水文監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用分析

李海鵬

【摘 要】古書院礦開采時間長，采空區(qū)范圍面積大，裂隙發(fā)育，開采水平已延深至15號煤層，上覆老空區(qū)積水隱患日益突出，15號煤層基底奧陶紀(jì)石灰?guī)r含水層富水性強(qiáng)，局部區(qū)域?yàn)閹洪_采。因此，必須掌握我礦井田范圍的水文地質(zhì)情況，才能保證煤礦安全生產(chǎn)。水文監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、具體、實(shí)時地為我們提供第一手資料，為礦井生產(chǎn)過程中防治水工作的實(shí)施有據(jù)可查。

【關(guān)鍵詞】水害因素；井下涌水監(jiān)測；地面遙測；排水量；涌水量

1.主要水害因素

古書院礦生產(chǎn)主要影響的水害因素主要有采空區(qū)積水、奧灰承壓水。

1.1采空區(qū)積水

采空區(qū)積水（包含小煤窯采空區(qū)積水）。

1.2奧灰承壓水

15#煤層基底奧陶紀(jì)石灰?guī)r承壓水。

2.水文監(jiān)測系統(tǒng)的安裝與使用

水文監(jiān)測系統(tǒng)主要設(shè)備分三部分：主站、分站、井下監(jiān)測儀。工作原理是：

主站設(shè)在地面，用于接收和顯示各個監(jiān)測分站的實(shí)時數(shù)據(jù)，并整理、打印各種報(bào)表。分站使用雙CPU工作，兩個CPU分別與井上計(jì)算機(jī)（主站）和井下監(jiān)測儀通信，同時共享內(nèi)存數(shù)據(jù)并循環(huán)顯示各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)分站接收到計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)命令，則打包內(nèi)存數(shù)據(jù)并發(fā)送至主站。井下監(jiān)測儀主要是通過傳感器接收信號，然后連接數(shù)據(jù)采集儀通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，將信號傳輸至分站，同時實(shí)地顯示各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)。

我礦根據(jù)監(jiān)測目的不同分三處安裝使用：

2.1地面監(jiān)測

井上水文監(jiān)測點(diǎn)設(shè)在污水處理一、二、三廠，井下排水通過管道直排污水處理廠，超聲波傳感器安裝在直排管道上。

超聲波傳感器的大致工作原理是：

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下面表達(dá)式：

V=×

θ為聲束與液體流動方向的夾角

M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

D為管道內(nèi)經(jīng)

Tup為聲束在正方向上的傳播時間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間

△T=Tup-Tdown

流量公式：Q=V*T

Q為流量

V為流速

T為時間

傳感器采集數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，上傳信號至分站，分站再上傳至主站，主站接收、顯示排水量。

監(jiān)測排水量主要有三個用途：

2.1.1調(diào)節(jié)排水

井下三個開采水平均有直排管道通往污水處理廠，不同的管道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，反應(yīng)了各水平的排水量。井下排水管路已形成網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某處水量增大，排水管路不能滿足要求時，可以通過閥門控制調(diào)節(jié)水量，完成排水。

2.1.2調(diào)整設(shè)備

通過對排水量監(jiān)測，可以得知各排水點(diǎn)的排水設(shè)備（水泵、電機(jī)、排水管路）是否滿足要求，或是否存在大馬拉小車的情況，以便調(diào)整排水設(shè)備，使其在滿足排水要求的情況下杜絕浪費(fèi)。

2.1.3驗(yàn)證分析

通過排水量與涌水量的數(shù)據(jù)對比，結(jié)合井下排水設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況來分析排水量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

2.2井下涌水監(jiān)測

監(jiān)測井下涌水量的變化是水文監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)之一，我們在是三個開采水平的中央水倉、各盤區(qū)水流匯總點(diǎn)、地面水下滲井下長期穩(wěn)定的出水點(diǎn)安裝了水文監(jiān)測設(shè)備。井下水文監(jiān)測設(shè)備分明渠流量監(jiān)測設(shè)備和管路流量監(jiān)測設(shè)備，管路流量監(jiān)測與地面管路監(jiān)測原理一樣。

明渠流量監(jiān)測的工作原理是：

整理一段明渠，明渠壁、底要求平整，然后按其尺寸加工一薄型堰板，讓水流流經(jīng)一個標(biāo)準(zhǔn)的幾何圖形（堰板），水的流量和堰板上游的液位具備下面的關(guān)系 Q=CHn， 公式中的系數(shù)C和指數(shù)n因堰板的幾何圖形而異。對于固定的標(biāo)準(zhǔn)堰板，水的流量只跟水槽上游的液位H有關(guān)，所以我們只要測出水槽上游的液位（液位的測算通過傳感器測算），就可計(jì)算出水的流量。

2.3地面遙測

主要是監(jiān)測水文觀測孔水位的變化，水文觀測孔出水層位是奧灰?guī)r含水層，位于15#煤層底板以下。通過監(jiān)測水文觀測孔可以實(shí)時掌握礦井奧灰含水層的水位，水量等實(shí)時變化情況，結(jié)合地質(zhì)資料，可以劃分出15#煤層的帶壓開采區(qū)，為礦井帶壓開采提供預(yù)警提示，達(dá)到對水害的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處理的效果；長期觀測其水位，就能發(fā)現(xiàn)水位與降水的時間關(guān)系以及地下水的周期性變化等規(guī)律。當(dāng)然，由于安裝使用時間太短，還無法從水位的變化反映以上規(guī)律。只有通過幾年甚至十幾年的觀測數(shù)據(jù)，才能發(fā)現(xiàn)其復(fù)雜的變化規(guī)律。

3.監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1井下水文監(jiān)測系統(tǒng)從2012年8月開始運(yùn)行，683水平涌水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：

說明：683水平是最上層的開采水平，涌水量與大氣降水、地表水關(guān)系最為密切。我地區(qū)每年7-9為雨季。

通過數(shù)據(jù)分析：

（1）683水平涌水量峰值滯后大氣降水峰值。

（2）683水平涌水量具有周期性變化。

3#煤四盤區(qū)水倉明渠流量近期監(jiān)測如下：

3#煤四盤區(qū)水倉明渠安裝流量儀主要監(jiān)測閻莊煤礦等小煤礦積。今年5月至7月8日之前，監(jiān)測水量在45-50m3/h，7月9日水量為55m3/h水，10日水量為58-60m3/h，之后趨于穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)分析：

（1）我市7月8日之前監(jiān)測水量較穩(wěn)定，是因?yàn)榻邓疀]有入滲至井下，7月9日水量略有增大，說明大氣降水入滲至井下。

（2）根據(jù)該處涌水量增大時間與其它直接受大氣降水影響地點(diǎn)涌水量增大時間對比，說明各處入滲條件（地表植被的覆蓋狀況、地形、巖石的透水性、導(dǎo)水通道等）不同，決定了礦井涌水量變化時間不同。

3.2水文觀測孔數(shù)據(jù)分析

水文觀測孔水位變化曲線如下圖：

數(shù)據(jù)顯示奧陶紀(jì)石灰?guī)r含水層水位在3月份至7月份呈下降趨勢， 7月份至10月底，水位呈上升趨勢，10月底至現(xiàn)在水位呈下降趨勢。因?yàn)橛^測時間只有1年，不能說奧灰?guī)r含水層水位變化稍稍之后于雨季。也不能因?yàn)槎烧扑挠^測孔水位總是高于牛山水文觀測孔，就武斷地認(rèn)為它們一定具有水力聯(lián)系。因?yàn)閹r溶水的分布不均一，不能通過兩個觀測孔就得出太多規(guī)律，要想準(zhǔn)確掌握我礦區(qū)域巖溶水的規(guī)律，必須有足夠密集的水文鉆孔資料，因此，我們需結(jié)合礦區(qū)分布的水源井資料來掌握奧灰?guī)r含水層的規(guī)律。當(dāng)然，由于兩個水文觀測孔處在15#煤西翼及其附近，其水位仍可作為15#煤西翼劃分區(qū)域帶壓的重要依據(jù)。

總之，水文監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用中，基本能夠監(jiān)測水位的變化，為啟動水害預(yù)警提供依據(jù)，但其精確性、穩(wěn)定性有待提高。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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