水文监测设计方案(改)

内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司 不连沟煤矿不连沟煤矿 KJ117KJ117 水文监测系统水文监测系统 设设 计计 方方 案案 建设单位：建设单位： 使用单位：使用单位： 安装单位：安装单位： 编制：中煤科工集团西安研究院有限公司编制：中煤科工集团西安研究院有限公司 日期日期: 2015 年年 月月 日日 项目名称：项目名称：不连沟煤矿KJ117水文在线监测系统 建设单位：建设单位：内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司 安装单位：安装单位：中煤科工集团西安研究院有限公司 项目实施时间：项目实施时间：2015 年 月2015 年 月 项目负责：项目负责： 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司： 中煤科工集团西安研究院有限公司：张 涛 秦 龙 成成 员：员：内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司： 中煤科工集团西安研究院有限公司： 张 涛 秦 龙 报告编制：报告编制： 秦 龙 张 涛 审审 核：核： 张 涛 所所 长：长： 王永胜 总工程师：总工程师： 院院 长：长： 董书宁 报告提交时间：报告提交时间：2015 年 3 月 第 1 页 共 38 页 目目 录录 1 1 前言前言 .2 2 1.1 背景和需求 .2 2.2.项目概况项目概况.2 2 2.1 项目意义 .2 2.2 项目目标 .4 2.3 监测系统技术说明 .4 3 3 矿井概述矿井概述 .6 6 3.1 基本情况 .6 3.2 位置、交通 .6 3.3 地形地貌 .9 3.4 气象、水文、地震 .10 4 4 水文地质条件水文地质条件 .1111 4.1 含（隔）水层 .11 4.2 地表水与地下水之间的关系 .15 5 5 煤矿煤矿 KJ117KJ117 水文监测系统介绍水文监测系统介绍 .1515 5.1 系统组成与原理 .15 5.2 系统各组成部分介绍 .17 5.3 系统主要功能 .22 5.4 系统特点 .25 5.5 系统技术指标 .26 6 6 系统的优点及可以解决的问题系统的优点及可以解决的问题 .2828 6.1 可以解决的问题。 .28 6.2 系统的优点 .28 7.7.施工组织设计施工组织设计.2929 7.1 指导思想原则 .29 7.2 施工方案、设计 .29 7.3 所需主要设备、项目内容、主要项目量 .31 7.4 施工技术要求 .33 8 8 售后服务承诺和服务计划售后服务承诺和服务计划 .3636 8.1 售后服务承诺 .36 8.2 售后服务计划 .36 第 2 页 共 38 页 1 1 前言前言 1.11.1 背景和需求背景和需求 煤炭是我国最重要的一次能源，煤炭工业是我国民经济的主要 基础产业，对国家经济发展起着重要的作用。但是以煤炭资源为生 的煤矿企业，由于矿井资源赋存条件特殊加之掘进不断延伸和开采 深度增加，面临着十分严峻的安全生产问题。煤矿三大灾害之一的 矿井水害是煤矿安全生产的主要危险源，是造成矿难事故的重大隐 患。 长期以来，由于缺乏先进技术装备的支持，我国煤矿防治水技 术发展缓慢，许多水文地质条件复杂的大水煤矿因此难以有效开展 防治水工作。目前，国内许多煤矿仍然采用传统手工方式，在范围 狭小区域提取性质单一、不连续且数量有限的数据开展防治水工作， 但是，由于手工提取的数据缺乏实时性、准确性，很难客观地反映 整个矿井水情动态变化情况，因而使从事防治水工作的专业人员很 难有效地进行水情水害的评估、预测、预报。因此，建立煤矿水情 动态实时监测系统，对煤矿重大危险源进行在线监测，动态跟踪， 实时发现重大事故隐患，进行及时排查对煤矿防治水工作来说是非 常必要，也是非常迫切的。煤矿水情动态实时监测系统的建立将有 利于促进煤矿安全预警体系的完善，对保障煤矿安全生产具有极其 重要意义。 2.2.项目概况项目概况 第 3 页 共 38 页 2.12.1 项目意义项目意义 在现代化的矿井水文监测方式出现以前，传统的水文监测方式 还停留在人工记录手工查询纸张保存等阶段。一般要为某个水 文观测点添加信息需要繁琐复杂的手工录入。当要查询某一方面的 信息，则要从大量的信息中查询翻阅，处理过程费时费力，达 不到矿井防治水害的要求。 不连沟煤矿水文实时监测系统设计主要是基于以下因素： (1) 保障不连沟煤矿安全生产、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。 (3)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 第 4 页 共 38 页 立水情自动监测系统。 (4) 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。 2.22.2 项目目标项目目标 本项目研究的目标是采用先进的传感器技术和数据通讯技 术，为 不连沟煤矿建立一个精度高、实时性强、运行可靠、自动 化高，能够连续长期测量并利用计算机分析、辅助决策的水文实 时监测系统，及时掌握地下水动态、全矿井各涌水点状况，保障 不连沟煤矿的安全、正常生产 。 本次矿井水文实时监测系统监测项目主要有以下 4 部分： 不连沟煤矿井下排水渠流量实时监测。 不连沟煤矿井下抽排水管路流量实时监测 不连沟煤矿井下钻孔压力实时监测。 不连沟煤矿地面钻孔水位实时监测。 2.32.3 监测系统技术说明监测系统技术说明 矿井水文监测系统(KJ117)是建立现代矿山数字化管理系统，煤 矿矿井防治水工作不可缺少的组成部分；其主要用于对煤矿井下常 观孔水压、水温、放水孔流量、水仓排水管道流量、排水明渠流量 及煤矿地面水文孔水位、水温等进行实时自动监测、监控、记录， 并且可以对水仓泵房阀门进行远程监控及控制，实时水文数据由数 据库统一管理，通过企业内部局域网或 Internet 可方便实现煤矿 水文地质信息的矿、局等多级共享。并且可以通过 OPC 等网络技术 手段实现煤矿各个监测系统集成到一个系统中统一管理调度。以高 第 5 页 共 38 页 科技手段架构煤矿综合水监测体系，动态、准确、全面的掌握煤矿 生产过程中水文动态变化状况及规律，为有效做好煤矿防治水和煤 矿安全生产保驾护航。 建立矿井水文实时监测系统对提高煤矿防治水整体技术水平， 加强煤矿水害预警预防深入治理有着极其重要的意义。这套系统由 我院上个世纪 80 年代在国内率先（比水利部门提前约 10 年左右） 开始研发生产并推广使用，其后历经二十多年的改进、完善、提高， 目前已在大多数受水害威胁的矿井投入实际应用。 矿井水文在线监测系统的建立为矿井防治水工作起到十分重要 的作用，具体使用为： 水文在线监测系统的建立 数据的采集： 矿井地表相关河流日常流量，各含水层水位值，矿井日常排、供水 量 数据的处理 ： 日报表，月报表，年报表的生成；相关年月水文变化曲线的生成 专业技术人员进行水文数据分析，掌握矿井水文变化情况 为矿井安全生产制定相关生产方案 第 6 页 共 38 页 保障矿井安全生产，保障人员生命财产安全 3 3 矿井概述矿井概述 3.13.1 基本情况基本情况 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司是由中国华电煤业集团和 内蒙古蒙泰煤电集团共同出资组建的合资公司 （以下简称蒙泰不连 沟煤业公司） 。不连沟煤矿井田范围由 8 个拐点圈定，面积 33.2114km2，目前矿井煤炭勘探程度已达到精查，但是矿井水文实 时观测系统的建设尚不完善。 地下水的水位动态变化，能直观、系统地反映含水层的水文地 质条件。因此，长期监测多层含水层水位动态变化，掌握井田范围 内地下水动态变化规律，是了解水文地质条件变化，正确制定防治 水措施的基础工作。根据以往资料，不连沟煤矿先后施工过几个水 文孔，但是在勘探结束后已完全封闭。目前井田范围只有 2 个奥陶 系灰岩水文观测孔，但从未进行过水位观测，现状如何尚不清楚。 不能满足矿井水文地质条件探查和监测的要求，须有选择的在关键 含水层补充布置地面及井下水文地质观测孔，建立矿井水文动态长 期观测网络系统。 3.23.2 位置、交通位置、交通 不连沟井田位于准格尔煤田最北部，行政隶属准格尔旗东孔兑 乡，隔黄河北与托县为邻，东与清水河相望。地理坐标：东经 第 7 页 共 38 页 11116001112002；北纬 39554240 0000。 井田边界拐点坐标见表 2-1-1。井田南北最长处 7.97km，东西 最宽处 5.72km，面积 33.2114km2。 表表 2-1-12-1-1 不连沟煤矿井田拐点坐标不连沟煤矿井田拐点坐标 地 理 坐 标北京 54 直角坐标 拐点 编号 经 度纬 度X（m） Y(m) 11112000395657.60.40 21111922395657.30.30 31111830395542.70.00 41111600395542.66.30 51111600395745.50.50 61111844400000.10.00 71111915400000.00.20 81112002395920.00.90 不连沟煤矿周边主要有孔兑沟井田、唐家会井田、玻璃沟井田、 牛连沟煤矿、扶贫煤矿及小鱼沟煤矿等。不连沟煤矿与周边煤矿位 置关系详见图 1。 第 8 页 共 38 页 图图 1 1 不连沟煤矿及周边煤矿位置关系不连沟煤矿及周边煤矿位置关系 109 国道(北京-拉萨) 从井田中部通过，南距准格尔旗薛家湾 镇约 10km，距准格尔旗薛家湾镇丰准铁路集装站（丰镇准格尔旗） 11km。G109 国道与 S103 省道（呼市准格尔旗）相接。准格尔旗 薛家湾镇向西沿 G109 国道 150km 至鄂尔多斯市东胜区与 G210 国道、 包神铁路相接，以上公路均为一级柏油路面。随着鄂尔多斯市周边 旗县的发展，矿区交通条件便利，详见图 2 第 9 页 共 38 页 图图 2 2 不连沟煤矿交通位置图不连沟煤矿交通位置图 3.33.3 地形地貌地形地貌 井田位于鄂尔多斯黄土高原，呈典型的黄土高原地貌。地表被 广厚的黄土和风积沙大面积覆盖。只在较大的冲沟中才有基岩出露， 第 10 页 共 38 页 因受流水等自然营力作用，水土流失严重，树枝状冲沟十分发育， 形成沟壑纵横、沟深壁陡、支离破碎的复杂地形。地形总趋势是西 南高，东北低，海拔标高 1127 m1346m，高差 219m。 3.43.4 气象、水文气象、水文、地震、地震 3.4.1 气象气象 本区属大陆性干旱气候。冬季严寒，夏季温热而短暂，寒暑变 化剧烈，昼夜温差大，年平均气温 5.37.6，最低气温 36.3，一般结冰期为每年 10 月至翌年 4 月，最大冻土深度 1.50 m。降雨多集中在 7、8、9 三个月，占年总降水量的 6070。年总降水量为 231mm459mm，年平均降水量 408mm， 月最大降水量 247.5mm。年总蒸发量为 1824.7mm2204.6mm。本地 区无霜期约 150 天，初霜日为每年 9 月 30 日左右，积雪厚度 20mm150mm。区内受季风影响，冬春季多风，风速一般为 16m/s20m/s，年最大风速 40m/s。进入上世纪 90 年代，本地气候 有所变化。气温有逐年增高的趋势，且季节性温差也逐年减小，形 成夏季持续高温干旱现象，最高气温达 38。伴随着气温的干旱趋 势，地区性扬沙天气和沙尘暴次数增多。最严重的是 2000 年，沙尘 暴达 12 次之多，扬沙天气 7 次。 3.4.2 水文水文 井田内发育有大不连沟、小不连沟、不连沟、房塔沟、水涧沟 等，其支沟特别发育，多以向源侵蚀为主，横断面常呈“U”字型， 形成陡峻的峡谷，沟源及两侧多有泉水涌出，形成溪流，经不连沟 第 11 页 共 38 页 注入黄河。雨季多瀑发山洪，其流量大，时间短，水动力强，水土 流失严重，旱季沟口截流灌溉农田，但时有干涸。黄河从井田东缘 流过，为井田最大的地表水体。据黄河水利委员会头道拐水文站观 测资料，水位标高：最低 984.52m（1978 年 7 月 20 日） ，最高 990.33m（1981 年 9 月 26 日） ，河水流量最小 55.2m3/s（1980 年 6 月 27 日） ，最大 5150 m3/s（1981 年 9 月 26 日） 。年平均含沙量为 5.74 kg/m324.30 kg/m3。 3.4.3 地震地震 根据内蒙古地震观测资料记载，1976 年 4 月 4 日，在距本区越 100km 的和林格尔县新店子，发生了 6.3 级地震，波及到准格尔旗 一带，地震烈度为 6 度。据“中国地震动参数区划图”划分，地震 动峰值加速度为 0.10g，对照烈度 7 度。 4 4 水文地质条件水文地质条件 4.14.1 含（隔）水层含（隔）水层 井田位于准格尔煤田北部偏东，面积 33.2114km2。构造为一总体倾 向 SW、具次一级波状起伏的单斜，产状平缓，未见断层。区内各岩 层中不同程度发育有裂隙，地下水补给来源贫乏，以大气降水为主， 地下水位埋深均在百米以下。主要可采煤层直接充水含水岩组之上 普遍有数层较稳定的泥岩、砂质泥岩为隔水层，致使大气降水渗入 地下者甚微，补给直接充水含水岩组的水量极为有限。 本井田北部即为准格尔煤田北部隐伏煤层露头的东北界，属煤田主 第 12 页 共 38 页 要可采煤层直接充水含水层的补给区之一。现将井田内各地层岩性 及含（隔）水性特征由新至老分述如下： 1）第四系全新统风积沙（Q4eol）：井田内仅零星分布，一般在背风 （东南）坡的地形低洼处呈很小的新月形沙丘、沙梁，由石英、燧 石粒组成。厚度小，因受风力作用，位置不固定，透水而不含水。 2）第四系全新统冲、洪积层（Q4alpl）：分布范围小，连续性差。 主要零星分布于大、小不连沟，厚度 0.5 m5.5 m。岩性以中、细 砂为主夹粗砂、砾石、卵石及淤泥。含孔隙潜水，因受厚度、分布 面积的限制，富水性差。补给源为大气降水，潜水水位变化幅度大， 对矿床充水无影响。 3）第四系上更新统马兰组 （Q3m）：岩性为浅黄色黄土层，垂直节 理发育，含钙质结核。基本全井田分布，厚度 084.55m，透水性 好。在该层钻进中钻井液消耗量大，尤其钻至该层底部钻井液消耗 量极大。 4）白垩系下统志丹群（K1zh）：全井田分布，各大沟谷中均有出露。 钻孔揭露最大厚度 224.49m，一般为 100m 左右。岩性以紫红色砂质 砾岩为主，夹紫红色砂质泥岩。下部普遍有一层绿黑色玄武岩，厚 度 4.00 m15.48m。本群地层孔、裂隙均较发育，富水性差异极大。 共见 31 个出露于黄土与志丹群接触面的下降泉，流量 0.05 L/s0.16L/s，仅见 4 个出露于志丹群上部的下降泉，流量 0.05 L/s0.08L/s。小鱼沟勘探区曾在此层布孔进行抽水试验（14 号孔） ，揭露此层 300m，水位埋深 162.99m，标高 1017.43m，水柱高仅 第 13 页 共 38 页 4.04m，因水柱不足未进行正式抽水试验，试抽单位涌水量 q0.001L/sm 即抽干。与下伏地层呈角度不整合。 5）二叠系上统上石盒子组（P2s）：本组地层井田内剥蚀不全，地 表无出露，仅分布于 10 线以南。以紫红色砂质泥岩为主，夹灰绿色 细粉砂岩、浅灰白色粗砂岩。厚度 0130.37m，富水性差。 6）二叠系下统下石盒子组（P1x）：井田内无出露，分布于 6 线以 南，平均厚度 63m。上部以各种粒级的砂岩为主，下部以紫红色、 绛紫色砂质泥岩、泥岩、粘土岩为主夹砂岩。钻探中钻至上部的砂 岩段、冲洗液消耗量大。下部泥岩段隔水性较好。 7）二叠系下统山西组（P1s）：井田内无出露，全井田分布，厚度 6.32 m78.77m，平均 58.13m。岩性由灰白色粗砂岩、浅灰及灰黑 色砂质泥岩、泥岩、褐灰色粘土岩、煤层组成，以砂岩为主，其间 有 3 层较稳定的粘土岩、煤层（1、3、5 号） 。下部砂岩为泥质胶结， 分选差，较疏松，裂隙较发育，钻至该层钻井液消耗量增大，甚至 严重漏失至不返水。杨四圪咀勘探阶段施工的 Y0806 号抽水试验孔， 水位埋深 233.30 m，水位标高 1000.78m，水柱高度 32.88m，单位 涌水量 0.00713L/s m，渗透系数 0.0311m/d，矿化度 0.402g/L， 为 HCO3Ca2、Mg2型水。该组地层含砂岩裂隙承压水，为开采 6 号煤的直接充水含水岩组。富水性差，且不均匀。 8）石炭系上统太原组上段（C2t2）：全井田分布，地表无出露，厚 度 34.95 m89.45m，为本井田主要含煤地层。顶部为 6 号煤或 6 上 煤，之下为灰白色粗砂岩、中、细砂岩，灰及灰黑色泥岩、砂质泥 第 14 页 共 38 页 岩与 9 号煤。6 号煤全井田发育、稳定，是山西组砂岩裂隙含水岩 组与太原组砂岩裂隙含水岩组间的稳定隔水层，隔水性良好。杨四 圪咀勘探阶段施工的 Y0406 号水文孔，水位埋深 268.10m，水位标 高 933.00m，单位涌水量 0.00831L/sm，渗透系数 0.0347m/d，矿 化度 0.39g/L，HCO3-Ca2、Mg2型水。含砂岩裂隙承压水，是开采 9 号煤的直接充水含水岩组。富水性差，且不均匀。 9）石炭系上统太原组下段（C2t1）：全井田分布，地表无出露，厚 度约 12m，岩性以灰、深灰色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层细、粉 砂岩，底部为铝土质泥岩。该组地层以泥岩类为主，厚度稳定，硬 度大（单轴抗压强度普遍大于 30MPa） ，岩体完整性好，裂隙不发育， 为全煤田及井田稳定的良好隔水层。 10）下奥陶统 （O1）：井田内无出露，全井田分布，厚度大于 100m。岩性为：浅灰黄、棕灰色泥质白云岩、白云质灰岩，灰色灰 岩、局部为豹皮状灰岩，岩溶发育极不均匀。水文 A1 号钻孔，揭露 此层的厚度为 308.50m，含水层位置在 513.70m521.65m，614.75m635.35m，679.75m700.70m，含水 层厚度为 49.50 米。水位埋深 408.50m，水位标高 866.422m，单位 涌水量 0.01754L/sm，渗透系数 0.0337m/d，矿化度 1.49g/L，水 化学类型为 ClNa 型水。水文 A2 号钻孔，揭露此层的厚度为 307.55m，含水层位置在 440.00m467.70m，480.90m538.90m， 含水层厚度为 85.70 米。水位埋深 357.64m，水位标高 876.664m， 单位涌水量 1.58058L/sm，渗透系数 1.0775m/d，矿化度 第 15 页 共 38 页 0.72g/L，水化学类型为 ClHCO3Na 型水。此外，井田内及边缘 有 9 个探煤孔揭露此层，厚度 1.60m24.55m，岩溶不发育，仅见 有少量裂隙，且已被方解石充填。在钻进过程中，冲洗液消耗量很 小。富水性不均一，差异较大。 4.24.2 地表水与地下水之间的关系地表水与地下水之间的关系 井田内最大的沟为大、小不连沟，仅在雨季有水，流量较小， 遇大到暴雨时汇集地表形成洪水，流量较大，但时间短暂，全年大 部时间无水。黄河流经井田东缘（距井田东界约 8km） ，是井田及周 边最大且唯一的地表水体，黄河标高+968.53m（测量点位于井田东 南约 10km 的荒地北贾窑圪旦） 。在井田周边的黄河河床均为奥陶系 下统，与石炭，二叠系地层未直接接触。 另据井田西南部唐家会煤矿煤层顶板含水层与奥陶系灰岩含水 层水力联系观测、分析可知，黄河水与煤系地层在非构造破坏地段 无水力联系，黄河水与奥陶系灰岩水有较强的水力联系。 本井田煤系地层浅部露头区属全煤田的补给区之一，开采主要可采 煤层的直接充水含水岩组的补给源为大气降水下渗通过煤系地层隐 伏露头补给，补给面积小，入渗时间短，因此补给量有限，故直接 充水含水岩组的富水性较差。 5 5 煤矿煤矿 KJ117KJ117 水文监测系统介绍水文监测系统介绍 5.15.1 系统组成与原理系统组成与原理 矿井水文监测系统（KJ117）由监测中心站，井下监测系统和 第 16 页 共 38 页 地面监测系统等组成。由地面监测中心站统一控制、管理。 井下监测系统井下涌水量及主要测点水位、水压、水温及各排 放水管路、明渠流量监测 主要由监测中心站、井下远程通信适配器、井下数据通信网络、 井下数据采集分站、被测物理量传感器、井下防爆电源等构成。 （井 下系统拓扑结构如图 3 所示。 ） 图 3 井下监测系统结构示意图 井下监测系统是基于现场工业控制总线 CAN 总线（Controller Area Network 控制器局域网，一种串行通信网络）技术构成的数字 通信网络，或架构于井下以太环网系统，该系统为分布式结构，采 用主从工作方式。地面监测中心站通过有线远程通信网络向井下各 第 17 页 共 38 页 分站发送相关指令，井下各分站接收监测中心站指令进行解析、确 认、执行相关功能并通过井下通信模块将数据上传，完成井下分站 与中心站的数据信息交换。地面监测中心站接收到的实时数据经处 理后在系统计算机屏幕上实时显示、存储。 系统可对分布在煤矿井下多达数百个水文观测点进行实时监测。 水文信息数据由数据库统一管理。 5.25.2 系统各组成部分介绍系统各组成部分介绍 地面监测系统井上水文长观孔水位遥测及报警系统 水文长观孔水位的升降变化，能够反映地下各含水层水位动态 变化和关联动态情况，通过遥测及报警系统实时、动态的监测，并 以图表、数字报表的方式供管理人员浏览或打印存档，即时分析地 下水的变化走向趋势。及时发现地下水的危险变化趋势，对规避矿 井遭受地下水害危险的安全保障提供科技的方法。 此子系统是基于 GSM/GPRS 国家公网构成的无线监测系统。由监 测中心站、地面钻孔遥测站、GSM 通信单元及被测物理量传感器组 成。 （地面遥测系统拓扑结构如图 3 所示。 ） 第 18 页 共 38 页 图 3 地面遥测系统结构示意图 无线监测系统是以手机短消息形式进行数据交换。系统工作方 式可分为主叫应答或定时自动上传两种方式。即地面中心站通过 GSM 通信模块发送指令呼叫、地面钻孔遥测站应答发送短消息（数 据）或预置地面钻孔遥测站时钟，定时自动发送短消息（数据） ，经 GSM 服务器中继后由地面监测中心站接收。 地面监测系统通信距离是 GSM 网络覆盖范围。地面观测站的个 数根据需要不受限制。 监测中心站： 监测中心站是系统控制中心，通过网络系统对分布在矿区地面 和井下不同的水文观测点进行测控，提供所有矿井综合水文实时遥 测及报警数据通信、处理、存贮、数据再现功能。 第 19 页 共 38 页 监测中心站由计算机、打印机、远程数据通信适配器及系统软 件（含系统控制、数据通信、数据处理等客户端应用软件及关系数 据库管理系统 SQL Server 2000）等构成。 系统软件设计是基于 Windows NT 多任务、多线程操作系统的图 形用户软件。系统采用客户/服务器架构（C/S）以及浏览器/服务器 (B/S)架构混合模式，现场实时监测数据由基于 Windows NT 数据库 系统 SQL Server 管理和维护。 系统监测中心工作原理如图 4： 应用 服务器 Web 服务器 数据库 监测中心站客户端WEB 客户端 图 4 监测系统工作原理图 利用网络技术实现矿至集团公司的数据多级共享： 矿水文监测网络系统由监测主机、WEB 服务器组成，是一个分 布式的应用系统。将矿 WEB 服务器建立的数据库视为信息中心，采 集主机（即：运行水文监测系统的主机）本地的数据库，二者之间 通过企业局域网联接，形成一个可相互共享数据的拓扑结构。这样 就构成了一个可以覆盖整个矿区的分布式的水文信息网络系统。示 第 20 页 共 38 页 意图如下。 WEB 服务器：是运行 KJ117WEB 应用服务的服务器。其功能是按 照浏览器端的请求，从局水文监测数据库中获取所需要的水文监测 数据，生成 WEB 页面呈现给客户端浏览器中。例如：浏览器客户端 请求查看矿 2000 年 6 月的月报表，那么 KJ117WEB 应用服务软件就 要打开其本地数据库服务器中的水文数据库并且获取本矿 2000 年 6 月的数据，生成 WEB 页面呈现给客户端浏览器中。 采集主机：从 KJ117 主站采集数据，并将其分别存储在 WEB 服 务器的数据库服务器中和其本地数据库中。并提供 CS 模式的数据分 析和处理。该系统是在现有的 CS 模式的 KJ117 水文监测系统上改进 而成。 本系统采用了服务器被动接收数据的方式来实现数据的采集。 第 21 页 共 38 页 KJ117 水文监测系统将测量结果保存两份，一份保存在自己的数据 库中，另一份保存在 WEB 服务器的数据库服务器中，可以使得采集 主机的数据和 WEB 服务器的数据保持同步，起到硬件冗余备份的作 用。 该采集模式具有以下优点： 数据安全可靠。可以防止因人为的修改数据而出现数据失真， 因为如果主动采集的话，服务器有可能采集的是被人为修改后的数 据。 减轻服务器的负担。数据采集的部分任务分配给各矿的测量主 机，从而减少了服务器的负荷。 增强了系统的可靠性。因为水文监测数据都保存了两份，实现 了硬件冗余，增强了系统的安全性和可靠性。 井下监测分站（多参数采集站）： 由高精度被测物理量变送器、数据采集单元、远程数据通信单 元、井下防爆电源、安全保护罩等构成。 井下分站用于对煤矿井下放水孔、常观孔的水压、温度、流量 以及巷道排水沟渠流量，管道流量的数据采集与通信，水仓阀门的 远程监测和控制等。 井下监测系统根据现场井下实际需求配置分站个数。每一个分 站挂接在井下数据通信网络上，统一编址。每个分站设计为 5 通道 即可同时接驳 15 路不同物理量传感器。井下分站由内置计算机系 统控制，完成对 15 通道的信号的采集、转换、存储、显示。通过 第 22 页 共 38 页 井下有线通信系统按系统约定通信协议实现数据远程通信，为监测 中心提供实时数据。每一个分站都可作为一个独立系统存在并工作， 即当通信网络出现故障时，采集站仍然可以继续采集数据、显示现 场水文测量值。 地面钻孔遥测站： 由高精度被测物理量变送器、数据采集单元、GSM 通信模块、 锂电池组、安全保护罩等构成。 地面钻孔遥测站用于对煤矿地面钻孔水位、水温的数据采集与 通信。传感器投入钻孔中水下某一深度，遥测站安放在地面钻孔安 全保护罩内。遥测站由内置计算机系统控制，可自动定时采集、存 储。定时采集周期可按天、小时、分钟设置。数据传输是以手机短 消息方式进行。数据通信可以是主动方式也可以是被动方式。每一 个遥测站对应一个 GSM 卡号即相当于每一个遥测站被赋予一个地址。 数据通信网络： 由防爆通信电缆、远程数据通信设备、系统通信软件构成有线 和无线通信系统。由该网络提供物理信息通道，实现井下、地面采 集站与监测信息中心站的数据信息交换。 5.35.3 系统主要功能系统主要功能 实时监测：通过通信网络与井下各分站、地面各遥测站进行数 据交换，实时获取被测物理量值，经系统处理后在监测信息中心站 的主机屏幕上显示各测点的实时监测数据。 第 23 页 共 38 页 （此图仅为参考，实际显示界面可能与此有所不同。 ） 重点跟踪监测：系统执行实时监测的同时可选择某一测点进行 重点监测并实时显示动态变化曲线。实时监测和重点监测分前后台 工作，互不影响。 （此图仅为参考，实际显示界面可能与此有所不同。 ） 报警功能：系统可设置测点警戒范围，当监测数据超限时，系 统以声讯和改变数据显色颜色方式发出报警信号并在屏幕上给出提 第 24 页 共 38 页 示。 （此图仅为参考，实际显示界面可能与此有所不同。 ） 数据显示：显示各测点数据的历时曲线。 （此图仅为参考，实际显示界面可能与此有所不同。 ） 查询：按各分站、或物理量以及相应各种组合方式进行对历时 数据的查询检索，以数据表格的方式提供给用户。 第 25 页 共 38 页 （此图仅为参考，实际显示界面可能与此有所不同。 ） 统计：对监测的历时数据，按日、月、年进行统计，统计每日、 每月、每年的不同时间段各物理量的最大值、最小值以及相应数据 的越限统计。 制作报表： 日报表：统计各测点特定日期 00：00 点至该日 24：00 点时刻 测量数据。 月报表：统计各测点某月份各日的测量数据。 年报表：统计各测点某年各月份的测量数据。 5.45.4 系统特点系统特点 5.4.1 系统软件功能强大系统软件功能强大 系统软件基于 Windows NT 多任务、多线程操作系统的图形用户 软件，系统软件功能强大，适用性强，操作简单，界面友好。系统 采用 Microsoft 基于 Windows NT 数据库系统 SQL Server 管理和维 护现场实时监测数据，系统具有极高的可靠性和运行效率。系统可 第 26 页 共 38 页 方便地扩展到多级管理模式，扩大系统的应用范围。系统实时性强， 因对所有的监测数据进行数据库管理，系统提供快捷、方便、灵活 的报表打印功能以及相应的数据备份、恢复等高级数据库管理功能。 5.4.2 传输速率高、可靠性高传输速率高、可靠性高 井下监测系统由于采用了现场工业控制总线 CAN 总线通信新技 术，以其独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN 总线数据通信 具有突出的可靠性、实时性和灵活性。地面监测系统采用 GSM 国家 公网，增加了系统可靠性，无须维护通信线路，运行费用低廉，地 面观测通信距离不受限制。 5.4.3 分站、遥测站可独立工作分站、遥测站可独立工作 系统所有井下分站、地面遥测站均可独立工作。当通信网络出 现故障时，分站、遥测站可独立工作，数据采集、显示不受影响。 5.4.4 系统配置灵活、方便系统配置灵活、方便 可根据煤矿现场实际需要，合理配置系统中观测站数量、测点 数量及安装位置。增加、迁移观测站简单、方便。 5.55.5 系统技术指标系统技术指标 5.5.1 井下监测系统井下监测系统 系统容量:60 分站 分站容量:5 路模拟量 数据通信模式： 有线、主从、半双工方式； 第 27 页 共 38 页 远程数据通信适配器与主机通信：RS232 信号制； 远程数据通信适配器与分站通信：CAN2.0 信号制，本质安全型。 传输速率: 远程数据通信适配器与主机通信：9600bps； 远程数据通信适配器与主机通信：5Kbps。 传输距离: 10Km 测量范围: 010Mpa 测量精度: 0.3%F.S 误码率: 1106 巡检周期: 30s 防爆类型: 矿用本质安全型 5.5.2 地面监测系统地面监测系统 系统容量： 无限制 数据通信模式： 无线（GSM/GPRS） ； 远程数据通信适配器与主机通信：RS232 信号制； 远程数据通信适配器与水位采集站通信：GSM/GPRS 信号制。 最大传输距离： GSM/GPRS 网络覆盖范围 水压测量: 测量范围: 01Mpa 测量误差: 优于 0.2% FS 水位测量: 第 28 页 共 38 页 测量范围: 0500m 测量误差: 优于 0.2% FS 温度测量: 测量范围: 085 测量准确度: 0.5 明渠流量: 测量范围: 09999.9 m3/h（根据量水槽规格而定） 液位范围： 02m （液位传感器） 测量准确度: 优于5% 管道流量 流速范围：0.510m/s 测量范围：10000m3/h （D 500mm） 测量准确度: 优于0.5% 6 6 系统的优点及可以解决的问题系统的优点及可以解决的问题 6.1 可以解决的问题可以解决的问题。 可以解决矿方对水文观测系统的完善和提高观测数据的有效性 和实时性。 6.26.2 系统的优点系统的优点 本系统终端采用高精度、温漂小的新型传感器对水位进行感测， 经过矿井水文监测分站的高效准确的处理后将数据上传至地面控制 室的计算机主站，显示及预警。最终提供了真实、准确、可靠的水 第 29 页 共 38 页 位及水流量数据，可以为我矿的水文地质条件的建档和水害辨识提 供第一手的准确资料。同时，本系统为在线实时监测系统，即本系 统实现了水位、供水、排水管道流量不间断的观测，随时上传至监 控室及主要相关领导和技术人员，可以为我矿及时快速的了解矿井 水文动态提供依据。 再次，本系统最显著地优点在于自动化，即水文数据自动观测， 自动上传观测数据，自动生成水文数据曲线并记录。过程中实现了 自动化，无需人为干预。自动化过程中节省了大量的人力物力财力， 避免了人为现场测量以及测量数据误差大并不能及时反馈的问题。 由前五项对 KJ117 水文监测系统的介绍可以明显的看出，矿井 水文监测系统可以有效的提高观测数据的实时性、有效性，为地质、 安全等管理人员准确、快速的做出决策提供依据。 7.7.施工组织设计施工组织设计 7.17.1 指导思想原则指导思想原则 精细施工，建造矿井标准化项目； 诚信服务，树立中煤西安院品牌形象； 指导项目施工，确保项目质量达到优良等级，实现投标书规定 的工期和安全目标； 服务业主，降低项目成本，打造施工单位的良好形象 7.27.2 施工方案、设计施工方案、设计 7.2.1 井下监测点布置于取电位置井下监测点布置于取电位置 第 30 页 共 38 页 a.a.明渠流量监测点： 北部总涌水量观测点一处； 南部总涌水量观测点一处； 总进风巷涌水量观测点一处。 由此需要安装 3 处明渠流量观测点。 取电位置取电位置：总水仓口 127V 综合保护器，距离 3 处测点均为 100 米。 b.b.管道流量监测点： 中央水仓三趟排水泵排水量管路观测点两处，由此需要安装 2 处管道流量观测点，且均为外贴式超声波管道流量仪器。 取电位置取电位置：中央水仓内 127V 照明电，距离 2 处测点均为 50 米。 c.c.水压监测点： 总进风立井井底两处尚未施工的钻孔处，由此需安装 2 处水压 观测测点。 取电位置取电位置：总进风巷和南翼总回风处的二联巷处的 127V 综合保 护器，距离 2 处测点共为 600 米。 d.d.井下分站设置： 明渠流量测点 3 处分站，分别为 12和 3分站。 管道流量测点 2 处分站，分别为 4和 5分站。 水压测点 2 处分站，分别为 6和 7分站。 由此需要安装 7 处井下分站。 第 31 页 共 38 页 e.e.井下通信网络的构建模式： 结合不连沟煤矿井下实际情况，需要在井下安装 2 处中继器以 便接入矿方所提供的井下无线交换机内（矿方用于小灵通使用） ，实 现井下以太环网的接入，交换机分别位于中央水仓内（以下简称主 交换机）和总进风巷与南翼总回风处的二联巷处（以下简称副交换 机） 。主交换机负责 2 处管道流量与 3 处明渠流量测点的连接，需要 敷设井下通信电缆 400 米，分别为明渠流量测点 300 米，管道流量 测点 100 米。副交换机负责 2 处水压测点的连接，需要敷设井下通 信电缆 600 米。通信电缆均为串联接入每台井下分站内，用于主站 与井下分站的正常通信。 7.2.2 地面监测点布置和取电方式地面监测点布置和取电方式 a.a.地面测点的布置： 在井田范围内的 11 个水文长观孔内装置监测分站，监测水位动 态，掌握井田涌水量变化情况。由此需要安装 11 台地面遥测设备。 b.b.取电方式： 采用锂电池组可充电供电方式，根据实际采样频率决定电池组 的使用时常，一般情况下可保证半年更换一次电池组的频率。 c.c.地面通信网络的构建方式： 地面通信网络系统是基于 GSM/GPRS 国家公网构成的无线监测系 统。由监测中心站、地面钻孔遥测站、GSM 通信单元及被测物理量 传感器组成。 7.37.3 所需主要设备、项目内容、主要项目量所需主要设备、项目内容、主要项目量 第 32 页 共 38 页 7.3.1 地面主站一套地面主站一套 地面主站包括数据处理终端 1 台、打印机 1 台和监测软件 1 套。 7.3.2 井下部分井下部分 监测分站 7 套及对应防爆电源和物理量传感器（管道流量传 感器、明渠流量传感器和压力传感器。 ） 通信电缆及对应接线盒（由矿方负责） 电源电缆及对应接线盒（由矿方负责） 监测网络需要矿方接入井下以太环网内传输信号，再由井下 对应交换机依次串联进入我方监测分站内。 7.3.3 地面部分地面部分 监测分站及对应物理量传感器。 由于地面大部分钻孔尚未开工打钻，实际水位埋深值不明确， 所以尚不能订购适合各个钻孔的传感器，待钻孔施工完毕且有效测 量实际埋深后及时通知我方各个钻孔数据后，由我方为不连沟煤矿 提供对应的物理量传感器（订购周期为 10 个工作日） 。 地面保护罩。 7.3.4 主要项目量主要项目量 运输： 主要包括设备的接送，运输安装设备下井，运送安装人员。 通信电缆和电源电缆的敷设： 通信电缆与电源电缆的敷设需要 3-4 人，按照标准化敷设线缆， 第 33 页 共 38 页 需要工期一至两天。 设备取电： 需机电部门安排专业电工 1-2 人，接取 127V 电源。 明渠流量堰槽和监测设备的加工固定： 为了使明渠流量测得数据更加准确，前期应该对渠的安装地点 进行清理与加工，原则：保证水