礦井水文監測係統設計方案
前 言
1.概述
隨著我國國民經濟的快速發展，煤炭的開采量在不斷地增加，開采層位也愈來愈深，礦井突水一直是影響煤礦安全生產的主要災害之一。近年來，煤礦井下重大突水02manbetx.com 時有發生，給礦工生命和國家財產造成了巨大損失和不良的社會影響，地下水已成為威脅煤礦安全生產的重要因素。因此，對煤礦地下水位的實時監測和有效管理顯得尤為重要。
在傳統的監測方法中，對於井上下的水文觀測孔采用人工測量記錄的方法掌握水位(水壓)的變化情況;對於管道流量、明渠流量的測量也是采用人工攜帶儀器進行測量的方法進行監測。傳統的監測方法對於所需要的監測數據不能進行實時的監測，而且借助人工來實現這一係列數據的記錄和管理，工作量將極為巨大，而且容易出現錯誤，造成管理上的混亂;何況還需要對數據進行統計和03manbetx 。在辦公自動化和管理信息化的時代潮流中，這種落後的操作與現代的管理方式顯得格格不入，不利於整體的發展，這就迫切需要打破這種格局，填補這項空白，把礦井水文的監測推到一個更高的台階上。
在現代化的水文監測方式出現以前，傳統的水文監測方式被人們用了幾十年。傳統的方式還停留在人工記錄﹑手工查詢﹑紙張保存等落後的階段。一般要為某個水文觀測點添加信息需要繁瑣複雜的手工錄入。當要查詢某一方麵的信息，則要從大量的信息中查詢﹑翻閱，處理過程費時﹑費力，達不到礦井防治水害的要求。
1.2項目意義
在現代化的水文監測方式出現以前，傳統的水文監測方式被人們用了幾十年。傳統的方式還停留在人工記錄﹑手工查詢﹑紙張保存等落後的階段。一般要為某個水文觀測點添加信息需要繁瑣複雜的手工錄入。當要查詢某一方麵的信息，則要從大量的信息中查詢﹑翻閱，處理過程費時﹑費力，達不到礦井防治水害的要求。
礦井水文監測係統主要是基於以下因素：
地下水的動態變化,能直觀地反映含水層的水文地質條件,長期監測多層含水層對防治水決策具有重要意義。及時掌握水文動態，可以達到對水害02manbetx.com 的早發現、早預報、早防治，保障煤礦的安全、正常生產。
第252條規定，水文地質條件複雜的礦井，必須針對主要含水層建立地下水動態觀測係統，進行地下水動態觀測、水害03manbetx 。
(3)保護生態環境的需要
利用該係統可評估煤炭開采過程中對地下水資源的影響，及早采取措施避免造成對生態環境的影響。
1.3項目目標
本項目研究的目標是采用先進的傳感器技術和數據通訊技術，以企業內部網為平台，為礦井建立一個精度高、實時性強、運行可靠、自動化高，能夠連續長期測量並利用計算機03manbetx 、輔助決策的，適用地麵及井下各種水文參數(水位、水壓水溫，管道流量，明渠流量等)的利用局域網進行數據傳輸的水文監測係統，及時掌握地下水動態、保障煤礦的安全、正常生產。
第一章 礦井水文監測係統簡介
礦井水文監測係統利用GSM網絡和Internet網絡，結合工業控製網實現了煤炭開采中水文參數的實時監測和超限預警管理，監測站可通過Internet網絡發布係統觀測礦井下水文實時數據，根據水文參數曲線03manbetx 水文數據走勢，提早預防礦井可能發生的突水事件等，為人民的生命才能提供有力的保障。同時GSM網絡短信報警功能，可使礦井安全負責人第一時間掌握礦井水位、水溫及流量數據，對指導煤礦安全生產和防治水害意義重大。
該係統：1、將GSM網絡、Intranet(Internet)和工業控製網無縫結合，進行有線或者無線的數據傳輸，徹底解決了數據傳輸受距離限製的弊端。2、采用四層管理結構對礦井水文信息進行規範管理，提高水文地質信息管理工作效率。3、采用綜合超限、極值預警、趨勢預警三種方法實現了智能預警係統，為礦區的水文分析提供了有力的控製與分析手段。4、綜合應用計算機科學、水文科學、電子技術、通訊技術、網絡技術和信息處理技術，建立礦井水文監測管理模型，實現了多級水文數據共享的科學管理。
1.1 係統組成
係統由中心監測站、分站及測點子站構成。其結構見圖1。主站通過通訊設備接收分站數據，並提供數據顯示、查詢、編輯等操作平台。通過主站內數據處理軟件，可生成或輸出各種報表;可繪製水壓(水位)、溫度變化趨勢曲線、直方圖等。分站分為地麵分站和井下分站兩大類。地麵分站是通過GSM無線通訊方式，連續或定時自動記錄水文長觀孔內水位(水壓)、水溫的變化情況，並利用GSM無線通訊模塊將所測數據傳送至主站進行數據處理。井下分站通過有線通訊方式將測得的數據傳送至主站進行處理。
圖1、礦井水文監測係統結構圖
1.2係統中心站
組成：
(1)工控機 二套 (2)數據處理器 一台
(3)打印機 一台 (4)KJ402-J數據傳輸接口 一套
(5)電源避雷器 一台 (6)信號避雷器 一台
(7)數據處理軟件係統 一套 (8)網絡版數據發布軟件 一套
主要功能：
(1)通過通訊設備接收分站數據。
(2)將數據整理保存到磁盤。
(3)完成數據的顯示、查詢、編輯。
(4)對數據進行處理，生成各種報表並打印輸出。
(5)繪製水壓(水位)、溫度變化趨勢曲線、直方圖。
(6)網絡上傳監測數據。
1.3係統分站
分站分為地麵分站和井下分站兩大類。地麵分站是通過GSM無線通訊方式，連續或定時自動記錄水文長觀孔內水位(水壓)、水溫的變化情況，並利用GSM無線通訊模塊將所測數據傳送至主站進行數據處理。井下分站通過有線通訊方式將測得的數據傳送至主站進行處理。
組成：
地麵水位水溫遙測分站組成：
(1)KJ402-FA水文分站 一台 (2)數據通訊模塊(內置) 一個
(3)鋰離子電池組 二組 (4)充電器 一台
(5)液位傳感器 一套 (6)傳感器專用電纜 X米
(7)防盜保護罩 一套
井下分站組成：
井下分站由KJ402-F本安型水文分站和井下各監測點組成，井下監測點包括
(1)水壓、水溫一體化傳感器 (2)數字溫度傳感器
(3)管道流量傳感器 (4)明渠流量傳感器
(以上設備根據實際需求進行選配)
其他設備：
(1)KDW28隔爆兼本安型電源(或FD-15專用電源)
(2)工藝管道 (3)通訊電纜
(4)電源線 (5)接線盒等
(6)傳感器保護裝置
(注：以上設備根據實際需求進行選配)
主要功能：
(1)數據采集 (2)數據暫存
(3)數據顯示 (4)數據傳輸
1.4係統主要特點
(1)多參數監測功能
可測量水位、水壓、水溫、明渠流量、管道流量等有關水文參數。
(2)適用於網絡係統
監測數據可采用有線和無線數據收發裝置傳輸到微機係統並實現聯網運行，既適用於地表地下水資源的監測預警，又適用於地下水資源監測預警。
(3)高可靠性
采用軟件自複位和硬件看門狗技術，係統在無人值守的情況下能可靠的運行;監測數據可通過通訊網絡傳輸也可記錄於儀器內，儀器可保存七千多組數據。
(4)完善的處理方法
實現了礦井水害監測智能預警係統軟件，對於采集的水文信息采用多種方法以表格、曲線、報表、圖形等方式實現數字的動態顯示和可視化輸出，並可進行相應的編輯、打印等操作，方便用戶的直觀查詢使用。
(5)數據共享
利用動態網頁技術實現了水文數據的網絡發布，實現了水文數據的實時共享，方便了各相關部門用戶的數據查詢。
(6)科學的預測、預警功能
利用等值線生成算法，實現了水壓、水位的等值線的繪製;利用神經網絡可根據曆史數據預測水位的變化趨勢，生成預警等值線圖，並有實時數據的超限報警功能，為礦區的水文動態分析提供有力的控製與分析手段。
第二章 礦井水文監測係統設計原則及總體結構
2.1係統設計目標和原則
本係統設計之初是為了滿足各礦井對水文變化情況實時觀測的需求，解決因水文數據管理、查詢落後而經常發生水害的情況，因此本係統設計時應嚴格遵循係統設計原則，具體原則如下：
(1) 係統性原則：從係統論的觀點出發，以實現係統總體功能為目的，來構建整個係統結構，以達到最優化經濟結構。
(2) 實用性原則：指本係統可以不改變計算機管理係統，操作方便、快速、簡捷。
(3) 可靠與安全性原則：係統設備能可靠、穩定工作。
(4) 最優性價比原則：在實現係統功能的原則基礎上，盡量減少項目的經費投入。
(5) 先進性原則：係統設計的技術水平達到國內外同期同類的水平，並保證係統在一個相當時期不落後。
(6) 升級原則：係統易於維護，且有良好的售後技術支持和完善的服務體係。
本係統設計之初遵循的基本原則是安全，高效，方便，便於管理。在使用方便的同時，還要充分考慮到係統的安全性，以及當數據受到破壞時采取的應急措施，例如數據備份和數據恢複。本係統符合軟件設計的開放式原則，穩定可靠性原則，升級靈活及適應能力強原則，易管理及操作控製原則，安全性原則。
2.2 總體結構
本係統根據傳輸方式的不同大致可分為三種類型。
(1)第一種：使用防爆阻燃電纜進行數據通訊
通過通訊電纜將井下分站數據傳至地麵中心站的係統結構示意圖如下所示：
優點：成本低、施工方便。
缺點：通訊速率低、通訊距離近、抗幹擾性差、線路維護工作量大。
(1) 光纖方式通訊
通過通訊光纖將井下分站數據傳至地麵中心站的係統結構示意圖如下所示：
優點：通訊距離遠、通訊速率高、抗幹擾性強、維護費用小。
缺點：成本較高，擴容性差 。
(3)建立井下通訊以太環網
通過以太環網將井下分站數據傳至地麵中心站的係統結構示意圖如下所示。
優點：礦井以太網是煤礦信息化的發展趨勢，其優勢是為各類監測監控係統提供數字化網絡通信平台，以太網下井解決了礦井通信蜘蛛網似的線路問題，提高了數據通迅的速度和線路的可靠性，便於管理，其它的監測還有待利用該平台，利用該平台可降低係統成本，提高環網的利用率。擴容性強。
缺點：前期投入成本高。
2.3係統的設計方案根據下列因素確定：
①根據礦井相關水文信息確定監測點，主要針對礦井排水量、湧水量、地麵/井下各岩層水文長觀鑽孔及其他水文信息。
②根據礦井井下條件確定適合礦井的通訊傳輸方式。
③根據各相關監測點的現場勘察信息，確定係統組成及設備配置。
④根據現場勘察情況和平麵圖紙所提供信息確定設備安裝位置。
第三章 XX集團XXX煤礦礦井水文監測係統設計方案
3.1XXX煤礦水文信息概況及礦井水文監測係統設計方案
根據臨漳煤礦提供的的水文信息，全礦水文信息大致情況如下：
① 中央泵房水倉入水明渠2個，直排地麵排水管路3個。
② 水文長觀鑽孔6個，分別是主風井連巷觀測孔1個，軌道上車場觀測孔2個，北翼集中巷觀測孔2個，南翼集中巷觀測孔1個。
③ 軌道上山避難硐室2個壓力，2個流量。
根據礦方所提供信息，計劃在臨漳煤礦建立
① 在技術科或調度室建立礦井水文監測係統地麵中心主站2套(監測主站、備用主站各1套)。
② 在中央泵房建立明渠流量監測點2個，排水管道流量監測點2個，水倉水位監測點1個。
③ 在井下建立水文水文長觀鑽孔壓力監測點各5個，分別是軌道上車場2個壓力溫度監測點，南翼集中巷1個壓力溫度監測點，避難硐室2個。
④ 在井下北翼集中巷建立壓力監測點2個。
⑤ 在軌道上山避難硐室建立放水管道流量監測點1個。
注：所有設計方案中的管道流量監測點根據礦方安裝條件可隨時調整。
臨漳礦水文監測信息共計：係統主站2套，明渠流量監測點2個，排水管道流量監測點2個，水倉水位1個，水文長觀鑽孔壓力測點共計5個，避難硐室壓力測點2個、管道流量監測點1個。
(南翼集中巷水文鑽孔、避難硐室旁邊鑽孔、放水孔正在施工)
礦井水文示意圖如下：
礦方采用通訊電纜方式進行數據傳輸，具體方案示意圖如下：
3.4 係統主要技術參數
(1)水位測量範圍：0—500m，測量精度：2cm，分辨率：0.5cm;
(2)水壓測量範圍：0Mpa—10 Mpa，測量精度：0.1%F.S，分辨率：0.01Mpa;
(3)溫度傳感器測量範圍：0～+70℃，測量精度：0.5℃，分辨率：0.2℃;
(4)明渠流量測量範圍：3.5—1000 m3 /h，分辨率：0.001 m3 /h 精度：5%;
(5)管道流量測量範圍： 5—600 m3 /h，分辨率：0.001 m3 /h 精度：2%;
(6)測量時間間隔：1分鍾～24小時;
(7)儀器工作溫度：-20～+60℃;
(8)數據暫存容量：5200組數據;
(9)分站操作方式：中文菜單式;
(10)井下分站防爆形式：本質安全型;
(11)數據處理軟件操作模式：漢字菜單式;
(12)主站平台：WINDOWS 98/2000/XP;
(13)數據通訊距離：地麵采用GSM無線方式，通訊距離不受限製，井下通訊采用有線方式，通訊距離≤15km。
3.5係統應用的社會效益
本礦井水文監測係統方案實現了高精度、自動化、網絡化及可靠運行，所提供的實時監測、數據采集、數據傳輸、數據分析與處理、報表生成及輸出、局域網絡瀏覽和查詢等功能，可以幫助管理人員和水文及安全工程師準確的實時監控水文動態，確保這些異常得到及時處理。同時借助於該係統能夠非常方便地對水文動態中各個參數之間變化的因果關係進行細致的分析和評價，為預測潛在的安全隱患提供了強有力的分析手段，可大大提高井下水災預防能力，為生產管理和災害防治提供科學依據，並可顯著提高我礦礦井水文監測工作的現代化水平。
該係統建立後，對掌握和分析地下水規律、以及水位的超限報警和水位趨勢預測預警分析、指導防治水害工作，保證煤礦安全生產具有重要意義，。
該係統投入使用後，可以在監控主站的計算機上對全礦井下各監控點的水文參數進行監測，同時，有關領導也可在自己辦公室的計算機上通過局域網瀏覽、查詢相關數據，及時了解礦井水文變化動態。再無需工作人員現場監測，大大減少測試工作量，提高工作效率，節省大量的人力、物力和財力，具有明顯的經濟效益。
3.6 服務承諾
(1)安裝及售後
1.1 在設備運到後立即派技術人員協助礦方進行現場安裝、調試和試運行。
1.2 係統正常運行後對使用人員進行培訓。
1.3 設備安裝調試完成後，買方應組織相關人員對設備進行正常驗收，因買方不能正常驗收所造成的經濟損失由買方負責。
1.4我方建立快速反饋係統，對發現的產品質量異議，在質量保證期內保證在24小時內做出技術響應，3日內做出完整的實質性解決方案，一周內保證修複和更換。
1.5 因買方原因導致所供貨物不能夠滿足產品說明書或合同規定的性能和效用時，我方將提供有償的售後服務。質量保證期內收費標準不高於同類服務市場價格的50%，質量保證期屆滿後至貨物保用期屆滿前，收費標準不高於同類服務市場價格的80%。
1.6 買方在質量保證期內和貨物保用期就我方所供貨物發現的缺陷、瑕疵，以書麵形式通知我方，收到通知後我方將按規定進行維修或賠償。如我方收到通知後沒有在規定的時間內，以合理的速度彌補缺陷、瑕疵，買方采取必要補救措施所產生的風險和費用由我方承擔。
(2)保證
2.1 我方將在合同生效後60日內供貨(不可抗力除外)。
2.2 我方保證所供貨物免費保修1年。
2.3 我方保證所供貨物是全新的、未使用過的。是我公司的最新型號。
2.4 我方保證對買方提供的有關合同或任何合同條文、規格、計劃等資料在履行合同的範圍內進行嚴格保密。
2.5我方保證保質期內軟件免費升級
