探放水综合监管系统在下梨园煤矿的应用

张鹏

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安，710077）

探放水综合监管系统在下梨园煤矿的应用

张鹏

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安，710077）

煤矿井下地质工作者通过探放水的方式预防煤矿水害，探放水施工中的监管必不可少。本文介绍了探放水综合监管系统的原理及构成，并在朔州茂华下梨园矿井搭建探放水综合监管系统。该系统的应用对探放水的全过程进行有效监管，提高了生产效率、减小了监管部门的工作强度。

煤矿；探放水；综合监管系统；轨迹

0 引言

煤矿井下通过钻探的方式进行瓦斯抽放、探放水、地质勘探等工作[1]。在日常安全生产中，探放水工作起到了非常重要的作用。随着煤矿自动化水平的不断提升，利用现代化的设备对探放水进行综合监管十分必要。

朔州茂华下梨园煤矿位于朔州市平鲁区。朔州矿区正位于神头岩溶泉域的奥陶系岩溶地下水的强径流带内，在宁武向斜控制，地下水从盆地边缘开始汇集经东北和西北两个方向排泄至神头泉，朔州矿区内岩溶发育，富水极强，水质优良。

为了深入贯彻国家安全生产监督管理总局下发的《煤矿安全规程》里的相关规定，做好朔州地区煤矿安全生产，预防预测煤矿水害事故的发生，更好的监管煤矿打钻效果及日常防治水工作，按照朔州市煤炭工业局对朔州地区水害防治的要求，中煤科工集团西安研究院有限公司受朔州市煤炭工业局的委托，将在全市建立煤矿井下探放水钻孔综合监管系统，为更好的监管煤矿防治水工作提供手段。

1 系统概述

图1 井下探放水钻孔综合监管系统图

矿井探放水钻孔综合监管系统主要由YZG7钻孔轨迹在线监测系统、KJ117矿井水文监测系统、钻场视频监控系统三个系统组成。该系统的建立能有效地监管钻孔深度是否到位、钻孔轨迹与设计的偏差、钻孔水压等水文参数的实时变化等，能有效地提高矿井水害综合管理的水平。该系统可用于单一局域网内矿方的管理，同时可实现煤炭监管部门远程数据查看与监测，充分利用先进的互联网加集成软件系统，真正做到办公场所前移，做到监管部门与煤矿的无缝连接。

井下探放水钻孔综合监管系统组成如图1所示，主要由地面部分和井下部分组成，地面由数据中心站（服务器）、环网通讯适配器、硬盘录像机等组成；井下部分由水文监测系统、钻场在线轨迹系统、视频监控系统组成。

2 系统方案设计

下梨园煤矿的现代化程度比较高，矿方自身已经具有井下环网，通过井下环网可以实现井下与地面数据的信息交换。本文设计的探放水综合监管系统实现对下梨园煤矿井下探放水的综合监管。

利用YZG7钻孔轨迹在线监测系统对探放水钻孔的轨迹及深度进行验证，并实现在井下上传数据至地面。利用本系统能够对煤矿钻孔的钻进深度、三维轨迹、钻场视频等做到实时监测，钻孔数据可从井下上传到办公室，从而上传到互联网，因此数据没有人为干预，可靠准确。

利用钻场视频监控系统对探放水钻孔的施工过程进行监视，能够保存施工的影像信息，监督整个施工过程按照规章措施进行。通过本系统可实现井下钻场及进钻情况视频同步观看，对打钻过程实行监控，真正做到办公场所前移。

KJ117矿井水文监测系统还实现了矿井水文动态网络化监测，井下水文动态参数（水仓水位、明渠及管道流量、钻孔水压、水温等）可做到实时监测，并能够设置报警值当水文参数达到报警值上/下限时做出报警措施，能起到矿井水害实时预警的功能[2]。

基于“物探先行，钻探跟进”理念，利用先进的物探手段能减少打钻次数，减少人力成本，提高工作效率。物探和钻探的数据在本系统中也可以兼容。

2.1 井下钻孔深度及轨迹监测系统

本系统由YZG 7矿用钻孔轨迹测量仪、数据上传分站组成。

YZG7轨迹在线监测系统用于煤矿井下探放水钻孔、高瓦斯、高粉尘、高温度环境中垂直孔、水平孔、俯角孔、仰角孔、地质勘探孔、瓦斯抽放孔、注浆加固孔等的轨迹随钻测量[4]。该系统可实现回转钻进的随钻测量，可显示钻孔的轨迹图以及深度、倾角、方位角数据，并将数据存储在探管内部，成孔后显示轨迹，具有体积小、重量轻、携带方便等特点。同时，钻孔轨迹测量数据可以通过煤矿井下环网实现数据上传，操作人员可实现显示钻孔轨迹图形以及深度、倾角、方位角数据。

图2 主机及测量探管图片

YZG 7矿用钻孔轨迹测量仪主机及测量装备如图2所示。测量探管由下位机CPU，方位角、倾角测量模块，数据通信模块，数据存储模块组成。控制器由上位机CPU，数据通信模块，人机交互模块组成。方位角、倾角测量模块向下位机提供轨迹参数，数据通信模块进行测量探管与控制器之间的控制与数据传输，上位机CPU完成数据处理、深度记录及图像的绘制。

2.2 钻场视频监控系统

图3 钻场视频监控监测系统连接图

钻场视频监控监测系统连接图如图3所示。该系统对打钻过程实时视频监测，监测视频影像数据可与水文监测平台兼容；通过井下环网实时上传到煤矿调度中心或地测科，并通过监测主站实时显示或随时调取查阅；煤炭局监测大屏幕以循环滚动方式实时显示下属各矿业公司钻场影像。网络化平台可实现监测监控数据共享、历史查询、报表报告上传功能[5]，可为矿方提供防治水钻孔方面（建议性）实际性进尺影像，为矿方监督探放水钻孔谎报进尺有了可靠性监督作用。视频监控系统留有标准通信接口，可与矿方数字化平台进行对接。该系统对打钻过程实时视频监测，监测视频影像数据可与水文监测平台兼容；通过井下环网实时上传到煤矿调度中心或地测科，并通过监测主站实时显示或随时调取查阅。

2.3 矿井水文监测系统

KJ117矿井水文监测系统主要用于煤矿井下水文观测孔水压、水位、采空区水位、排水明渠、管道流量的监测，以及地面水文孔水位实时监测。可用于矿区联合放水实验、矿区突水灾害区的预警预测。图4给出了水文监测动态监测系统构成图。

图4 KJ117矿井水文监测系统构成图

该系统利用计算机分析、辅助决策、数据互联网传输，能及时掌握地下水动态、全矿井各涌水点状况，可从统一性、相关联、高角度对整矿区水文监测数据进行分析，弥补单个矿井水文资料片面性问题[3]。同时，采集的数据信息转换为关系型数据库，建立水害防治决策支持系统，为井下水源识别提供参考依据，以便及时迅速的找到水源，为突水预警提供决策信息，保障矿方的安全、正常生产。

3 应用效果

3.1 井下钻孔深度及轨迹监测系统的现场应用

图5 40101工作面32号钻场钻孔轨迹图

图5 所示为利用本系统获取到的井下钻孔轨迹图。利用YZG 7钻孔轨迹测量仪可随钻测量钻孔深度及轨迹，数据采集完后利用井下数据上传分站可将数据实时传输到地面客户端，方便地面地测人员观察钻孔的深度及钻孔轨迹。

3.2 视频监控系统的现场应用

井下钻场视频监控系统可适应于瓦斯释放孔、高位抽放孔、地质超前探测孔等钻孔的监测。系统能够实现开孔、钻进、退钻等全过程的视频监控并对退钻作业的全过程（退出钻杆数量）进行监录、拷贝，存档备案，该系统实现进一步规范钻场作业、实现简单方便钻进尺度的考核。图6为40102运输顺槽迎头钻场视频截图。

图6 40102运输顺槽迎头钻场现场视频截图

矿方主管探放水的部门通过钻场视频监控系统对探放水钻孔的施工过程进行全方位全过程监控。不需要下井在地面监测主站就能监视现场的施工情况。视频监控系统具备录像保存功能，监管人员通过调取录像信息可直观了解任何时间的施工过程。该系统对施工的全工程进行记录，起到了良好的监督和规范作用。

3.3 矿井水文监测系统的现场应用

朔州茂华下梨园矿井下建立了两个监测点，中央水仓水位监测点和采区水仓监测点，目前数据可实时上传，稳定可靠，如图7所示。监测主机可将分站上传的数据进行保存，通过监测主站既能够实时掌握井下测点的水文参数，还能够对数据进行查询。同时，系统具有历史曲线、实时曲线、报警等功能。

图7 中央水仓、采区水仓水文动态数据

4 结论与展望

目前探放水综合监管系统已在下梨园矿稳定运行，具备了钻孔深度、轨迹、视频及水文参数在线监测的功能，实现了三网合一。利用该系统能够有效减小矿方监管部门的工作强度，提高了工作效率，并起到了监督和规范施工作用，同时对水文数据进行实时监测。该系统对煤矿井下探放水钻孔起到了全方位的监管功能。

探放水综合监管系统在下梨园煤矿得到了良好应用，但仍需进一步完善。完善三网监测功能，使数据更可靠、操作更便捷，利用互联网+将该系统数据上传至互联网，方便煤炭局对全市煤矿进行监管。

[1]王平，董传宝，煤矿安全与监测系统信息化应用与展望[J].山东煤炭科技,2016,(10).

[2]石岩，王博，李旭，煤矿水文监测系统技术发展方向展望[J].电子测试,2016,(15)，10-11.

[3]刘中宽，周欢，矿井水文监测系统在煤矿生产中的应用[J].煤炭技术,2013,(9)，163-164.

[4]李克松，郭青，煤矿井下回转钻孔轨迹测量系统试验 [J].煤矿安全,2015,(1)，26-28.

[5]宫贵家，黄金波，王德伟，煤矿井下防爆视频监控系统的设计[J].工矿自动化,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

张鹏（1975），男，籍贯河南，硕士，工程师，地球探测与信息技术专业，研究方向地球物理勘探及自动化控制系统。