井下水位预警及人员撤离群呼报警系统的

研究与应用

于柏玲

（枣庄矿业集团付村煤业有限公司）

1  实施背景

我国是一个煤炭资源丰富的国家，在我国煤炭资源储量中，有很大一部分受水害威胁。在已建成和正在开采的矿井中，多数矿井受周边小窑及老空水威胁，水害十分严重。煤矿水害给国家和人民生命财产造成的损失是巨大的。所以水害的威胁就成了煤矿生产的重大灾害之一，我们必须提高警惕，做好煤矿防治水工作。付煤公司地处微山湖，与三河口矿相邻，湖下采煤，时刻受水的威协，水患问题也是制约我公司安全生产的重要因素之一。井下一旦出现水患，如何有效预防水患，达到提前预警预报，最大限度降低人员与财产损失，是我们急待解决的问题。　　

2  发生矿井水灾的原因

总结过去发生的矿井水灾，往往是安全思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，预防措施不当所致。其主要原因有：

（1）地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水(多为雨季降水)大量灌人井下，造成水灾。

（2）水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水，但措施不当。

（3）井巷位置设计不当。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层等水源，导致施工后，因地压和水压共同作用而发生顶、底板透水。

（4）井巷施工质量伪劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂导致透水，或工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板含水透水。

（5）测量错误，导致巷道穿透积水区。

（6）井下无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井。

（7）出现透水预兆未觉察或未被重视或处理不当造成透水。

（8）排水设备能力不足或设备不完好。

（9）排水设备平时维护不当。如水仓不按时清挖，储水能力不足而淹井。

（10）其它原因。

3  矿井水位水量预警系统的研究与应用

针对以上矿井水灾的原因，结合我公司实际，一方面从管理入手，采取有效防控措施，防止水害的发生。另一方面充分利用科技手段，实现水位、水量的自动监测与预警，为矿井调度指挥生产和公司领导决策提供理论依据。为能及时掌握井下各水患地点的水情情况，我们经过反复研究测试，采用了利用安全生产监测监控系统挂接水位传感器及报警器的方法。

3.1 水位水量检测传感器的选型

为实现与现有的KJ70安全生产监测监控系统的兼容，我们选用了与系统配套的水位检测装置，根据我公司井下水患地点实际，选用了两种不同型号水位检测装置。一种是PGU5B型矿用超声物位仪，该种传感器采用先进的超声波技术，应用回声原理，对颗粒、块状、液体等物料仓料位进行自动连续检测，是非接触型测量仪表。仪表的探头、处理器和显示器集成一体化，具有智能化，微机控制，数字实时显示，高精度，可靠性高。结构紧凑，安装方便。其工作原理为：采用超声脉冲测距法，由物位仪换能器向被测料面连续发射超声波脉冲，该声波传播到料面，产生温反射，再由物位仪换能接收被测液面反射的声波信号，微处理器计算声波从发出到反射后被接收的时间（设该时间为T），则物位仪换能器到被测液面的距离S为：S＝1/2CT（C：空气中声速）。微处理器根据本机的量程、调零等参数，自动计算物位值或百分比物位值，再由百分比物位值（或空仓距离）计算输出相应的模拟量和限位控制信号。物位仪具有良好的软件支持，CPU自动控制功率发射和信号接收电路，自动修复工作参数，以达到最佳的工作状态。根据水仓水的流量大小，将该种物位仪安装中央泵房水仓入口处。为实现使水位超限就地报警，我们选用了KXH18矿用本质安全型声光报警器，与物位仪相串接。另一种是GUY5煤矿用投入式液位传感器，该传感器传感头投入被测液体内，由于采用特制的防水通气电缆，使感压膜片的背压腔与大气良好相通，测量液位不受大气压影响，测量准确，长期稳定性好，安装调试方便。

3.2 水位检测装置地点的选择与安装

根据付煤公司井下实际情况，首先与地测部门一起对全矿井下所有水患的地点进行了研究，并现场进行了详细考查，初步确定了四个可能出现水害的地点安装水位传感器，分别为：中央泵房水泵吸水井仓入口一台，北冀轨道大巷1002运联门口一台， 3上411材巷入水口一台，东二辅助采区水泵吸水井一台。根据水仓水流量的大小，将超声波物位仪安装在中央泵房水仓入口处。其它几个水患点安装投入式液位传感器。同时对井下中央泵房和东二辅采水泵房的所有水泵加装了开停传感器，用于实时监测井下水泵的开机情况。

3.2.1 物位仪的安装与使用

(1)物位仪的组成：KGU5B矿用超声物位仪，由是三部份组成：物位控制箱，物位仪换能器，物位仪显示器。见图一

(2)物位仪接线，按图二接线。

（3）物位仪参数设置

物位仪在针对某个特定的水仓安装使用前确定水仓的有关参数，设置好4个测量数据参数，即是“量程”、“调零”、“高限”及“低限”（见图三）。

（4）物位仪显示器参数设置

物位仪显示器需设置参数后方可正常使用，共6个参数，分别为“量程”、“调零”、“高限”、“低限”“高位”、“高限”。设置时分别对应6个LED显示参数值。参数定义见图四。

3.2.2　KXH18矿用本质安全型声光报警器的安装应用

KXH18矿用本质安全型声光报警器与物位仪及水位传感器配套使用，当传感器的报警输入信号有效时，该信号通过光电隔离触发标准信号发生器，由标准信号发生器输出标准的频率信号，再由输出驱动发光二级管和㖓鸣器交替的声光报警,警示现场工作人员迅速撤离。

3.2.3 投入式液位传感器的安装与使用

（1）GUY5型液位传感器的接线和示意图

（2）传感器的调整：可使用红外遥控器对传感器进行调零、复位及零点调整等。

（3）传感器的组成框图和工作原理

工作原理：仪表盒提供＋6V，－6V的电压给传感头供电，传感头根据水中的压力与空气中的压力差，传感头把水位的高度变换成压力差，再把压力差转换成微弱的电信号，微弱的电信号给仪表盒，仪表盒和传感头之间，用防水通气联接。该微弱的电信号经放大器放大后送A/D变换器，单片机采集数字信息经运算处理后，输入水位高度用来数码管来显示，同时输出对应的输出信号，传送地面主机进行实时显示。

3.3水位报警参数的设定与预警的实现：各地点安装的水位传感器通过监测信号线连接到就近的分站控制器，通过分站再传送到地面主机，主机能实时显示水患地点水位变化参数。为了达到预警的目的，我们在安全监测系统主机软件中，对传感器报警参数进行了详细设定，例如井下中央泵房吸水井水仓高度为6米，在系统中设定上限报警值为5米，一旦水位检测数值达到5米，主机软件通过音箱发出语音报警，提示调度人员及监测人员采取有效措施。

3.4视频监控点的安装

为能直观看到现场水量的变化情况，我们还对水患地点安装了视频监控，并上传至调度台监视器中24小时实时显示，调度员可根据观察到的现场水量情况及时采取有效措施进行指挥。

4  井下撤人群呼报警系统的研究与应用

当井下出现水害报警时，井下都必须立即停头停面，向上级汇报情况及时采取安全措施。若是水情紧急，透水即将发生，必须立即发出警报迅速采取果断措施进行处理，防止透水事故发生，防止淹井，并及时撤出所有受水害威胁地点的人员。为实现人员在最短时间内迅速撤离现场的目的，我们经过反复研究，采取了两种方案：

4.1 利用调度DM－1多媒体通讯系统，实现电话群呼功能

调度员可通过调度通讯系统的客户端主机触摸屏对井下各地点电话进行分组群呼，指挥各地点人员迅速撤离现场。

群呼电话的设定：为实现上述功能，利用DM－1多媒体调度通讯系统群呼功能，对井下60部电话，按照区域划成四组，每组15部电话，通过软件系统设置4组群呼，分别为－480、90车场区域、东四区域、皮带、218区域、北翼区域，可按组进行群呼。调度员只需触摸一键就可实现多部电话同时呼叫，指挥人员按规定避灾路线撤离，方便快捷，忙而不乱。

4.2 撤人报警器的安装与应用

井下一旦有出现水患，物位仪或传感器检测值达到报警值，会就自动输出信号传给与其相连的声光报警器，报警器发出声光报警提示附近人员迅速撤离。但因物位仪或传感器只安装了四个地点，而且与其相串界接的KXH18矿用本质安全型声光报警器受距离限制。为使全矿井所有重要岗点，当发生险情时在第一时间接收到报警信号，我们经过反复研究，采用集团公司宏达公司生产的声光报警器，安装到所有采掘迎头及各重要岗点，一方面它可以就地手动报警，即当接到调度群呼电话时，现场人员可以手动启动报警器，警示所在区域人员迅速撤离。另一方面该声光报警器与安全监测系统配套的断电仪相串接，通过地面监测中心站系统软件手动控制功能，控制断电仪动作，从而自动启动与其相串联的报警器开启报警。

4.3 通过监测监控系统实现报警

当主机水位发出语音报警提示时，调度员判明情况后，操作员可通过安全监测软件手动控制功能，对井下所有区域地点的断电仪进行远程控制，通过断电仪吸合自动控制与其相连的报警器开启报警功能，警示现场人员迅速撤离。   

5  应用效果

井下水位水量预警系统及撤人群呼报警系统的研究与应用，对预防矿井水灾和紧急撤人发挥了重要作用。利用安全生产监测监控系统挂接水位传感器及报警器的方法，有效解决了水位水量的实时监测和预警功能，并可以通过历史曲线方式随时查看井下各地点水位变化曲线，为矿井调度指挥生产和公司领导决策提供理论依据。通过调度群呼电话的设置，可以分区域对有电话的地点进行群呼指挥，方便快捷，做到有序指挥，忙而不乱。利用安全监测系统自动或手动控制断电仪的方法，启动井下各重要岗点的声光报警器，实现了出现险情紧急撤人群呼报警的功能。通过以上方法的研究与应用，充分利用了现有资源，不仅节省了大量资金投入，而且达到更好更科学的预警报警效果。

作者简介：于柏玲，女，汉族，1967年3月出生，毕业于中国矿业大学机械设计与自动化专业，电气工程师，现任枣庄矿业集团付村煤业有限公司信息中心主任。办公室电话：(0632)4067551，手机：13589639806，通讯地址：山东省济宁市微山县付村镇付村业业有限公司，邮政编码277605。