1、KJ402礦用水文監測系統系統介紹KJ402礦用水文監測系統1系統簡介KJ402礦用水文監測系統是利用計算機技術、通訊技術、傳感器技術解決礦井水害防治問題，是多學科領域與水文科學相結合的產物。該系統集礦井水文數據采集、數據處理、數據網絡共享、礦井水害預警、輔助決策于一體，采用現代化的監測手段對地下水的各種參數進行監測，從而能夠及時掌握水文動態，達到對水害事故的早發現、早預報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產具有重要的意義。該系統由硬件系統和軟件系統組成。系統的硬件部分研究內容主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統（無線或有線方式）和水文監測主機等，系統可以通過傳感器和遙測分站將地面或井下采集到的

2、各種水文實時數據，使用GS颯或工業控制網，按照設計的通信協議，將各觀測點的水文數據傳輸、處理并存儲到水文信息數據庫中。系統的軟件部分研究內容主要有：水文數據的實時采集、組織與數據庫建立、水文數據分析處理、數據發布以及智能預測預警功能的實現。2總體功能描述KJ402礦用水文監測系統是根據煤礦系統的規范和要求，充分利用數據采集技術、計算機技術、網絡技術和數據庫技術等實現地下水水文數據的采集、處理和發布為一體的綜合信息管理系統，是現代化科技與管理密切結合的一項系統工程。它是煤礦部門實現地下水管理現代化、決策科學化的一個重要過程。其核心是數據的采集處理和信息發布，通過將水文數據采集并處理后發布給相關各

3、個煤礦部門，為各個部門在實施煤炭安全開采上提供有力的決策依據和參考，最終實現避免突水事件發生、避免煤礦發生水災這一目的。對于本系統，從一般的意義上來說，是要實現從數據采集處理到信息發布處理的全過程的自動化，主要包括以下幾個方面：1）數據采集自動化：即應通過一定的采集方法，能夠將煤礦部門需要的地下水的水位（水壓）、流量、溫度等數據自動的采集并按照一定的方式存貯。2)數據處理自動化：采集到的數據能夠以實時數據、報表統計、圖形等形式直觀的顯示。3)信息發布自動化：由于煤礦各個部門息息相關，因此，采集到的水文數據通過網絡簡單快捷發布給各個相關部門。3系統體系結構3.1 體系結構示意圖整個系統覆蓋的范圍

4、包括：分布于井下的監測點和井上監測點、水文在線監測系統中心主機、煤礦網絡中心服務器、煤礦企業各部門；從與外部發生的聯系來看，整個系統與三類外部實體發生聯系：傳感器、系統管理員和企業各部門用戶。在每個測點由多功能監測儀監測、采集水文數據信息；利用礦上現有的以太網將井下采集到的數據提取到動態水文多參數遙測系統數據庫；再由軟件將井下和井上各個測點的數據集中起來存放到企業網絡中心數據庫中，并進行統計處理，提供給用戶查詢?？稍O置一臺數據采集工作站專門用于數據采集、提取，設置一臺數據庫服務器用于數據的存貯。礦上各部門的終端用戶通過煤礦企業網實現地上、井下水文多參數信息的查詢與統計分析。本系統采用以互聯網為

5、基礎的三層體系結構，高層為集團公司，中層為煤業公司，基層為生產礦井，如圖3-1所示，在三層結構中，可以采用組合的方式構成獨立運行的系統模式，能夠構建的系統模式如下：(1) 基層系統(2) 基層系統+中層系統(3) 基層系統+圖層系統(4) 基層系統+中層系統+高層系統每種系統模式都可獨立運行。采用如此的系統模型使本系統可以適應各種組織結構。GPRS寬帶ADSL水文監測主站（礦井）局域網高層信息中心層信息中心中層信息中心中層信息中心防火墻（集團公司）（礦務局）、"（礦務局）（礦務局）校監測主站（礦井）-,水文監測分站|j1水文監測分站圖3-1基于網絡的水文在線監測系統網絡結構圖3.2

6、基層系統組成拓撲結構本系統分為礦井井上和井下兩部分，采用樹狀星型網絡拓撲結構。井上部分為地面水文長觀孔的水位、水溫監測，地面水位水溫遙測自動記錄混合分站采集水位和水溫數據，通過GSM網絡將數據傳送到主站微機，進行數據處理。井下部分利用水文監測分站進行數據采集，通過專用通訊電纜或井下環型以太網將數據傳輸到地面中心站，再通過局域網將數據發送到水文監測系統數據庫?；鶎硬糠植捎梦锢砣龑咏Y構，分別稱為數據采集層（各種監測分站），數據處理層（實時監測主站），水文數據庫及網絡發布層。基層數據通訊可以采用礦并以太網、專用通訊線及電話線三種方式，如圖3-2、圖3-3所示。本系統實現了從數據采集、數據處理、數據的

7、網絡發布與應用。每一層都由軟硬件兩部分組成獷用交換機圖3-2基層系統組成拓撲結構圖（井下以太網）圖3-3基層系統組成拓撲結構圖（專用通訊電纜）4硬件系統組成及功能3.1 系統硬件組成系統由中心監測站和井上、下若干類分站構成3.1.1 主站組成(1)工控計算機一套(2)地面數據通訊主機一臺(3)打印機一臺(4)礦用調制解調器一臺(5)實時數據處理軟件一套(6)B/S模式網絡版數據處理軟件一套(7)網絡服務器一臺(8)UPS急壓電源一臺3.1.2 水文監測分站1、井下壓力分站組成(1)壓力、溫度一體化傳感器(2)工藝管道(3)防盜保護罩2、井下明渠流量分站組成(1)水位傳感器(2)超聲波流速傳感器

8、(3)堰板(4)防盜保護罩3、管道流量分站組成(1)管道流量傳感器(2)流量測量工藝管道(3)防盜保護罩4、井下水位分站組成(1)水位傳感器(2)防盜保護罩(3)工藝管道5、地面遙測分站組成(1)YSY10本安型水壓測量儀一臺(2)液位、溫度傳感器一套(3)鋰離子電池組二組(4)GSM網絡數據通訊設備(內置)一臺(5)傳感器專用電纜x米(6)野外防盜防潮保護裝置一套3.1.3通訊中繼站：(1) KJ402-F分站一臺(2) 防爆接線盒二個(3) KDW28-1即用隔爆兼本安不間斷電源一個(4) 電源電纜、信號電纜(據設備間距離確定)3.2系統功能3.2.1 主站功能(1)通過通訊設備向分站發送

9、命令或接收分站采集數據。(2)將處理后的監測數據實時顯示并保存到磁盤。(3)數據異常值(驟變、超出上下警戒值、掉電)聲、光、電報警功能(4)實時顯示水文分站相關參數值及監測值。(5)設置井下分站的相關參數。(6)實現數據的查詢、編輯及導出功能。(7)對數據進行處理，生成各種報表并打印輸出。(8)繪制多種參量的曲線圖及直方圖。(9)進行水文數據的網絡發布，各有關部門可通過網絡進行數據瀏覽。3.1.2分站功能(1)數據采集(2)數據暫存(3)數據顯示(4)井上子站通過GSk«將數據傳輸到主站微機(5)井下子站將數據通過信號線傳輸到數據通訊分站4系統主要技術指標4.1測量參數指標準確度：1

10、%F.S;準確度：1%F.S;準確度：0.2C；測量誤差：5%F.S;測量誤差：1%oF.S;(1)水位測量范圍：0-1000米任選(2)水壓測量范圍：0Mpa-10Mpa(3)溫度測量范圍：0-100C(4)明渠流量測量范圍：10000m3/h(5)管道流量測量范圍：根據管道直徑確定4.2主站(1)數據傳輸方式：GSM-SMS(2)分站容量：255(3)網絡傳輸協議：以太網、TCP/IP(4)數據庫：SQLSERVER(5)地面測量時間問隔：1分鐘-24小時任意設置；井下0.2秒;4.3分站(1)工作電壓：(18±1)VDC;(2)工作電流：500mA;(3) 通訊接口:RS485

11、總線；(4) 傳輸速率：1200bps；(5) 分站數據存儲容量：7272組數據;(6) 分站操作方式：中文菜單式；(7) 防爆型式：礦用本質安全型。5系統分站安裝方法5. 1井下管道流量、壓力、水溫有線遙測分站安裝測量方法井下管道流量、壓力、水溫分站的安裝較為復雜，一般進行這樣安裝的觀測孔都是對孔，一個孔測壓力，另一個孔測量流量，壓力測量孔要求影響孔的防水，所以就采用一個增加一個三通，將監測儀器和傳感器安裝在保護罩內，另外增加一個閥門，只有關上最上面的閥門，才能將壓力傳導到傳感器。流量傳感器下游增加一段管道，使流量傳感器保持滿管水。圖5-1井下管道流量、壓力、水溫有線遙測分站安裝圖5.2 井

12、下水壓水溫有線遙測分站安裝測量方法井下水壓、水溫有線遙測自動記錄混合分站的安裝方法和井下管道流量、壓力、水溫有線遙測自動記錄混合分站安裝類似，只是少了流量監測傳感器而已。圖5-2井下水壓、水溫有線遙測分站安裝圖5.3 井下明渠流量、水溫有線遙測分站安裝測量方法超聲傳感晶1）流速-水位計算法（簡稱流速-水位法）測出流通通道某局部（點、線或小面積）流速，代表平均流速，再測量水位求得流通面積，乘局部流速與平均流速間的系數，經演算求取流量。1弟更威捕看至及睪威整JBL安裝后事水;之一確內史蓄水頭木也格小;站安裝評岫尾睢叱5-4溫有線遙測分圖5-3井下超聲明渠流量、水溫有線遙測分站安裝圖圖5-4井下明渠

13、流量、水溫有線遙測分站安裝圖本系統根據煤礦水質較渾濁，含雜質多的特點，采用流速面積法(超聲法)和測流槽法兩種方法進行測量。5.4 地面水文長觀孔無線遙測分站安裝測量方法采用投入式傳感器，利用壓力計算水位，將傳感器投入觀測孔內，傳感器輸出的壓力頻率、溫度頻率和水對傳感器的壓力、水的溫度成正比。按照下式計算水位埋深和水溫：H=L-h=L-K(f-f0)T=K(f-f0)K為線性系數f為實測頻率f0為初始頻率或成為零頻HL水面地面圖5-5地面水位、水溫無線遙測分站安裝示意圖6軟件系統組成功能6.1 軟件體系與模塊設計應用軟件系統主要由單機版和網絡版組成，單機版可分成數據采集、數據處理、數據分析和系統

14、管理等模塊；網絡版(水文數據網絡發布系統)可分成前臺和后臺兩部分，前臺包括數據瀏覽、曲線瀏覽、報表瀏覽，后臺包括基本信息管理、用戶管理等模塊。KJ402礦用水文監測系統的軟件體系結構如圖6-1所示多參數水文動態監測智能預警系統水文數據網絡發布數據處理數據分析系統管理曲線瀏覽報表瀏覽基本數據管理圖6-1應用軟件系統體系與功能模塊設計用戶管理數據瀏覽測點管理實時數據6.2 應用軟件的設計與實現主要功能是水文孔基本資料的輸入、多參數水文數據的采集、水文數據的查詢、水文數據的可視化、水位趨勢分析以及異常情況報警等，系統以礦井水文信息的查詢和分析為核心，提供了輸入編輯、查詢、分析、輸出等實用而豐富的管理

15、功能。核心任務是：為進行切實可行的礦井水害預測預報提供可靠的數據來源與趨勢分析。6.2.1 多參數水文動態監測智能預警子系統實現效果多參數水災劫能監測智熊頻警系線圖6-2預警系統主界面廁點編號：廁點名稱日期時間：埋深叵溫永位j狀高010101012000-12007-04-2017:3367.4624.132.547,K位正常7010101012000-12007-04-2017:4067.4522.932.55K位正常H01010101200012007-04-2017:4567.4523.332.554位正常2010101012000-12007-04-2017:5067.4523.332

16、.557K位正常外01010101200012007-04-2017:5567.4523.132,557.K位正常7010101012000-12007-04-2013:0067.4523.332.557k位正常010101012000-12007-04-2010:0567.4523.332.55；4位正常2010101012000-12007-04-2013:1067.4523.332.55K位正常H010101012000-12007-04-2019:1567.4523.132.55；K位正常7010101012000-12007-04-20W;20674523.332.557,4位正常7

17、010101012000-12007-04-2010:2567.4523.332.55；（位正常7010101012000-120Q7-04-2Q18:3067.4523.332.557,K位正常7010101012000-12007-04018:3567.4523.332.557匚低低低低低低低低低陶低低通白皿白皿目皿出皿白血白皿目皿目皿日3日R日褊一-，、十一、."小、，.u."'IP、4、-.11宙K4K4KK4K£K40退出兇速制量數據直,X則點纏號時間埋深|水位標高|D1010101|20D7-e-1317£51正常.1454BD101

18、010120D743003000178.91US4E010101012007-61301:0000170.914545010101012007-6-130130001汨07正常14542D101010120iD7-B-13QaOOOOITS87445L42010150120D7-E-13Q230.0D178E7-14542JD101D1012DD7-&-13D3DQDD17BB7-145.42D101010120D7-13D33Q0D17B.B7145.42D10H010120D7-13Q40n0D178.05H5.401010101200?-6i30a3Q0017B05正常M5H01

19、0101012007-6-1305000017805-145-4moiQioi2007-E-13ffi900D17605-145.4D1G101O120D7-&-13D&DO.0D17&E714542D101D1012DD7-E-13DE:3QDD17BB7-145.42D101010120071307:00:0017B.B9145440101010120071307:3(1001沌的正轄-1*544oimoioi2007-6-13OS0000178J14545010101012007-B-13Q83000178.9正常-U545D101Q10120D7-B-13IB0

20、O0D170.9-14545D101D10120D7-&-13D9:30DD17S.914545D1O101D120D7-131QDQ0D17B.B914544DI01010120D743103000178.B7-U5A2010101012007-61311:0000178.85MS(H0101012007-6-1311300017594正常145390101010120iD7-B-1312QOOO17&82-1W370101010120D7-B-131230.0D173.9-14535JD101D1012DD7-B-1313D0,DD173.9-145.35D10101012

21、0D7-1313t3D0D178.77145.32Dionoion2007-C-1314:00:0017.75H5.3010101012007-6131430001淚73在常14528舞茴名稱皖北原電集國1球叁局名稱就北曠身局單位名稱1劉橋1甲司測點名稱|水20埋深起始日期2007-白13司起始肝闿0000001結束日期2007-&15犍束時間23:59:59時閽閶隔|10Jr-1-er.-t,查中®導出Eiccel退出的圖6-4歷史數據查詢水加埋深曲線圖&"60:006-1O'0-006-12a006-160-006-130:006-14croo翱

22、坐標刻度誼節rr戮字標記存為圖片打印曲械畫盤曲耦I柱犢圖水位曲統退出姐tt圖6-6水位標高曲線圖水Z3埋深的線圉6-7120&-712:306-71X4436-71i006-713:106-711206-713:306-71140fi-714006-714:10蛆學標妥W¥調節n敬字行定丁丁圉丁|打印曲罐|班諭曲倏|柱供的|水也曲四|退出圖6-7水位變化直方圖圖6-8同層水位對比曲線圖痂乜；才4RGvolOUDIi-S3.!».1ARQTF-ITOJ3OXK?7-&-17R：RSX?881：1汪J一f玄m-17厘丹山-13*口Iiju-ttgs?-13Dl3

23、0I-i44H31丁中M1一1"i.r-.UBlk*L*_13503300ITO44O3：3D170.vA-i1.4004300UTO.«_i0413017«>>«-1fEH口三井口1i7OaSIgmmjor：aotSG-14*-j5S口三皿口I：=C口三二MriaQqt-iT-*OT300K3O£>4-1+*SjS&0730190£3S：-I3啟061XISOJ&s一1OB：3OieGIX-1"工WJOGtaD-iiiig_a£0030130.13-I4iSj&BIDD9

24、O.1S-I4S.T1030ISO.IT-1g二二1gSCM>ta.ng-“一11301白。二-14c二二,二8too二.il:30taoJS3I4e；7B4j5o二本一IS79IBDS!-k：.：14-CiQ10O-Z5_U3HI9D6-1JP*JOyJOOtnoJZ4-p曰y.ioISEJJZ4-1以.；三1與幻口ISO-ZJ-I4*2-.7Qi凸-XICO"7-14#?.T7ITJOONRJZZTN二17U口IR-ZZ-I4X5.,T7FJOOtno工-Mg：二R口閂口.二-15.：T舊JOOUKJZZ-l4>：a.T7im二rE-1VW2DTOiroKnR;

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28、/MP!國:0TiS.3W3r».MJI79,KCII+"W-Hsrf-4Rr?.z+rrr.?w-763Ikine«r圖6-10復合式月、年曲線報表圖6-11任意時段曲線報表圖6-12綜合參數實時報警圖6-13極值預警圖6.2.2 水文數據網絡發布子系統主要功能具有：測點定義自動識別；數據實時顯示；歷史曲線、數據查詢；用戶權限分級分類設置等功能。網絡發布系統能自動識別水文監測系統測點定義的變化，如新增測點、改變、刪除等；由實時監測系統采集到數據以后，系統可自動不斷更新實時數據頁面；各級領導及有關人員通過局域網，用IE瀏覽器即可及時方便的瀏覽各測點的實時監測數據畫

29、面；水文數據的歷史曲線、歷史數據的查詢功能，查詢結果可以通過列表形式顯示也可以通過曲線圖或直方圖的形式顯示；用戶分類和用戶權限設定功能，用戶登錄時進行身份驗證從而確定該用戶的網絡權限，管理員可以進入用戶管理界面進行系統網絡用戶的設定，普通用戶則直接進入查詢界面。該系統由登陸模塊、數據查詢模塊、曲線瀏覽模塊、報表瀏覽與打印等模塊構成。實現的界面分別如圖6-16圖6-18所示登陸系統login帳號注冊登錄圖6-15水文監測網站的登錄頁面業站領刑站名稱忸舊2三時閭蹣起始日期同口日曰niir>j結束日期期勺pJh£i首頁數據查詢曲線瀏覽當前用尸：匿名用戶注銷站號時間埋深水溫狀再壓力如Q

30、優古流量03/h）狀底阿標高1101010D012006-03-0712:00:0032S.TZ正常0.DD正常-228.TZUOIOIOEKI20001-03-00DD:DD:00328.TO正常D.DD正常T-ffi8.7U11010100012Q0fi-03-0812:00:00323.63正常D.DD正常-228.631101010D012006-03-0900:00:00湖正常000正官-223MIIOIOIODDI2006-03-0912:00:00323.63正常000正正-223.68UOlOlOOJl2006-03-1000:00:00323.75正常000正常-223.73

31、11010100012006-03-1012:00:00326.72正常0.00正常-228.7211010100012006-03-JJ00:00:00物.T2:正常IDD正常-22S.7211010100012006-03-1112:00:003SB.ST正常D.DD正常-228.67IIOIOIODDI2Q06-D3-.12DD.DD:OO328.54陣D.DD正常-228.5IIOIOIODDI2006-03-1212:00:00323.50跌D.DD正常-2.50110101QQQ12006-03-13QU：00;0032as正常0QQ正官-223.川11010100012006-03-1312:00:00翔國正常000正耳-223.5911010100012006-03-1400:00:00328.61正常000正常-22S.61iioiorJtoi2006-03-L412:00:00323.62正常D.OO正常%.62L1010100012006-03-J500:00:00323.66正常0.DD正常-228.66IIOIOIODDI2006-03-1512：00:0032B.TZ正常D.DD正常-228.TZU010100D12006-03-JBDD.DD:OO328.73晞0DD正常-22S.73U01010D012006-03