實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦中的研究與應(yīng)用

成凱武,王海東,孫　嶺（淄礦集團(tuán)許廠煤礦地測(cè)科,山東濟(jì)寧272173）

實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦中的研究與應(yīng)用

成凱武,王海東,孫嶺
（淄礦集團(tuán)許廠煤礦地測(cè)科,山東濟(jì)寧272173）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息化在煤礦中的應(yīng)用日益普及。煤礦中雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用使雨量信息能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并記錄，為科學(xué)防洪防汛提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。本文介紹了雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及測(cè)量原理，研究其在煤礦企業(yè)中的推廣應(yīng)用價(jià)值。

雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)查詢；報(bào)警

1　前言

煤礦的雨量監(jiān)測(cè)是有關(guān)煤礦安全生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。夏季降雨集中時(shí)，因雨量過大而未能及時(shí)量測(cè)及匯報(bào)，將可能引起洪水影響煤礦安全，引發(fā)煤礦潰水事故。因此，為保證煤礦安全生產(chǎn)，應(yīng)及時(shí)將降雨期間的雨量匯報(bào)至礦調(diào)度室。煤礦中過去雨量監(jiān)測(cè)是降雨期間人工量取降雨量，然后向礦調(diào)度室匯報(bào)。當(dāng)降雨量較大時(shí)，雨量信息往往不能夠及時(shí)傳達(dá)，雨量數(shù)據(jù)備案也較為困難。YL型雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、記錄礦區(qū)降水情況，使煤礦科學(xué)信息化程度向前更進(jìn)一步。本文結(jié)合YL型雨量遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我礦的使用情況，分析了其構(gòu)成及測(cè)量原理，并對(duì)雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的使用價(jià)值進(jìn)行探討。

2　YL型雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本礦區(qū)屬于北暖溫帶東亞季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，年平均降水量為701.1mm，降水期多集中在7-9月份，占全年降水量的71.3%，年最大年降水量1186.0mm（1964年），年最小降水量441.9mm（1966年）。礦井三個(gè)井口中標(biāo)高最低的為副井，井口標(biāo)高為+41.5m，均大于歷年最高洪水位+39.3m。

我礦現(xiàn)使用YL05-1型雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)降雨量的分辨力為0.5mm，對(duì)降雨強(qiáng)度的測(cè)量范圍為0.01～4mm/min。在此范圍內(nèi)，儀器計(jì)量誤差：≤±4%。該系統(tǒng)包括雨量觀測(cè)裝置、通信分站及監(jiān)控計(jì)算機(jī)。其中雨量觀測(cè)裝置由承雨器件、計(jì)量組件等組成。該裝置可以將實(shí)時(shí)降雨量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，并通過M-BUS總線將降雨量傳送至通信分站，再由通信分站傳送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、顯示、異常報(bào)警，并可提供任意時(shí)間段的累積降雨量，通過互聯(lián)接送入礦和集團(tuán)公司的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。

雨量觀測(cè)裝置屬于氣象觀測(cè)儀器，最外層是由不銹鋼薄壁鋼皮制成的筒身，高610mm。筒身最底部由螺母固定于辦公樓樓頂。承雨器固定于筒身頂端，環(huán)口按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圓筒口徑Φ200mm，面積314.16cm2。在環(huán)口控制面積內(nèi)，當(dāng)雨水進(jìn)入環(huán)口后，會(huì)沿承雨器錐型容器壁在底部匯集。承雨器底部裝有不銹鋼防蟲網(wǎng)，可阻擋昆蟲等雜物進(jìn)入漏斗，導(dǎo)致水道阻塞。雨水匯集后進(jìn)入漏斗內(nèi)，通過滴嘴減緩流速，使雨水成線狀精確進(jìn)入屬于計(jì)量組件的翻斗內(nèi)。滴嘴和滴針的制作材料都進(jìn)行過電鍍粗化的特殊工藝，有比較高的親水性，當(dāng)雨水沿其流動(dòng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)漂灑的情況。

計(jì)量組件的原理是翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，它可以將降雨深度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的降雨重量信息，0.5mm降雨量換算為重量為0.05×314.16=15.71g。翻斗為管狀結(jié)構(gòu)，中間分隔成左、右對(duì)稱的兩個(gè)斗室。中間隔墻的下方裝有翻斗軸，翻斗后側(cè)兩端各裝有一個(gè)磁鋼。翻斗軸制作材料為4Cr13不銹鋼，其表面具有很高的光潔度，支承在寶石軸承中，使摩阻力變得十分小。翻斗部件重心在支承點(diǎn)之上，為一非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，因此，翻斗部件的左、右兩斗總是處于一上、一下的態(tài)勢(shì)，上面的斗室接收由承雨器收集的雨量，當(dāng)重量達(dá)到儀器感量時(shí)，翻斗翻轉(zhuǎn)力矩大于翻斗部件自重平衡力矩，此時(shí)翻斗翻轉(zhuǎn)，雨水流入集水罐后排到外面。此時(shí)上部翻斗下降，下斗上升成為上斗，接收雨量。這樣使計(jì)量組件無(wú)間隔地循環(huán)計(jì)量降雨量。

發(fā)信部件包括磁鋼和干簧管式磁敏接近開關(guān)。干簧管用塑料封裝，由螺板緊固于磁敏架上。干簧管兩腳由電線引出，固定在拉線架上。側(cè)面與翻斗后側(cè)兩端的磁鋼位置相對(duì)應(yīng)。當(dāng)翻斗部件翻轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，磁鋼接近干簧管，干簧管中兩簧片分別被磁化為N、S極，異性相吸，開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。至此，完成將一個(gè)單元降雨量0.5mm的轉(zhuǎn)換和信號(hào)輸出工作。

3　YL型降雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

YL型降雨量遠(yuǎn)程實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在應(yīng)煤礦急停產(chǎn)撤人中可以發(fā)揮很大的作用。根據(jù)上級(jí)文件要求，當(dāng)?shù)V區(qū)連續(xù)降雨降雨量達(dá)到50mm時(shí)，必須采取停產(chǎn)撤人措施防洪、防災(zāi)。該系統(tǒng)將智能雨量傳感器兼并在我礦已有的礦井水文動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中，由用戶設(shè)定報(bào)警危險(xiǎn)值，當(dāng)?shù)V區(qū)降雨量達(dá)到40mm時(shí)處于預(yù)警狀態(tài)，達(dá)到45mm時(shí)危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)及相關(guān)信息能夠立即發(fā)送到有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的手機(jī)上，并還可以在礦局域網(wǎng)內(nèi)查看實(shí)時(shí)降雨量數(shù)據(jù)。為停產(chǎn)撤人提供第一手資料，也便于及時(shí)組織、調(diào)整、實(shí)施停產(chǎn)撤人方案。

該系統(tǒng)便于安裝、維護(hù)和使用，系統(tǒng)具有傳輸故障、設(shè)備故障、供/斷電狀況的自診斷和報(bào)警功能。應(yīng)用軟件界面統(tǒng)一，操作也很簡(jiǎn)單。能根據(jù)用戶需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可以自動(dòng)生成并打印井上下各類參數(shù)模擬量實(shí)時(shí)觀測(cè)值的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)表電子文檔能同Excel文檔交流數(shù)據(jù)、能自動(dòng)生成并打印歷時(shí)變化曲線圖或條形統(tǒng)計(jì)圖，顯示或打印實(shí)時(shí)超限報(bào)警、傳感器故障等信息。

本系統(tǒng)在服務(wù)器電腦建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，以記錄各時(shí)間段的降水情況，方便查詢。本礦雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)表和曲線圖等能通過局域網(wǎng)傳送和查詢。保證雨情數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

YL降雨量遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)軟硬件、遠(yuǎn)程通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)于一體,可將收集到的礦區(qū)范圍內(nèi)降雨信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò),科學(xué)地指導(dǎo)防洪、防汛工作,保證汛期的安全。本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于我礦，它具有實(shí)時(shí)性好、信息傳送距離遠(yuǎn)、可靠性高、電路簡(jiǎn)單、投資少等優(yōu)點(diǎn)。操作簡(jiǎn)單，精度高、傳輸快捷，既減輕了地測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又提高了工作效率。

4　結(jié)語(yǔ)

YL型降雨量遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、適用范圍廣，在我礦停產(chǎn)撤人及搶險(xiǎn)救災(zāi)工作的預(yù)防上都起到了重大作用，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)于其他礦井掌握、應(yīng)用該技術(shù)有很好的指導(dǎo)借鑒意義。因此該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GB/T7714佚名.北徐樓礦安裝雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].中國(guó)礦山工程,2010.

成凱武（1987—），男，山東濟(jì)寧市人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向：礦山企業(yè)信息化建設(shè)。