KJ514矿井水文监测系统
设
计
方
案
山东诚德电子科技有限公司
二0一三年七月
1. 项目意义
在传统的矿井水文监测方法中，采用人工携带仪器进行测量和记录的方法进行监测。
传统的监测方法对于所需要的监测数据不能进行实时的监测，而且借助人工来实现这一系列数据的记录和管理，工作量将是极为巨大的，而且容易出现错误，数据间断，造成管理上的混乱。
在无法得到准确、连续、实时的数据和分析结果的情况下，对相关管理部门的科学、迅速的决策造成了很大的难度。
在办公自动化和管理信息化的趋势下，这种落后的操作不利于建设现代化矿山的发展，达不到矿井防治水害的要求。
2. 项目设计依据
(1) 保障**煤矿安全生产、及时防治水害的需要
地下水的动态变化，能直观地反映含水层的水文地质条件，长期监测矿井主要充水含水层对防治矿井水害发生具有重要意义。
及时掌握水文动态，可以达到对水害事故的早发现、早预报、早防治，保障煤矿的安全、正常生产。
(2)**煤矿水文地质类型(“中等”型)
晋城煤监局《**矿业有限公司水文地质类型划分报告》显示，**矿水文地质类型为“中等”型。
(3) 《煤矿安全规程》(国家安全生产监督管理总局，2011)要求
第252条规定，水文地质条件复杂的矿井，必须针对主要含水层建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预测分析。
并制定相应的“探、防、堵、截、排”等综合防治措施。
(4) 《煤矿防治水规定》(国家煤矿安全监察局，2009年)要求
第19条：矿井应当建立水文地质信息管理系统，实现矿井水文地质文字资
料收集、数据采集、图件绘制、计算评价和矿井防治水预测预报一体化。
建立水文地质信息管理系统，可以提高防治水工作效率，提高防治水工作决策水平。
第108条：进行水体下采掘活动时，应加强水情和水体底界面变形的监测。
地表水情监测一般包括：水位、水质、流量和汛期降雨量变化等；地下水情监测包括：水位、水质和水温变化等。
水体底界面的变形监测主要在地表水体底界面进行。
有条件的矿井应设立水情自动监测系统。
(5) 保护生态环境的需要
利用该系统可评估煤炭开采过程中对地下水资源的影响，及早采取措施避免造成对生态环境的影响。
(6) 《山西省煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》（晋煤安发[2012]715号）的规定
防治水安全质量标准化标准及考核评分表附表A.4中明确要求，水文地质条件中等及以上的矿井都必须建立水文观测系统（承压开采的矿井，必须建立地下水文动态观测系统），并按规定时间坚持观测和分析水情变化。
3. 项目实现的系统功能及特性
（1）、井下各水文参数实时监测、实时传输及超限报警。
（2）、建立**煤矿矿井水文数据库。
（3）、实现了现场数据的实时在线传输，及时掌握井下井上水文情况。
（4）、支持局域网客户端模式及WEB用户浏览器模式的数据共享
（5）、专线/工业环网的传输方式，适合于井下恶劣的工作坏境，保证系统的稳定工作。
（6）、使用防水航空接头，安装维护简单，防水、防尘性好。
（7）、强大的软件分析功能，具有多参数曲线同时绘制功能及统计直方图功能
⏹可以查看一台分机一段时间的曲线变化情况。
⏹分析钻孔水位、水压、流量等参数的变化率情况曲线。
⏹分析统计一段时间的流量值等。
（8）、专线/工业环网实时数据传输，解决了以往煤矿安全系统布线复杂，维护成本高等缺点。
（9）、传输方式包括can总线模式，以太环网（TCP/UDP等）传输模式以及光端机转换，满足煤矿当前的传输要求，以及今后的升级。
（10）、双机热备份以及备用电源保证系统运行的稳定性和可靠性。
（11）、分布式网络结构，实现了部分仪器故障不影响系统运行，同时系统具有良好的可扩展性。
4. 矿井水文监测系统概述
“矿井水文监测系统”，是根据根据煤矿发展需求，针对煤矿水害问题突出的现状，为加强矿井水文地质基础、建立健全煤矿水害预测预报制度等工作，而研发的水文自动观测的实时在线远传系统，实现现场数据在地面计算机绘制实时曲线、生成数据报表、网络数据共享。
该系统是一种矿用数据采集监测装置。
系统包括地面水位遥测系统，地面监测服务器、监测通讯分站和各种监测仪器：如明渠流量监测仪、水压监测装置。
可以对矿井上下的水文情况进行实施监测，包括流量、水压、水位（温）、涌水突变、野外长观孔水位等采集各种测量数据。
所有井下数据通过总线（或工业环网）传至地面微机，由微机进行数据分析，打印报表，绘制历史曲线。
野外钻孔水文自动遥测系统在无人职守的情况下，能够全天候自动定时测量野外钻孔水位、水温，所有数据借助GSM全球移动通讯系统上传到监测主站，通过调度监控室的监控服务器对观测点的数值进行监测，提供实时监测数据，对监测数据进行数据分析，绘制历史曲线，打印报表。
支持局域网在线模式和信息共享，达到指
导安全生产的要求。
矿井水文监测系统示意图组网方式（任选一种）
➢工业以太环网传输
➢总线型
➢光端机传输
5. 系统硬件技术指标
5.1系统性能指标
1 ）最大监控容量
a) 系统最大接入分站的数量：128台；
b) 每台分站最大接入的传感器数量：8-16台。
2）模拟量输入传输处理误差：模拟量输入传输处理误差≤1.0%。
3）最大巡检周期：系统最大巡检周期不大于30 s。
4）画面响应时间：调出整幅画面85%的响应时间不大于2 s，其余画面不大于5 s。
5）误码率：误码率不大于10-8。
6）双机切换时间：从工作主机故障到备用主机投入正常工作时间：≤5 min。
7）备用电源工作时间：在电网停电后，备用电源能保证系统连续监测时间不小于2 h。
8）存储时间：系统可将测点信息进行保存1年以上时间。
9）传输与供电距离
分站与传感器之间的最大传输距离2000 m；
5.2各产品技术指标
（1）矿用本安型流量监测仪
YHL100流量监测仪是对煤矿井下明渠内的水流量或其他涌水点的水流量进行自动测量和显示、通信的集微电脑技术和计算机技术于一体的自动化监测设备。
主要用于矿井下水流量自动测量、实时本地显示及实时数据传输。
技术指标
◆供电电源：
独立工作时：干电池组（1号R20四节串连）；
工作电压为 6VDC 工作电流为：＜100mA
与关联设备连接时：本安电源供电；
工作电压为18VDC 工作电流：﹤100mA。
最高输入电压Ui:19VDC；最大输入电流Ii：900 mA;
最大内部电感Li:2mH；最大内部电容Ci:2.2uF
◆量程：0～100m3/min 误差：±4 m3/min.
◆显示方式：4位LED
◆启动显示：按键启动
◆通信制式：200～1000Hz，高电平：≥3V，低电平：≤0.5V；正负脉
冲宽度：≥0.3ms
◆外壳防护等级： IP54
根据实际情况，当明渠不适宜使用巴歇尔槽时，改选用堰板式。
（2）矿用本安型水压监测仪
YHY10矿用本安型水压监测仪（以下简称监测仪）是在煤矿井下实时监测水压观测孔及管道水压。
监测仪自动测量水的压力，可通过矿用本安型数据采集仪
设定参数、启动分机、标定零点，并通过矿用一般兼本安型数据传输接口与计算机连接进行数据处理。
（3）矿用本安型水位(温)传感器
GUY50矿用本安型水位（温）传感器（以下简称传感器）是在煤矿井下实时监测水仓及水文钻孔等的水位。
传感器具有自动测量水位（温）值并实时显示和信号传输。
（4）矿用本安型监测通讯分站
KJF12矿用本安型监测通讯分站（以下简称通讯分站）是我公司在线监测系统通信的一部分，作为数据通讯的转接站。
通讯分站实现井上计算机与井下各
监测点的交互通信，完成计算机对井下数据的采集。
（5）矿用本安型数据转换器
电气性能
a) 额定工作电压：12.0V.DC；
b) 工作电流：≤200 mA。
c)转换误差：≤0.5%。
监测仪输出的频率信号，经光电隔离电路，转换器检测到输入信号，将其转换为分站可识别信号，实现信号的转换与隔离。
传感器接线示意图如下。