矿井水文自动监测系统技术

平煤集团科技进步奖励申报书成果名称：矿井水文自动监测系统的研究与应用任务来源：朝川矿主要完成单位：朝川矿一井主要协作单位：矿地测科工作起止时间：2010年4月至今申报单位：一井生产科申报日期：2011 年 4 月1 日一、项目简介二、详细内容及推荐理由三、本项目曾获科技奖励情况四、申请、获得专利情况表五、申报、评审意见六、主要完成人员情况表附件成果应用证明目录1水文自动监测系统研究与应用项目计划任务书2水文自动监测系统研究与应用项目研究报告3水文自动监测系统研究与应用实施报告4水文自动监测系统研究与应用经济与社会效益分析报告项目编号：平煤（股份）科研项目计划任务书项目名称：水文自动监测系统研究与应用承担单位：朝川矿一井开发机构：朝川矿起止年月： 2010年4月至今项目负责人：陈卫国附表2：开发用需自制或新购设备情况附表3：开发用主要材料情况（不含中间试验）水文自动监测系统研究与应用项目研究报告平煤集团朝川矿二O一一年四月水文自动监测系统研究与应用项目研究报告一、概况：朝川矿一井，属斜井多水平分区式开拓，主要开采己16-17煤层，根据勘探工程、三维地震勘探资料，矿井地质报告，瞬变电磁及朝川矿区己组煤底部灰岩岩落水分布规律研究与治理及二水平揭露等已掌握资料分析，区内大中型构造较多，地质及水文地质条件复杂，煤层顶板砂岩水及底部灰岩岩溶水对采掘生产影响较大，特别是底部灰岩岩溶水。

由于长期受底板灰岩承压水影响，工作面向下布置困难。

目前一井二水平东翼泄水巷、-300东、西翼泄水巷、-390东、西翼泄水巷正在探水、泄水阶段，及时掌握这些地点的水位、水压的变化，对于下一步的探水、泄水工作显得尤为重要。

二、一井水害情况朝川矿一井回采煤层为己16-17煤层，煤层底板直接充水层为太原组薄层灰岩岩溶发育，富含岩溶水。

寒武系白云岩岩溶发育，岩溶水较丰富，是己16-17煤底板间接充水层。

太原组薄层灰岩与寒武系白云岩两含水层水力联系密切，太灰岩溶水接受寒灰岩溶水的补给。

太原组薄层灰岩顶板至己16-17煤底板之间的隔水层厚度平均只有8.37m，底板岩溶水水压较大，对己16-17煤生产构成威胁。

一井建井以及生产过程中，多次发生以煤层底板岩溶水为水源的突水。

建井过程中发生的大型突水事故主要有：（1）1973年4月8日，东风井巷道掘进过程中，遇到小断层，使煤层缺失，断层错动使煤层底板与石炭系灰岩含水层之间的距离减小至2m，岩溶水水压为0.75Mpa,薄弱隔水层在水压作用下发生底鼓，底板岩溶水突破隔水层突入矿井，突水量为380m3/h，淹没了东风井。

（2）1973年10月西风井工作面掘进过程中，多次发生突水。

掘进至8-8孔时，因钻孔封闭不良，底板灰岩突水，突水量90m3/h，出水点标高+90m，水压0.78Mpa。

1973年9月15日在+50m水平的四横贯，空气变凉，有水泡声，第三天底鼓出水50m3/h。

1973年9月29日掘进到+44m水平时，煤层变薄，产状紊乱，又出现了水泡声，比+50m水平的响声还大，连响四天，停了工作面，改掘+44m横贯。

1973年10月24日在斜井+44m水平巷道掘进时，发生底鼓突水，底鼓段长20～30m，水压1.34Mpa，突水量为720m3/h，导致西风井被淹。

（3）1980年12月9日一水平东翼运输大巷从己组煤层顶板砂岩中掘进过程中，遇到落差28m的断层，揭露石炭系灰岩含水层，造成突水。

突水量314m3/h,最大达到943 m3/h，水压0.5Mpa。

表1 朝川一井二水平突水点统计表水害水源来看，10次突水其水源来自于煤层底板太原组薄层灰岩和寒武系白云岩岩溶水，1次属于煤层顶板砂岩裂隙水。

从突水强度上看，特大型突水一次，突水量为1996m3/h，中等突水一次，突水量为109.8m3/h。

单纯以太原组灰岩岩溶水为水源的突水其水量较小，一般小于60m3/h，寒武系白云岩岩溶水补给或参与的突水其水量较大。

以煤层底板灰岩岩溶水为水源的突水，突水时往往伴有底鼓现象，水从底鼓周围裂隙带中流出来，大型突水水压较大，表现在水从突水口喷射而出形成水柱。

2001年12月26日，21030里工作面机巷在掘进过程中，发生底板突水事故。

突水点标高-106m，估计水压为0.5MPa，最大突水量为1996m3/h，稳定水量为300m3/h。

直接水源为石炭系岩溶水。

这次突水淹没了-86标高以下的3000m巷道以及-150m临时排水阵地的所有设备，至到2002年3月15日才恢复-150m泄水，造成重大经济损失。

三、矿井水害防治措施朝川矿一井属于水文地质条件复杂的矿井，底板石炭系和寒武系岩溶水水害是威胁着矿井安全生产的最不利因素。

在多年的防治水工作中，通过不断摸索和总结，把泄水降压作为防治煤层底板岩溶水水害的关键措施，并大幅度提高矿井排水能力。

安全生产实践表明，疏水降压效果显著，保证了安全生产。

自2001年12月26日，21030里工作面机巷掘进过程中发生大型底板岩溶水突水事故后，没有发生突水事故，岩溶水水压已经降至-210m。

1、疏水降压工程措施（1）-10水平泄水工程。

（2）-250m水平泄水工程。

2003年7月，一井－250水平主排水系统形成后，分期实施了泄水工程。

(3)东翼泄水巷布置在煤层底板灰岩中，长度720m,其中320m在灰岩中，掘进过程中未揭露大的溶洞，水量稳定在130m3/h。

至2005年11月，-250m水平西翼水压降至0.18Mpa,但东翼原-106突水点仍在出水，水量稳定在200-300 m3/h，水压仍居高不下，东翼-250m水压在1.4～1.5 Mpa。

2006年1月至2006年10月，在东翼泄水巷中逆L2灰岩倾向向-106出水点施工泄水孔，施工14个泄水孔，初期最大泄水量达到1202 m3/h，工程结束后总泄水量达到540 m3/h，东翼水压由1.43Mpa降至0.35 Mpa(水位-210m)，原-106突水点断流。

2006年在东翼泄水巷迎头位置施工超前钻孔时，钻孔出水，距离该出水点东南580m、620m的4-99孔和水1孔的水位分别是-47.26m和-32.06m，推测迎头水压在1.99～2.15 Mpa。

为此，2007年2月—5月施工了4个探放水孔，出水量在300 m3/h。

（4）目前随着矿井不断往深处延伸，矿井水文地质越来越复杂化，泄水任务也空前重要，-300东、西翼泄水巷的施工、-390东、西翼的泄水巷施工，-390泵房排水系统的完善等等，都是亟待、迫切的需要。

2、强化排水系统和提高排水能力3、水文监测、监控全天候化，达到早预测、早预防、早控制，不断提高矿井抗灾、防灾能力针对朝川矿一井水文地质条件复杂，随着一井开采深度的不断增加及井田范围的不断扩大，煤层开采受石炭系和寒武系灰岩岩溶承压水的威胁程度越来越严重；传统的水文监测方法一般由人工定期对所选定的观测点逐点测量，难以获得各测点的同时涌水量，不利于分析涌水点的涌水情况，特别是有突水发生时，不能及时发现。

既浪费人力、物力,也浪费财力,已不能适应时代的发展、并且一井井下各水文观测点又比较分散等情况。

经矿、井领导及有关技术部门详细研究与分析后，分别在二水平东翼泄水巷及二水平大巷、己一采区轨道下山等水文监测地点布置了一套基于光纤传输的矿井水文监测及其分析系统。

该系统利用先进的传感器技术、光纤传输技术,采集地下水的水温、水位、水压、明渠流量等信息,利用无线传输技术采集水文观测孔的水温、水位、水压信息,并对采集到的数据传输至地面计算机后，进行处理分析,及时有效地为煤矿安全生产提供了预警机制。

该系统集水文数据采集、数据处理、数据网络共享、水害预警、辅助决策于一体，采用现代化监测手段对地下水的各种参数进行监测，从而能够及时掌握水文动态，达到对水害事故的早发现、早预报、早防治等效果。

应用该系统可以及时掌握地下水的变化情况,为煤矿的安全生产提供保障，具有重要意义。

四、施工情况1、技术准备（1）由厂家提供全套图纸及设备合格证、说明书等随机技术资料；（2）组织工程技术人员及施工人员熟悉和审查图纸、资料；2、材料准备（3）根据图纸提出材料计划并及时落实到货情况，检查材料的材质、型号规格、数量是否符合设计要求。

3、施工机具准备根据工程情况及特点配备施工机械、设备、工具等。

4、安装根据厂家提供的设备，井下人员通过各种机械、设备、工具分别在-250东翼泄水巷、21070机巷水仓、二水平西大巷、己一采区运输下山、轨道下山、-390水平大巷等水文监测地点，安装好水文自动监测系统然后铺设数据传输线路，一直铺设至地面，与地面电脑数据分析处理系统相连接。

通过调试后，形成整个水文自动监测系统。

五、水文自动监测系统优缺点优点1、实现水文监测全天候化，能同时得出整个矿井涌水量情况；2、大大减少由于人工监测时，带来的各种困难；3、大大减少各种费用支出，为矿井节约了各种资金；缺点；1、在自动监测出现故障时，无法准确实现全方位监测；2、安装过程复杂化，自动监测系统容易损坏，必须保护好设备的完整性；六、结论任何事物都有它的优劣性，对于一井的水文地质情况来说。

监测地点多、水文地质条件复杂、路途遥远等问题。

使用水文自动监测系统无疑是最佳选择。

通过一年多来的使用情况来看，水文自动监测系统的优越性，已很明显。

水文自动监测系统的使用，不仅减少了各种费用的支出、还大大降低了职工的劳动强度，真正实现了一井的水文自动监测系统的自动化、全天候化。

为今后其他兄弟单位在水文监测系统技术改进方面，提供了一个很好的借鉴平台。

也提高了一井的防治水水平，增强了抗灾、防灾能力。

水文自动监测系统研究与应用的实施报告平煤（股份）朝川矿二O一一年四月朝川矿一井充分利用已掌握的地质地层资料，在二水平东翼泄水巷2号硐室施工，对水文监测系统经过充分研究论证，在技术上可行、经济上合理具有明显的经济效益和社会效益，实践证明水文监测系统在应用上符合一井实际。

现将实施情况汇报如下：2010年2月1日——3月3日由技术组成员在对朝川矿一井井下二水平东翼泄水巷、21070采面、二水平西大巷、己一采区运输下山、轨道下山、-390水平等地点进行现场实地考察，收集资料，通过综合分析和技术经济比较，提交水文自动自动监测系统改造方案设计。

并组织相关技术人员和矿、井领导进行技术论证，确定方案。

2010年3月4日——2010年3月31日经过一个多月的紧张安装施工，全部建立起水文自动监测系统，一井实现水文监测自动化。

2009年4月1日——至今为投入使用阶段为朝川矿一井的安全生产、持续、稳定、发展奠定了基础。

水文自动监测系统研究与应用的经济与社会效益分析报告平煤股份朝川矿二O一一年四月水文自动监测研究与应用的经济与社会效益分析报告《矿井水文自动监测系统技术的研究与应用》项目属于煤矿防治水领域研究范属。