传感器在矿井水害防治中的应用

2022-12-19

矿井水害是矿井的致命灾害, 严重威胁着矿井的安全生产, 有时会造成巨大的经济损失和人员伤亡, 随着矿井水害问题的日益突出, 矿井防治水研究将会越来越占有其重要的地位。目前我国大多数矿井水位、水压等重要参数的监测都是靠人工进行观测[1], 定期进行人工测算, 稍有疏忽, 就会发生事故, 同时也不便于管理。因此, 对于如何保证安全作业己成为大水矿区亟待解决的首要问题。针对这个问题, 现有将传感器液位传感器系统应用于矿井谁害的防治工作中的实例。该系统可对煤矿井下几个至上百个分布式水文观测孔的水压、水位进行“一线多点”形式的超远距离地面集中实时监测。采用高速数据交换技术, 系统具有最佳的实时性。实时监测数据能及时反映当前矿井不同地质层位的水压、水位及动态变化情况, 通过取得的大量监测数据和组织管理经验, 以便及时采取防治措施, 防患未然, 为加强煤矿安全生产和防治水工作提供准确可靠的依据。传感器体统的使用实现了远程矿井水压、水位实时监测, 有很好实用性和可靠性, 为大水矿区建立水害防治保障体系提供了重要的手段, 全面推广使用并尽快健全矿区地下水动态观测网, 对解决煤矿安全生产、预防水害发生将有着极其重要的意义。

1 传感系统的组成

矿井水压实时监测传感系统的地面监测中心站是由计算机、打印机、远程数据通信设备及系统软件 (含系统控制、数据通信、数据处理等应用软件) 组成[2]。井下子站 (水压测量点) 主要由井下水压/水位数据采集单元、高精度压力/液位变送器、远程数据通信单元、井下防爆电源、子站壳体安全保护罩等组成。系统包含1～256个子站。系统的组成如图1所示。

2 传感系统的设计及特点

矿井水压实时监测传感系统原理是采用总线网络拓扑结构方式连接几个至上百个水文观测孔上的子站, 子站将水压模拟信号转换成数字信号, 存储并通过井下远程通信适配器及通信电缆MHYVRP传输到地面监测中心站。

根据现场实际需要, 将压力变送器安装在水文长观孔中或井下泄水管口并配备相应的子站, 子站壳体设计是防水全密闭结构。距离太远或子站数量太多时, 可通过中继器扩展子站距离和数量。子站的电源设计采用了不间断防爆电源装置, 将AC127V变换为DC12V供给子站, 当电源装置出现故障时自动切换子站内部电池供电, 子站电原理框图见图2所示。地面监测中心通过远程有线通信网络系统对井下子站进行有效控制, 实时地监测并记录矿井所有观测点的水压、水位值及其变化情况。系统自动将实时水压数据进行整理、编辑添加至已建立的矿井水文水情数据库需要生成相关的年月日报表、数据曲线、进行水文地质数据资料管理及打印输出结果。

系统设计采用了基于现场工业控制总线技术, 所有子站均由内置计算机系统控制, 完成水压/水位数据的采集、转换和存储。通过有线远程通信单元并按系统约定通信协议实现数据的远程传输, 为监测中心提供实时监测数据。

系统支持井下监测点距离超过10km或带载容量超过10个子站的扩展, 二次扩展传输距离≥5km;带载容量10个子站。图1所示的中继器连接设计, 其目的是对信号进行放大、数据透明转发、延长通信距离和扩展子站数量, 保证现场实际监测点距离的需要。

系统压力变送器实际安装位置的选择, 要应用相关物探技术[3], 如直流电法仪, 音频电穿透仪, 瞬变电磁法等方法, 结合钻探资料, 在预测可能发生突水的部位来安装, 通常方便的安装方法是选择井下泄水管口。

3 传感器系统功能及特点

该系统具有量程大、测量精度高、实时性最佳、超远距离数据传输可靠、人机界面友好、操作简便和无人职守可智能化工作等特点[4]。系统的主要功能如下。

(1) 对各地点、各参数、各时间单位传感器所接收的数据进行测量。

(2) 完成地面中心站与各子站数据的传输, 主机能实时地接收由各子站采集来的数据, 并进行实时处理。

(3) 通过地面中心站可以观察所有井下监测点的实时水压情况, 并以图形画面直观显示监测系统中的观测数据。

(4) 监测点的年、月、日曲线显示和数据报表显示, 自动生成系统中监测数据的报表, 可打印年、月、日报表和对比报表、曲线, 以及柱状图打印、柱状对比图打印。

4 结语

矿井水压实时监测系统在多个矿井的工业性试验, 受到了现场技术人员的高度评价。下一步可以将该系统功能进行扩展, 利用该系统的超远距离数据传输和控制技术, 研究开发出矿井突水预测和预报系统。目前, 我们对如何扩展其监测内容进行分析、论证和试验。通过选择不同类型的传感器, 就可达到对多个监测内容的数据变化特征进行综合分析和研究, 实现对矿井监测部位突水的可能性进行准确的预测和预报。

摘要：矿井水害是矿井的致命灾害, 严重威胁着矿井的安全生产, 现有将传感器液位传感器系统应用于矿井谁害的防治工作中的实例在文中做简述。

关键词：传感器,矿井,水害