矿井水文智能监测系统的设计与实现

李远晓

( 中国平煤神马集团安监局，河南 平顶山 467099)

众所周知，长期以来，水患一直是煤矿生产的重要障碍之一，甚至在某些情况下，会演变为一种自然灾害，对煤矿的安全生产和人民生命财产造成严重的威胁［1］。因此，出于满足煤矿安全生产的考虑，除了需要不断的提高与完善煤矿企业的安全生产管理水平外，还需要进一步的构建矿井水文监测系统，使其能够自动的采集地面和井下的有价值的水文信息，这些信息在监测中心集中显示和存储之后，会在煤矿出现异常情况的时候进行报警，使相关的部门能够第一时间采取有效措施，确保井下人员的安全。可见，在煤矿运行过程中，矿井水文地质工作的效果会直接影响到煤矿的安全，尤其在某些特定的区域，矿井水文地质信息量巨大，对水文的处理过程十分复杂，因此，有必要对原始的数据进行高效的整理与二次开发分析，构建狂进水文监测系统，实现对矿井生产与矿井灾害的防治的功效。文章以此为视角，从智能化的角度，对矿井水文监测系统的设计与实现问题进行了研究，旨在通过本文的工作，促进煤矿安全运行效果的提升。

1 矿井水文智能监测系统的设计

矿井智能传感器能够完成水文参数的测量，主要通过一条公共传输线路把所要测量数据发送到通信分站，然后通过通信分站通过相应的一条公共传输线路远发送到控制室的对应的监控计算机，最终完成对信息的集中处理、存储与报警。而报警信息要第一时间传输到矿井下声光报警器，这样可以提醒井下人员立即采取相应的措施。矿井监控计算机作为网络节点，同时具备文件服务器的作用，相关人员如果打开他们的计算机，就能够通过浏览网页进行查询整个监测内容。通过授权还能够对本系统实施远程控制，准确掌握涉及到矿井安全的参数变化状况。各种传感器通常均受环境温度影响，通过掌握影响程度，然后进行温度补偿，全部的智能传感器均配有温度传感器，而温度传感器还能够用在测量水温方面［2］。矿井智能水位遥测仪能够定时测量水位与水温，而且可以通过短信方式把测量数据传输到相应监测中心的遥控测量分站，然后通过遥测分站发送至监控计算机，最终完成数据的集中显示与存储。

2 矿井水文智能监测系统的实现

2.1 系统主要功能

矿井水文智能监测系统能够全天候监测导致矿井水害的全部参数，而且可以在地面监控计算机上进行集中显示与存储，如果发现险情，井上与井下会第一时间报警，这样可以让各部门及时采取措施，确保井下人员安全。而监测数据能够通过计算机网络进行查询，报警信息能够以短信形式传送至相关人员的手机上。

2.2 智能水压传感器

矿井智能水压传感器主要应用在自动测量井下钻孔水压与水温方面，一般是由矿井水压传感器、温度传感器、测量电路以及M－BUS 总线通信电路构成。因为矿井水压传感器一直处于受压状态，为了确保它的测量精度，一定要定期标定。

2.3 智能位移传感器

矿井智能位移传感器能够自动测量水闸墙顺着巷道轴向的相对位移数量，通过对水闸墙周围巷道表面收敛量及其水闸墙围岩的移动量的测量，然后把测量结果发送到地面相应监控计算机，如果超过界限，马上报警。除此之外，通过位移传感器还能够测量井下钻孔的径向与轴向位移数量，能够掌握采动对钻孔的影响大小。

2.4 位移传感器的设计

矿井位移传感器结构原理如下:如果有导磁性的导杆处于电感是L 的线圈当中并且移动时，那么磁路的磁阻就会发生相应变化，就会使得调频振荡器输出信号的次数同时发生相应变化［3］。运用阶梯形无骨架线圈，可以让位移量的变化与输出信号频率的变化体现出线性关系。矿井监控系统为了准确地测量与控制，一定要定期标定。能够在任意场合与地点进行标定，一般使用的工具主要是长度尺与智能传感器设置器两种［4］。

2.5 智能堰式流量传感器

矿井智能流量传感器能够全天候监测矿井各个观测点的即时的涌水量与累积涌水量，同时在地面计算机上显示与存储，如果发生危险情况能够立即报警，这样便于及时采取相应措施，确保矿井及井下人员的人身安全。涌水量的监测方法通常有速度面积法与水力法两种方法［5］，而速度—面积法是通过水流的平均流速与渠道的横截面积相乘得出的，水流速度法是运用流速计在相应的特定点上进行测量完成的。水流速度法是把一水工结构建筑物插入渠道当中，最终通过改变水工结构物或者其附近的水位实现的。因为选择了水工建筑物的最佳尺寸，通过限制之后的水流速率是水位是正相关的，因此流速能够通过水位测量简单计算得出的。

3 结束语

由于计算机与网络的广泛使用，数字技术彻底改变人类赖以生存的社会环境。特别是地理信息系统理论不断成熟，它在矿山水文地质中的应用范围正在不断扩大。GIS 不但具备强大的空间数据管理功能，而且具备丰富的多元地学数据分析处理功能与直观的图形显示功能，所以把GIS 和矿井水文地质模型相结合运用，能够相互取长补短，可以为矿井水文地质带来解决方案，是当前矿井水文地质中的主要课题。

［1］黄超，罗宏宇.Delphi 6 网络应用开发技术与实例［M］.北京:清华大学出版社，2002.

［2］黎华，李存荣，吴浩，黄解军.矿井水文动态监测信息可视化系统的开发［J］.金属矿山，2012(6) :88－91.

［3］张建中，尚效周，刘延芳，柳如见，杨珍珍.基于智能传感器的矿井水文监测系统的设计［J］.矿山机械，2010(5):7－10.

［4］何立民.微控制器应用系统设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2000.

［5］郑效田，杜立志，徐乐年，刘昆.矿井水文自动监测报警系统的设计和实现［J］.煤矿机械，2006(9) :144－146.