小宝鼎煤矿多参数水文动态监测智能预警系统应用研究
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摘要：多参数水文动态监测智能预警系统适用于地面及井下各种水文参数（水位、水压、水温，管道流量，明渠流量等）的监测、采集、加工、传输及的多参数水文监测智能预警系统。该系统在攀煤公司小宝鼎煤矿属首次应用，系统在小宝鼎煤矿的应用对掌握和分析地下水规律、以及水位的超限报警和水位趋势预测预警分析发挥了重要作用，取得了矿井涌水实时监测数据，为矿井水害分析和预测预报提供了理论依据，指导了矿井防治水工作，对保障煤矿安全生产具有重大意义。
中图分类号：X752
一、研究背景及意义
随着矿井的开采层位越来越深，矿井水文地质条件愈加复杂，时常会发生突水或透水事件，给人民生命安全和财产带来严重危害。水害已成为威胁煤矿安全生产的重要因素。因此，对煤矿地下水的实时监测和有效管理显得尤其重要，对指导煤矿安全生产和防治水害意义重大。
传统的水文监测方式已被沿用几十年，一直停留在人工记录手工查询纸张保存等落后的状况，传统的人工操作方式无法达到矿井防治水害的要求。
建立一个采用先进的计算机技术，适用地面及井下各种水文参数（水位、水压、水温，管道流量，明渠流量等）的监测、采集、加工、传输及的多参数水文监测智能预警系统，为煤矿安全生产保驾护航意义重大。
二、多参数水文动态监测智能预警应用系统
系统以矿井水文信息的查询和分析为核心，提供了输入编辑、查询、分析、输出等实用而丰富的管理功能。
2.1功能模块
系统主要完成对地面水文信息的实时采集、井下水文信息的实时采集和水文信息查询分析、处理等功能，整个系统的功能模块结构如图2-1所示。
图2-1系统功能模块结构图
2.2 系统主要功能
1 、数据采集
监测仪器采集到的井下水文数据经过井下通讯电缆传输到地面，再由地面的通讯网络传输到水文监测主机。
在数据采集层，井下水文数据由测量各水文参数的传感器采集，将电压信号转换为频率信号后经过通讯电缆传输到主机上。
数据传输和转换层主要指主机与水文监测主站之间的数据传输与转换，其中主机上存放井下的各种实时监控数据。水文监测系统主机可从安全监控系统主机上提取实时的或历史的水文数据存放到水文数据库中。
图2-2井下数据传输示意图
2、数据查询
用户可按测点名称查询测点在某段时间内的水文数据。
3、曲线浏览
监测数据曲线：可以绘制某一站点某个水文参数在一段时间范围内的曲线图，如图所示：
4、报表统计
水文动态数据报表主要是对水文动态监测数据进行相应的汇总并统计，生成表格格式，如：按日、月、年或某一时间段进行汇总和统计。报表统计中包括浏览和打印等操作，报表如图所示。
5、 数据报警
当采集到的水文信息实时数据异常时，在系统文本框内会以红色标注显示，并发出声音报警提醒系统使用人员，对于水位或流量超限的观测点加以注意，及时地、有效的采取相应的措施应对即将或已经发生的水害事故，以减少对煤矿财产的损失及矿工生命安全的威胁。
图2-7 文本显示时的警报标注
2.3系统管理
启动系统软件，主界面如图2-23所示，系统的基本信息管理包括从矿到所属集团公司等在内的上级部门的信息设置，以及可以测量的参量信息的设置和各测点的名称、孔口及地面标高、测点所测参量及各参量的量程高低值与报警高低值的设置。
图2-8水文监测系统主界面
三、系统的主要技术特点
煤矿多参数水文监测智能预警系统是以计算机为核心，集电子、通讯和网络等技术为一体的现代化监测系统，该系统不仅可对水文数据（水位、水压、水温、流量等）进行实时采集、上传、分析处理、报警和预警，还可通过网络实现对水文信息数据的共享。它主要用于地表和地下水资源的合理开采、有效利用和矿井水害的预报和防治。
该系统具有以下特点：
1、可监测水位、水压、水温和水流量等有关水文的多个观测参数，改变了传统系统只能对地下水位进行监测的历史。
2、采用软件自复位和硬件看门狗技术，系统在无人值守情况下能够自动、可靠地运行；监测数据可通过通讯网络自动传输到控制主机，也可以记录于本地仪器内，本地仪器内存可以保存七千多组数据。
3、分站监测数据可采用有线或无线数据收发装置传输到主机系统，这样既适用于地表地下水资源的监测预警，也适用于地下水资源的合理开发和有效利用以及矿井水害防治。
4、设计实现了煤矿多参数水文监测智能预警系统软件，该软件对于采集的水文信息采用多种方法以表格、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，方便了用户的直观查询与使用。
5、利用动态网页技术实现了水文数据的网络，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、利用多参数实时数据进行超限分析，实现系统的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、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。
四、系统应用研究取得的成效
小宝鼎煤矿多参数水文动态监测智能预警系统的应用，在我矿地测技术人员本不足的情况下，大大降低了地测技术人员的工作强度，可在地面直接对井下水文动态的水位、水压、水温和水流量进行监测、数据整理和预测预报。传统水文监测需配备一名专职技术人员对井下的水文动态进行监测，并对数据进行整理，工作量大，效率低。
煤矿水害监测预警实现了高精度、自动化、网络化及可靠运行，所提供的实时监测、数据采集、数据传输、数据分析与处理、报表生成及输出、网络浏览等功能，可以帮助安全工程师准确的实时监控水文动态，确保这些异常得到及时处理。同时借助于该系统能够非常方便地对水文动态中各个参数之间变化的因果关系进行细致的分析和评价，为探测潜在的安全运行隐患提供了强有力的分析手段。
该系统促进了我国矿井水文监测和水灾预警的技术进步，为矿区的安全生产起到积极地作用。
该系统在攀煤公司小宝鼎煤矿属首次应用，系统在小宝鼎煤矿的应用证明该系统对掌握和分析地下水规律、以及水位的超限报警和水位趋势预测预警分析发挥了重要作用，取得了矿井涌水实时监测数据，为矿井水害分析和预测预报提供了理论依据，指导了矿井防治水工作，对保障煤矿安全生产具有重大意义。