水位自动监测在矿山生产安全中的应用

毕海涛

(华北有色工程勘察院有限公司)

水位自动监测在矿山生产安全中的应用

毕海涛

(华北有色工程勘察院有限公司)

水位自动监测系统通过传感器对现场的水文数据进行采集，锂电池和太阳能板供电装置为系统长期稳定运行提供了有利的保障，通过GPRS网络无线模块将水位数据传输到中心控制站，和手机无线连接，从而对水文数据实时观测，采集到的水文数据可长期保存,随时随地监测矿山地下水动态变化。通过对采集到的突变水文数据的整理分析，可监测突水等矿山重大安全事故，对矿山安全生产具有重要的指导意义。

水位自动监测系统 无线远程控制 突水防治

地下水自身存在补给、径流、排泄三大环节，是动态的。在不同时间由于不同的因素影响，同一位置的地下水会产生一定幅度的水位波动，这就需要进行地下水水位观测，水位观测数据是评价一个地区或一个矿区地下水流场变化的依据，是对环境水资源进行保护的前提。

地下水位监测是保证矿山生产安全的重要手段，而这些水位数据原来全为人工定期监测得到，无论从时间和资金上都将造成很大的浪费，给测量和控制带来了一定的麻烦，同时也容易出差错，所以近年来普遍采用自动水位计监测。

现有的自动水位计有手持式、固定式等几种，但其仍存在很多不便。目前河流、湖泊、灌渠、矿山等均处在偏远地区，路程较远且路途艰险，水位数据仍需人工现场采集，且自动水位计的保养和维护较难，无形中增加了不必要的成本，造成浪费。这就需要开发出一套远程控制监测系统来满足实时监测水位的要求。地下水的动态变化在水位以下的同一标高处必然产生压力差异，通过这一特点，利用无线信号传递出压力异常就能准确地获得水位变化的数据。

1 无线远程地下水位监测系统构造及原理

在现场设有采集水文数据的传感器，传感器通过电缆和GPRS RTU连接，GPRS RTU内置CPU模块、数据存储模块、控制模块和GPRS/CDMA 数据通信模块；并设有锂电池和太阳能板供电装置，构成野外遥测站；GPRS RTU通过GPRS网络无线模块将水位数据传输到中心控制站，对数据进行检查、存储等处理，中心控制站和手机设有相应的水位监控软件，并进行无线连接。无线远程地下水位监测系统构成见图1。

图1 无线远程地下水位自动监测系统构成

本系统分3个部分：第一部分为太阳能供电系统，第二部分为GPRS网络信号测控系统，第三部分为中心远程计算机软件程序处理系统。见图2。

图2 无线远程地下水位自动监测装置

第一部分和第二部分组成一个节点，与第三部分组成多对一的关系，即一个计算机软件程序处理系统可以采集来自多个GPRS网络节点的水位信号。太阳能供电系统是利用单晶硅太阳能板将天然阳光转化为电能，然后通过微电脑充电电路存储进锂电池中，为GPRS信号测控系统提供稳定的12 V 电源。系统考虑了太阳能充电过程中的过充电与过放电保护电路设计，当锂电池电源充满电后，系统能够自动停止充电；当锂电池电量低于安全容量时，系统能够自动断电并进行充电工作。GPRS网络测控系统是将采集到4～20 mA的水位计电流信号通过GPRS电路转换为微电压信号，然后再通过AD采集电路转换成数字信号，再通过GPRS网络的数字信号转换成GPRS网络信号，以备传送到远程计算机程序上。远程计算机软件程序处理系统是利用GPRS信号通过以太网和花生壳域名解析传输到局域网上的计算机系统上，通过无线远程水位测控系统软件将GPRS网络信号转换成数字信号并存储到数据库中，以供程序系统浏览和打印水位波动情况。

2 工程应用

中关铁矿位于河北省沙河市白塔镇中关村附近，北距邢台30 km，南距邯郸53 km。矿体南北长2 000 m，宽800 m左右，矿体平均厚38 m，最大厚193.06 m，埋深为300～720 m，总储量为9 345万t。帷幕注浆钻孔需穿越第四系、石炭二迭系、中奥陶系、燕山期闪长岩，其中包括蚀变灰岩带、断层带、破碎带等复杂地层，注浆施工难度大。

2011年底完成了帷幕注浆施工，保护了区域地下水资源，避免了因矿区疏干造成的地下水降落漏斗的现象。但是帷幕内灰岩含水层的地下水净储量也不可忽视。同时，灰岩含水层的特点为裂隙岩溶发育的不均一性，导致了矿坑突水事故。

为观测帷幕内外的水位变化和实时监测帷幕内地下水的动态变化，设计了23个长期观测孔，并采用无线远程地区水位监测系统进行长期监测(见图3)。2013年9月25日，中关铁矿在巷道开拓过程中发生突水事故，无线远程地下水监测系统精确地监测到了地下水位的变化情况，表1为突水事故治理过程中G1#和G2#观测孔的部分水位观测情况。

以表1中水位监测情况分析，随着井筒排水的进行，周边水位也呈逐渐下降的趋势。在本次矿山突水事故治理过程中本系统及时监测到了地下水的变化情况，为制定治理措施提供了指导依据，从而减少了人员的伤亡和资金的损失。本系统对水位的实时监测，反映地下水动态的变化，对矿山开采过程中突水事故的处置起到积极指导作用。

图3 无线远程水位自动监测现场

表1 水位监测数据

3 结 语

无线远程地下水位监测系统可方便、准确、及时、快速地进行水位数据的无线传输和远程监控，减轻劳动强度，降低成本，提高工作效率，可广泛用于水库、江河、湖泊、灌渠和矿山等水位动态监测。其无线传输技术的应用，改变了以往的定点接收和查看数据的状况，可随时随地监测水位的变化，制定相应的措施，对大水矿山的安全生产具有重大意义。

2014-08-26)

毕海涛(1981—)，男，助理工程师，050021 河北省石家庄市。