探放水綜合監(jiān)管系統(tǒng)在下梨園煤礦的應(yīng)用

張鵬

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

探放水綜合監(jiān)管系統(tǒng)在下梨園煤礦的應(yīng)用

張鵬

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安，710077）

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

煤礦；探放水；綜合監(jiān)管系統(tǒng)；軌跡

0 引言

煤礦井下通過鉆探的方式進(jìn)行瓦斯抽放、探放水、地質(zhì)勘探等工作[1]。在日常安全生產(chǎn)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(xiàn)代化的設(shè)備對探放水進(jìn)行綜合監(jiān)管十分必要。

朔州茂華下梨園煤礦位于朔州市平魯區(qū)。朔州礦區(qū)正位于神頭巖溶泉域的奧陶系巖溶地下水的強徑流帶內(nèi)，在寧武向斜控制，地下水從盆地邊緣開始匯集經(jīng)東北和西北兩個方向排泄至神頭泉，朔州礦區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育，富水極強，水質(zhì)優(yōu)良。

為了深入貫徹國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局下發(fā)的《煤礦安全規(guī)程》里的相關(guān)規(guī)定，做好朔州地區(qū)煤礦安全生產(chǎn)，預(yù)防預(yù)測煤礦水害事故的發(fā)生，更好的監(jiān)管煤礦打鉆效果及日常防治水工作，按照朔州市煤炭工業(yè)局對朔州地區(qū)水害防治的要求，中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司受朔州市煤炭工業(yè)局的委托，將在全市建立煤礦井下探放水鉆孔綜合監(jiān)管系統(tǒng)，為更好的監(jiān)管煤礦防治水工作提供手段。

1 系統(tǒng)概述

圖1 井下探放水鉆孔綜合監(jiān)管系統(tǒng)圖

礦井探放水鉆孔綜合監(jiān)管系統(tǒng)主要由YZG7鉆孔軌跡在線監(jiān)測系統(tǒng)、KJ117礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)、鉆場視頻監(jiān)控系統(tǒng)三個系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)的建立能有效地監(jiān)管鉆孔深度是否到位、鉆孔軌跡與設(shè)計的偏差、鉆孔水壓等水文參數(shù)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(tǒng)可用于單一局域網(wǎng)內(nèi)礦方的管理，同時可實現(xiàn)煤炭監(jiān)管部門遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查看與監(jiān)測，充分利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)加集成軟件系統(tǒng)，真正做到辦公場所前移，做到監(jiān)管部門與煤礦的無縫連接。

井下探放水鉆孔綜合監(jiān)管系統(tǒng)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(shù)據(jù)中心站（服務(wù)器）、環(huán)網(wǎng)通訊適配器、硬盤錄像機等組成；井下部分由水文監(jiān)測系統(tǒng)、鉆場在線軌跡系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

下梨園煤礦的現(xiàn)代化程度比較高，礦方自身已經(jīng)具有井下環(huán)網(wǎng)，通過井下環(huán)網(wǎng)可以實現(xiàn)井下與地面數(shù)據(jù)的信息交換。本文設(shè)計的探放水綜合監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)對下梨園煤礦井下探放水的綜合監(jiān)管。

利用YZG7鉆孔軌跡在線監(jiān)測系統(tǒng)對探放水鉆孔的軌跡及深度進(jìn)行驗證，并實現(xiàn)在井下上傳數(shù)據(jù)至地面。利用本系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V鉆孔的鉆進(jìn)深度、三維軌跡、鉆場視頻等做到實時監(jiān)測，鉆孔數(shù)據(jù)可從井下上傳到辦公室，從而上傳到互聯(lián)網(wǎng)，因此數(shù)據(jù)沒有人為干預(yù)，可靠準(zhǔn)確。

利用鉆場視頻監(jiān)控系統(tǒng)對探放水鉆孔的施工過程進(jìn)行監(jiān)視，能夠保存施工的影像信息，監(jiān)督整個施工過程按照規(guī)章措施進(jìn)行。通過本系統(tǒng)可實現(xiàn)井下鉆場及進(jìn)鉆情況視頻同步觀看，對打鉆過程實行監(jiān)控，真正做到辦公場所前移。

KJ117礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)還實現(xiàn)了礦井水文動態(tài)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測，井下水文動態(tài)參數(shù)（水倉水位、明渠及管道流量、鉆孔水壓、水溫等）可做到實時監(jiān)測，并能夠設(shè)置報警值當(dāng)水文參數(shù)達(dá)到報警值上/下限時做出報警措施，能起到礦井水害實時預(yù)警的功能[2]。

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

2.1 井下鉆孔深度及軌跡監(jiān)測系統(tǒng)

本系統(tǒng)由YZG 7礦用鉆孔軌跡測量儀、數(shù)據(jù)上傳分站組成。

YZG7軌跡在線監(jiān)測系統(tǒng)用于煤礦井下探放水鉆孔、高瓦斯、高粉塵、高溫度環(huán)境中垂直孔、水平孔、俯角孔、仰角孔、地質(zhì)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(tǒng)可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的隨鉆測量，可顯示鉆孔的軌跡圖以及深度、傾角、方位角數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在探管內(nèi)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(shù)據(jù)可以通過煤礦井下環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，操作人員可實現(xiàn)顯示鉆孔軌跡圖形以及深度、傾角、方位角數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)通信模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊組成?？刂破饔缮衔粰CCPU，數(shù)據(jù)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(shù)，數(shù)據(jù)通信模塊進(jìn)行測量探管與控制器之間的控制與數(shù)據(jù)傳輸，上位機CPU完成數(shù)據(jù)處理、深度記錄及圖像的繪制。

2.2 鉆場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

圖3 鉆場視頻監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)連接圖

鉆場視頻監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)連接圖如圖3所示。該系統(tǒng)對打鉆過程實時視頻監(jiān)測，監(jiān)測視頻影像數(shù)據(jù)可與水文監(jiān)測平臺兼容；通過井下環(huán)網(wǎng)實時上傳到煤礦調(diào)度中心或地測科，并通過監(jiān)測主站實時顯示或隨時調(diào)取查閱；煤炭局監(jiān)測大屏幕以循環(huán)滾動方式實時顯示下屬各礦業(yè)公司鉆場影像。網(wǎng)絡(luò)化平臺可實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)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(jìn)尺影像，為礦方監(jiān)督探放水鉆孔謊報進(jìn)尺有了可靠性監(jiān)督作用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)留有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可與礦方數(shù)字化平臺進(jìn)行對接。該系統(tǒng)對打鉆過程實時視頻監(jiān)測，監(jiān)測視頻影像數(shù)據(jù)可與水文監(jiān)測平臺兼容；通過井下環(huán)網(wǎng)實時上傳到煤礦調(diào)度中心或地測科，并通過監(jiān)測主站實時顯示或隨時調(diào)取查閱。

2.3 礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)

KJ117礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)主要用于煤礦井下水文觀測孔水壓、水位、采空區(qū)水位、排水明渠、管道流量的監(jiān)測，以及地面水文孔水位實時監(jiān)測?？捎糜诘V區(qū)聯(lián)合放水實驗、礦區(qū)突水災(zāi)害區(qū)的預(yù)警預(yù)測。圖4給出了水文監(jiān)測動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖4 KJ117礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖

該系統(tǒng)利用計算機分析、輔助決策、數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)傳輸，能及時掌握地下水動態(tài)、全礦井各涌水點狀況，可從統(tǒng)一性、相關(guān)聯(lián)、高角度對整礦區(qū)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，建立水害防治決策支持系統(tǒng)，為井下水源識別提供參考依據(jù)，以便及時迅速的找到水源，為突水預(yù)警提供決策信息，保障礦方的安全、正常生產(chǎn)。

3 應(yīng)用效果

3.1 井下鉆孔深度及軌跡監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)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(tǒng)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(shù)據(jù)采集完后利用井下數(shù)據(jù)上傳分站可將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛婵蛻舳耍奖愕孛娴販y人員觀察鉆孔的深度及鉆孔軌跡。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用

井下鉆場視頻監(jiān)控系統(tǒng)可適應(yīng)于瓦斯釋放孔、高位抽放孔、地質(zhì)超前探測孔等鉆孔的監(jiān)測。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)開孔、鉆進(jìn)、退鉆等全過程的視頻監(jiān)控并對退鉆作業(yè)的全過程（退出鉆桿數(shù)量）進(jìn)行監(jiān)錄、拷貝，存檔備案，該系統(tǒng)實現(xiàn)進(jìn)一步規(guī)范鉆場作業(yè)、實現(xiàn)簡單方便鉆進(jìn)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(xiàn)場視頻截圖

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

3.3 礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用

朔州茂華下梨園礦井下建立了兩個監(jiān)測點，中央水倉水位監(jiān)測點和采區(qū)水倉監(jiān)測點，目前數(shù)據(jù)可實時上傳，穩(wěn)定可靠，如圖7所示。監(jiān)測主機可將分站上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，通過監(jiān)測主站既能夠?qū)崟r掌握井下測點的水文參數(shù)，還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢。同時，系統(tǒng)具有歷史曲線、實時曲線、報警等功能。

圖7 中央水倉、采區(qū)水倉水文動態(tài)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論與展望

目前探放水綜合監(jiān)管系統(tǒng)已在下梨園礦穩(wěn)定運行，具備了鉆孔深度、軌跡、視頻及水文參數(shù)在線監(jiān)測的功能，實現(xiàn)了三網(wǎng)合一。利用該系統(tǒng)能夠有效減小礦方監(jiān)管部門的工作強度，提高了工作效率，并起到了監(jiān)督和規(guī)范施工作用，同時對水文數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測。該系統(tǒng)對煤礦井下探放水鉆孔起到了全方位的監(jiān)管功能。

探放水綜合監(jiān)管系統(tǒng)在下梨園煤礦得到了良好應(yīng)用，但仍需進(jìn)一步完善。完善三網(wǎng)監(jiān)測功能，使數(shù)據(jù)更可靠、操作更便捷，利用互聯(lián)網(wǎng)+將該系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)，方便煤炭局對全市煤礦進(jìn)行監(jiān)管。

[1]王平，董傳寶，煤礦安全與監(jiān)測系統(tǒng)信息化應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)發(fā)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(jiān)測系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2013,(9)，163-164.

[4]李克松，郭青，煤礦井下回轉(zhuǎn)鉆孔軌跡測量系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)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(shù)專業(yè)，研究方向地球物理勘探及自動化控制系統(tǒng)。