淺析多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)在煤礦的研究與應(yīng)用

徐波

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 羊場灣煤礦，寧夏 銀川750409）

近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對煤炭的需求量日益增加，隨著開采深度的不斷加大，井下水害已經(jīng)成為影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，井下重大水災(zāi)事故的發(fā)生給煤礦井下作業(yè)人員的人身安全和國家財(cái)產(chǎn)帶來了威脅。如何監(jiān)測地下水的動態(tài)變化、礦井各主要排水點(diǎn)的涌水量變化情況可以有效的避免水害事故的發(fā)生，所以對地下水文信息的動態(tài)監(jiān)測是煤礦安全生產(chǎn)中必不可少的內(nèi)容。

羊場灣煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分為復(fù)雜型，隨著開采深度的不斷增加及井田范圍的不斷擴(kuò)大，礦井受水害威脅的程度越來越嚴(yán)重。礦主采煤層的水害威脅主要源自侏羅系直羅組底部粗砂巖含水層，傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方法一般由人工定期對所選定的觀測點(diǎn)逐點(diǎn)測量，難以獲得各測點(diǎn)的同時(shí)涌水量，不利于分析涌水點(diǎn)的涌水情況，特別是有突水發(fā)生時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。這種方法既浪費(fèi)人力、物力,也浪費(fèi)財(cái)力,已不能適應(yīng)煤礦發(fā)展的需要。針對傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方法中存在的問題,我礦引進(jìn)了多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)來對井下水文動態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的硬件部分主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統(tǒng)（無線或有線方式）和水文監(jiān)測主機(jī)等，可以通過傳感器和遙測分站將地面或井下采集到的各種水文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用GSM網(wǎng)或工業(yè)以太網(wǎng)，按照設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，將各觀測點(diǎn)的水文數(shù)據(jù)傳輸、處理并存儲到水文信息數(shù)據(jù)庫中；系統(tǒng)的軟件部分主要有：水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、組織與數(shù)據(jù)庫建立、水文數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)發(fā)布以及智能預(yù)測預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)。綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、水文科學(xué)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)和信息處理技術(shù)，建立水文信息資源動態(tài)管理模型。該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)站點(diǎn)分布：

地面主站：分站采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)主站的命令利用數(shù)據(jù)通訊設(shè)備發(fā)送到主站，由主站完成數(shù)據(jù)的處理。然后對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算后的數(shù)據(jù)存儲到磁盤內(nèi)。利用主站內(nèi)的“多參數(shù)水文處理軟件”可以生成各種報(bào)表，繪制水位、水量曲線圖等。用戶可以用多種方法以表格、曲線、報(bào)表、圖形等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字的動態(tài)顯示和可視化輸出，并可以進(jìn)行相應(yīng)的編輯、打印等操作，方便了礦井安全管理人員的直觀查詢與使用。

地面水文分站：是對地表水位、水溫變化情況進(jìn)行無線遙測的智能化測量儀器。分站運(yùn)行時(shí)，設(shè)在水文監(jiān)測點(diǎn)處的儀器按用戶預(yù)置的數(shù)據(jù)采樣時(shí)間自動開機(jī)、計(jì)算、存儲傳感器測量的水位、水溫變化數(shù)據(jù)，并通過GSM無線通訊模塊將所測數(shù)據(jù)傳送至設(shè)在監(jiān)控中心內(nèi)的主站，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，儀器自動關(guān)機(jī)。

井下水文分站：對井下各監(jiān)測點(diǎn)涌水量情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，測量范圍大、操作簡便、功耗小、可在無人值守條件下全天候自動運(yùn)行。

多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)自投入使用以來，具有以下特點(diǎn)：

（1）該系統(tǒng)可以對井下各監(jiān)測涌水點(diǎn)的水位、水壓、水溫和瞬時(shí)涌水量等有關(guān)水文的多個(gè)觀測參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（2）軟件采用重啟記憶功能及看門狗技術(shù)，系統(tǒng)在停電狀態(tài)下可以保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)降孛嬷髡居涗浻诒镜赜?jì)算機(jī)內(nèi)。

（3）地面水文分站監(jiān)測數(shù)據(jù)以SMS短信息方式將地面水文觀測孔內(nèi)地下水位變化情況及水溫等相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)，這樣可以對地表地下水資源的動態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。

（4）多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)軟件對于采集的地表、井下水文信息相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以表格、曲線、報(bào)表、圖形等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字的動態(tài)顯示和可視化輸出，并可以進(jìn)行相應(yīng)的編輯、打印等操作，方便了用戶的直觀查詢與使用。

（5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過單位工業(yè)網(wǎng)站進(jìn)行水文數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，方便了各相關(guān)部門用戶的數(shù)據(jù)查詢。

（6）該系統(tǒng)利用多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行超限分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)綜合超限預(yù)警功能；提出了多測點(diǎn)、多參數(shù)條件下的極值突水預(yù)警方法；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測水位的變化趨勢，實(shí)現(xiàn)趨勢預(yù)警，為礦區(qū)的水文動態(tài)分析提供了有力的控制與分析手段。

（7）在系統(tǒng)的使用過程中，通過綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、水文科學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)，建立水文信息資源動態(tài)管理模型。

結(jié)論：多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)是集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，從而能夠及時(shí)掌握水文動態(tài)，達(dá)到對水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)、早防治，對保障煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的意義。

［1］胡漢才.微控制器系統(tǒng)原理及其接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，1996.

［2］林克明，陳羽，郭從良.微控制器系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2007.