浅析多参数水文动态监测智能预警系统在煤矿的研究与应用

徐波

（神华宁夏煤业集团 羊场湾煤矿，宁夏 银川750409）

近年来随着国民经济的快速发展，社会对煤炭的需求量日益增加，随着开采深度的不断加大，井下水害已经成为影响煤矿安全生产的主要因素，井下重大水灾事故的发生给煤矿井下作业人员的人身安全和国家财产带来了威胁。如何监测地下水的动态变化、矿井各主要排水点的涌水量变化情况可以有效的避免水害事故的发生，所以对地下水文信息的动态监测是煤矿安全生产中必不可少的内容。

羊场湾煤矿矿井水文地质类型划分为复杂型，随着开采深度的不断增加及井田范围的不断扩大，矿井受水害威胁的程度越来越严重。矿主采煤层的水害威胁主要源自侏罗系直罗组底部粗砂岩含水层，传统的水文监测方法一般由人工定期对所选定的观测点逐点测量，难以获得各测点的同时涌水量，不利于分析涌水点的涌水情况，特别是有突水发生时，不能及时发现。这种方法既浪费人力、物力,也浪费财力,已不能适应煤矿发展的需要。针对传统的水文监测方法中存在的问题,我矿引进了多参数水文动态监测智能预警系统来对井下水文动态变化进行实时监测。

该系统由硬件系统和软件系统组成，系统的硬件部分主要有：传感器、遥测分站、传输系统（无线或有线方式）和水文监测主机等，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GSM网或工业以太网，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。综合应用计算机科学、水文科学、电子技术、通讯技术和信息处理技术，建立水文信息资源动态管理模型。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。

图1 系统构成图

系统站点分布：

地面主站：分站采集的数据，根据主站的命令利用数据通讯设备发送到主站，由主站完成数据的处理。然后对所接收到的数据进行计算并将计算后的数据存储到磁盘内。利用主站内的“多参数水文处理软件”可以生成各种报表，绘制水位、水量曲线图等。用户可以用多种方法以表格、曲线、报表、图形等方式实现数字的动态显示和可视化输出，并可以进行相应的编辑、打印等操作，方便了矿井安全管理人员的直观查询与使用。

地面水文分站：是对地表水位、水温变化情况进行无线遥测的智能化测量仪器。分站运行时，设在水文监测点处的仪器按用户预置的数据采样时间自动开机、计算、存储传感器测量的水位、水温变化数据，并通过GSM无线通讯模块将所测数据传送至设在监控中心内的主站，数据传送结束后，仪器自动关机。

井下水文分站：对井下各监测点涌水量情况进行实时监测，测量范围大、操作简便、功耗小、可在无人值守条件下全天候自动运行。

多参数水文动态监测智能预警系统自投入使用以来，具有以下特点：

（1）该系统可以对井下各监测涌水点的水位、水压、水温和瞬时涌水量等有关水文的多个观测参数进行实时监测。

（2）软件采用重启记忆功能及看门狗技术，系统在停电状态下可以保存实时数据；监测数据可通过系统网络自动传输到地面主站记录于本地计算机内。

（3）地面水文分站监测数据以SMS短信息方式将地面水文观测孔内地下水位变化情况及水温等相关参数传输到主机系统，这样可以对地表地下水资源的动态变化进行监测预警。

（4）多参数水文动态监测智能预警系统软件对于采集的地表、井下水文信息相关参数进行数据分析，以表格、曲线、报表、图形等方式实现数字的动态显示和可视化输出，并可以进行相应的编辑、打印等操作，方便了用户的直观查询与使用。

（5）系统数据通过单位工业网站进行水文数据的网络发布，实现了水文数据的实时共享，方便了各相关部门用户的数据查询。

（6）该系统利用多参数实时数据进行超限分析，实现实时综合超限预警功能；提出了多测点、多参数条件下的极值突水预警方法；利用神经网络技术可根据历史数据预测水位的变化趋势，实现趋势预警，为矿区的水文动态分析提供了有力的控制与分析手段。

（7）在系统的使用过程中，通过综合应用计算机科学、水文科学、神经网络、电子技术、通讯技术、网络技术和信息处理技术，建立水文信息资源动态管理模型。

结论：多参数水文动态监测智能预警系统是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，对保障煤矿的安全生产具有重要的意义。

［1］胡汉才.微控制器系统原理及其接口技术[M].清华大学出版社，1996.

［2］林克明，陈羽，郭从良.微控制器系统原理与应用[M].科学出版社，2007.