視頻影像數據可與水文監測平臺兼容；通過井下環網實時上傳到煤礦調度中心或地測科，并通過監測主站實時顯示或隨時調取查閱；煤炭局監測大屏幕以循環滾動方式實時顯示下屬各礦業公司鉆場影像。網絡化平臺可實現監測監控數據共享、歷史查詢、報表報告上傳功能[5]，可為礦方提供防治水鉆孔方面（建議性）實際性進尺影像，為礦方監督探放水鉆孔謊報進尺有了可靠性監督作用。視頻監控系統留有標準通信接口，可與礦方數字化平臺進行對接。該系統對打鉆過程實時視頻監測，監測視頻影像數據可與水文監測平臺兼容；通過井下環網實時上傳到煤礦調度中心或地測科，并通過監測主站實時顯示或隨時調取查閱。

2.3 礦井水文監測系統

KJ117礦井水文監測系統主要用于煤礦井下水文觀測孔水壓、水位、采空區水位、排水明渠、管道流量的監測，以及地面水文孔水位實時監測。可用于礦區聯合放水實驗、礦區突水災害區的預警預測。圖4給出了水文監測動態監測系統構成圖。

圖4 KJ117礦井水文監測系統構成圖

該系統利用計算機分析、輔助決策、數據互聯網傳輸，能及時掌握地下水動態、全礦井各涌水點狀況，可從統一性、相關聯、高角度對整礦區水文監測數據進行分析，彌補單個礦井水文資料片面性問題[3]。同時，采集的數據信息轉換為關系型數據庫，建立水害防治決策支持系統，為井下水源識別提供參考依據，以便及時迅速的找到水源，為突水預警提供決策信息，保障礦方的安全、正常生產。

3 應用效果

3.1 井下鉆孔深度及軌跡監測系統的現場應用

圖5 40101工作面32號鉆場鉆孔軌跡圖

圖5 所示為利用本系統獲取到的井下鉆孔軌跡圖。利用YZG 7鉆孔軌跡測量儀可隨鉆測量鉆孔深度及軌跡，數據采集完后利用井下數據上傳分站可將數據實時傳輸到地面客戶端，方便地面地測人員觀察鉆孔的深度及鉆孔軌跡。

3.2 視頻監控系統的現場應用

井下鉆場視頻監控系統可適應于瓦斯釋放孔、高位抽放孔、地質超前探測孔等鉆孔的監測。系統能夠實現開孔、鉆進、退鉆等全過程的視頻監控并對退鉆作業的全過程（退出鉆桿數量）進行監錄、拷貝，存檔備案，該系統實現進一步規范鉆場作業、實現簡單方便鉆進尺度的考核。圖6為40102運輸順槽迎頭鉆場視頻截圖。

圖6 40102運輸順槽迎頭鉆場現場視頻截圖

礦方主管探放水的部門通過鉆場視頻監控系統對探放水鉆孔的施工過程進行全方位全過程監控。不需要下井在地面監測主站就能監視現場的施工情況。視頻監控系統具備錄像保存功能，監管人員通過調取錄像信息可直觀了解任何時間的施工過程。該系統對施工的全工程進行記錄，起到了良好的監督和規范作用。

3.3 礦井水文監測系統的現場應用

朔州茂華下梨園礦井下建立了兩個監測點，中央水倉水位監測點和采區水倉監測點，目前數據可實時上傳，穩定可靠，如圖7所示。監測主機可將分站上傳的數據進行保存，通過監測主站既能夠實時掌握井下測點的水文參數，還能夠對數據進行查詢。同時，系統具有歷史曲線、實時曲線、報警等功能。

圖7 中央水倉、采區水倉水文動態數據

4 結論與展望

目前探放水綜合監管系統已在下梨園礦穩定運行，具備了鉆孔深度、軌跡、視頻及水文參數在線監測的功能，實現了三網合一。利用該系統能夠有效減小礦方監管部門的工作強度，提高了工作效率，并起到了監督和規范施工作用，同時對水文數據進行實時監測。該系統對煤礦井下探放水鉆孔起到了全方位的監管功能。

探放水綜合監管系統在下梨園煤礦得到了良好應用，但仍需進一步完善。完善三網監測功能，使數據更可靠、操作更便捷，利用互聯網+將該系統數據上傳至互聯網，方便煤炭局對全市煤礦進行監管。

[1]王平，董傳寶，煤礦安全與監測系統信息化應用與展望[J].山東煤炭科技,2016,(10).

[2]石巖，王博，李旭，煤礦水文監測系統技術發展方向展望[J].電子測試,2016,(15)，10-11.

[3]劉中寬，周歡，礦井水文監測系統在煤礦生產中的應用[J].煤炭技術,2013,(9)，163-164.

[4]李克松，郭青，煤礦井下回轉鉆孔軌跡測量系統試驗 [J].煤礦安全,2015,(1)，26-28.

[5]宮貴家，黃金波，王德偉，煤礦井下防爆視頻監控系統的設計[J].工礦自動化,2010,(8)，107-109.

Application of Comprehensive Monitoring System for Exploiting Water in XiaLiyuan Coal Mine

Zhang Peng
（CCTEG XI’AN Research Institute，Xi’an ShaanXi，710077）

Coal mine underground geological workers through the way to detect water to prevent coal mine water damage, exploration and drainage in the construction of the regulation is essential. This paper introduces the principle and composition of the comprehensive monitoring system of exploration and drainage, and builds a comprehensive monitoring system for exploration and drainage in Laohua Liyuan Mine in Shuozhou. The application of the system to monitor the whole process of water monitoring, improve production efficiency and reduce the intensity of the work of the regulatory authorities.

coal mine; exploration and drainage; comprehensive supervision system; trajectory

張鵬（1975），男，籍貫河南，碩士，工程師，地球探測與信息技術專業，研究方向地球物理勘探及自動化控制系統。