霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统

王国强+刘鹏

摘要：我国是一个水害多发的国家，又是一个以煤炭为基础能源的国家。矿井水害是关系到国计民生的重大问题，它不仅干扰了煤矿的正常生产，而且会造成人员伤亡，因此必须完善矿井水文监测系统。 矿井水文监测系统是针对目前煤矿防水治水存在的问题（传统的水文监测方式需要耗费大量的人力和时间，并且容易将人为误差引入测量中，影响测量的精度，进而影响对数据的分析，造成预报灾害不利的后果）研究设计的一种智能监测系统。

关键词：矿井水文监测系统；2.4GHZ无线传输；树状星型网络拓扑结构

随着资源紧缺，煤矿开采深度加深，水害成为主要的灾害之一，2006年1月1日至2014初，全国共发生重大透水事故二百余起，给矿工生命安全和国家财产带来严重危害，水害已成为煤矿开采过程中的第二大灾害。因此，建立一套完整的矿井水文监测系统对煤矿地下水的实时监测和预警、预报系统显得尤为重要，对指导矿井生产和矿井水害的防治具有十分重要的意义。

本研究成果分为矿井井上和井下两部分，采用树状星型网络拓扑结构。

井上部分为地面水文长观孔的水位、水温监测，地面水位水温遥测自动记录混合分站采集水位和水温数据，通过GPRS网络将数据传送到主站微机，进行数据处理。

井下部分利用水文监测分站进行数据采集，通过专用通讯电缆或井下环型以太网将数据传输到地面中心站，再通过局域网将数据发送到水文监测系统数据库。

基层部分采用物理三层结构，分别称为数据采集层，数据处理层（实时监测主站），水文数据库及网络发布层。基层数据通讯可以采用光纤或者专用通讯线，矿井以太网。

主要功能是水文孔基本资料的输入、多参数水文数据的采集、水文数据的查询、水文数据的可视化、水位趋势分析以及异常情况报警等，系统以矿井水文信息的查询和分析为核心，提供了输入编辑、查询、分析、输出等实用而丰富的管理功能。核心任务是：为进行切实可行的矿井水害预测预报提供可靠的数据来源与趋势分析。具有：测点定义自动识别；数据实时显示；历史曲线、数据查询；用户权限分级分类设置等功能。

网络发布系统能自动识别水文监测系统测点定义的变化，如新增测点、改变、删除等；由实时监测系统采集到数据以后，系统可自动不断更新实时数据页面；人员通过局域网，用浏览器即可及时方便的浏览各测点的实时监测数据画面；水文数据的历史曲线、历史数据的查询功能，查询结果可以通过列表形式显示也可以通过曲线图直方图的形式显示；用户分类和用户权限设定功能，用户登录时进行身份验证从而确定该用户的网络权限，可以进入用户管理界面进行系统网络用户的设定，普通用户则直接进入查询界面。

霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统设计思路：通过现代化工業以太网，将霍州煤电集团下属矿区与霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统采用无线方式并网，也可以采用现有互联网并网集中显示。建设为高标准、自动化、统一管理的现代化矿井。建成各矿水文监测系统后通过TCP/IP协议，连接的方式将各矿采集到的水文监测数据整体汇总成统一的管理框架可观看查阅。

主站安装在各使用单位地测科或者信息调度中心，对各矿水文地质工作提供参考依据，主站部分主要由工控机、UPS电源、数据转换模块、打印机、显示器等组成，主站上需要安装矿井水文监测系统软件B/S版本，承担数据采集及上传功能。

具体根据煤矿井下环境及地质构造，选择需要监控的水文参数，目前矿井水文监测工作主要监测以下内容，系统根据实际情况选择：

系统软件实际物理组成，主要包括操作系统部分、办公软件部分、数据处理部分、网络发布部分和煤矿自动化控制系统集成部分。

霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统是利用计算机技术、通讯技术、传感器技术解决矿井水害防治问题，是多学科领域与水文科学相结合的产物。该系统集矿井水文数据采集、数据处理、数据网络共享、矿井水害预警、辅助决策于一体，采用现代化的监测手段对地下水的各种参数进行监测，从而能够及时掌握水文动态，达到对水害事故的早发现、早预报、早防治。对保障煤矿的安全、正常生产具有重要的意义。

该系统由硬件系统和软件系统组成。系统的硬件部分研究内容主要有：传感器、遥测分站、传输系统和水文监测主机等，系统可以通过传感器和遥测分站将地面或井下采集到的各种水文实时数据，使用工业以太网，按照设计的通信协议，将各观测点的水文数据传输、处理并存储到水文信息数据库中。系统的软件部分研究内容主要有：水文数据的实时采集、组织与数据库建立、水文数据分析处理、数据发布以及智能预测预警功能的实现。

霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统，采用有线传输和无线传输两种传输方式，有线传输采用光纤、工业以太网、CAN总线、矿井电话线等传输方式。无线通过2.4G无线技术，GPRS网络传输方式。2.4G无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz（科学、医药、农业）之间，这个频段是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。这就为2.4G无线技术可发展性提供了必要的有利条件。而且2.4G无线技术不同于之前的27MHz无线技术，霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统采用2.4G无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。

结语

霍州煤电集团多参数水文监测智能预警系统，该系统集矿井水文数据采集、数据处理、数据网络共享、矿井水害预警、辅助决策于一体，采用现代化的监测手段对地下水的各种参数进行监测，从而能够及时掌握水文动态，达到了对水害事故的早发现、早预报、早防治。对保障煤矿的安全、正常生产具有重要的意义。

参考文献：

[1]基于GPRS技术在线环境监测系统的研究[J].任肖丽，陈佳喜，王骥.现代电子技术。

[2]基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].陈永禄，张莉.现代电子技术。

[3]矿井水文监测系统在煤矿生产中的应用[J].刘中宽，周欢.煤炭技术。

[4]矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发[J].关联合.矿业安全与环保。endprint