王國強+劉鵬

摘要：我國是一個水害多發(fā)的國家，又是一個以煤炭為基礎能源的國家。礦井水害是關系到國計民生的重大問題，它不僅干擾了煤礦的正常生產(chǎn)，而且會造成人員傷亡，因此必須完善礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)。 礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)是針對目前煤礦防水治水存在的問題（傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方式需要耗費大量的人力和時間，并且容易將人為誤差引入測量中，影響測量的精度，進而影響對數(shù)據(jù)的分析，造成預報災害不利的后果）研究設計的一種智能監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)；2.4GHZ無線傳輸；樹狀星型網(wǎng)絡拓撲結構

隨著資源緊缺，煤礦開采深度加深，水害成為主要的災害之一，2006年1月1日至2014初，全國共發(fā)生重大透水事故二百余起，給礦工生命安全和國家財產(chǎn)帶來嚴重危害，水害已成為煤礦開采過程中的第二大災害。因此，建立一套完整的礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)對煤礦地下水的實時監(jiān)測和預警、預報系統(tǒng)顯得尤為重要，對指導礦井生產(chǎn)和礦井水害的防治具有十分重要的意義。

本研究成果分為礦井井上和井下兩部分，采用樹狀星型網(wǎng)絡拓撲結構。

井上部分為地面水文長觀孔的水位、水溫監(jiān)測，地面水位水溫遙測自動記錄混合分站采集水位和水溫數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到主站微機，進行數(shù)據(jù)處理。

井下部分利用水文監(jiān)測分站進行數(shù)據(jù)采集，通過專用通訊電纜或井下環(huán)型以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬷行恼?，再通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到水文監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

基層部分采用物理三層結構，分別稱為數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)處理層（實時監(jiān)測主站），水文數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡發(fā)布層?；鶎訑?shù)據(jù)通訊可以采用光纖或者專用通訊線，礦井以太網(wǎng)。

主要功能是水文孔基本資料的輸入、多參數(shù)水文數(shù)據(jù)的采集、水文數(shù)據(jù)的查詢、水文數(shù)據(jù)的可視化、水位趨勢分析以及異常情況報警等，系統(tǒng)以礦井水文信息的查詢和分析為核心，提供了輸入編輯、查詢、分析、輸出等實用而豐富的管理功能。核心任務是：為進行切實可行的礦井水害預測預報提供可靠的數(shù)據(jù)來源與趨勢分析。具有：測點定義自動識別；數(shù)據(jù)實時顯示；歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢；用戶權限分級分類設置等功能。

網(wǎng)絡發(fā)布系統(tǒng)能自動識別水文監(jiān)測系統(tǒng)測點定義的變化，如新增測點、改變、刪除等；由實時監(jiān)測系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)以后，系統(tǒng)可自動不斷更新實時數(shù)據(jù)頁面；人員通過局域網(wǎng)，用瀏覽器即可及時方便的瀏覽各測點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)畫面；水文數(shù)據(jù)的歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，查詢結果可以通過列表形式顯示也可以通過曲線圖直方圖的形式顯示；用戶分類和用戶權限設定功能，用戶登錄時進行身份驗證從而確定該用戶的網(wǎng)絡權限，可以進入用戶管理界面進行系統(tǒng)網(wǎng)絡用戶的設定，普通用戶則直接進入查詢界面。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)設計思路：通過現(xiàn)代化工業(yè)以太網(wǎng)，將霍州煤電集團下屬礦區(qū)與霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)采用無線方式并網(wǎng)，也可以采用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)并網(wǎng)集中顯示。建設為高標準、自動化、統(tǒng)一管理的現(xiàn)代化礦井。建成各礦水文監(jiān)測系統(tǒng)后通過TCP/IP協(xié)議，連接的方式將各礦采集到的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)整體匯總成統(tǒng)一的管理框架可觀看查閱。

主站安裝在各使用單位地測科或者信息調度中心，對各礦水文地質工作提供參考依據(jù)，主站部分主要由工控機、UPS電源、數(shù)據(jù)轉換模塊、打印機、顯示器等組成，主站上需要安裝礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)軟件B/S版本，承擔數(shù)據(jù)采集及上傳功能。

具體根據(jù)煤礦井下環(huán)境及地質構造，選擇需要監(jiān)控的水文參數(shù)，目前礦井水文監(jiān)測工作主要監(jiān)測以下內容，系統(tǒng)根據(jù)實際情況選擇：

系統(tǒng)軟件實際物理組成，主要包括操作系統(tǒng)部分、辦公軟件部分、數(shù)據(jù)處理部分、網(wǎng)絡發(fā)布部分和煤礦自動化控制系統(tǒng)集成部分。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)是利用計算機技術、通訊技術、傳感器技術解決礦井水害防治問題，是多學科領域與水文科學相結合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享、礦井水害預警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進行監(jiān)測，從而能夠及時掌握水文動態(tài)，達到對水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的硬件部分研究內容主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統(tǒng)和水文監(jiān)測主機等，系統(tǒng)可以通過傳感器和遙測分站將地面或井下采集到的各種水文實時數(shù)據(jù)，使用工業(yè)以太網(wǎng)，按照設計的通信協(xié)議，將各觀測點的水文數(shù)據(jù)傳輸、處理并存儲到水文信息數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)的軟件部分研究內容主要有：水文數(shù)據(jù)的實時采集、組織與數(shù)據(jù)庫建立、水文數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)發(fā)布以及智能預測預警功能的實現(xiàn)。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)，采用有線傳輸和無線傳輸兩種傳輸方式，有線傳輸采用光纖、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN總線、礦井電話線等傳輸方式。無線通過2.4G無線技術，GPRS網(wǎng)絡傳輸方式。2.4G無線技術，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間，這個頻段是國際規(guī)定的免費頻段，是不需要向國際相關組織繳納任何費用的。這就為2.4G無線技術可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無線技術不同于之前的27MHz無線技術，霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)采用2.4G無線技術，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優(yōu)勢。

結語

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享、礦井水害預警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進行監(jiān)測，從而能夠及時掌握水文動態(tài)，達到了對水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

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