【摘 要】古書院礦開采時間長，采空區(qū)范圍面積大，裂隙發(fā)育，開采水平已延深至15號煤層，上覆老空區(qū)積水隱患日益突出，15號煤層基底奧陶紀石灰?guī)r含水層富水性強，局部區(qū)域為帶壓開采。因此，必須掌握我礦井田范圍的水文地質(zhì)情況，才能保證煤礦安全生產(chǎn)。水文監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、具體、實時地為我們提供第一手資料，為礦井生產(chǎn)過程中防治水工作的實施有據(jù)可查。
【關鍵詞】水害因素；井下涌水監(jiān)測；地面遙測；排水量；涌水量
1.主要水害因素
古書院礦生產(chǎn)主要影響的水害因素主要有采空區(qū)積水、奧灰承壓水。
1.1采空區(qū)積水
采空區(qū)積水（包含小煤窯采空區(qū)積水）。
1.2奧灰承壓水
15#煤層基底奧陶紀石灰?guī)r承壓水。
2.水文監(jiān)測系統(tǒng)的安裝與使用
水文監(jiān)測系統(tǒng)主要設備分三部分：主站、分站、井下監(jiān)測儀。工作原理是：
主站設在地面，用于接收和顯示各個監(jiān)測分站的實時數(shù)據(jù)，并整理、打印各種報表。分站使用雙CPU工作，兩個CPU分別與井上計算機（主站）和井下監(jiān)測儀通信，同時共享內(nèi)存數(shù)據(jù)并循環(huán)顯示各監(jiān)測點數(shù)據(jù)，當分站接收到計算機讀取數(shù)據(jù)命令，則打包內(nèi)存數(shù)據(jù)并發(fā)送至主站。井下監(jiān)測儀主要是通過傳感器接收信號，然后連接數(shù)據(jù)采集儀通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，將信號傳輸至分站，同時實地顯示各監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)。
我礦根據(jù)監(jiān)測目的不同分三處安裝使用：
2.1地面監(jiān)測
井上水文監(jiān)測點設在污水處理一、二、三廠，井下排水通過管道直排污水處理廠，超聲波傳感器安裝在直排管道上。
超聲波傳感器的大致工作原理是：
當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關系符合下面表達式：
V=×
θ為聲束與液體流動方向的夾角
M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)
D為管道內(nèi)經(jīng)
Tup為聲束在正方向上的傳播時間
Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間
△T=Tup-Tdown
流量公式：Q=V*T
Q為流量
V為流速
T為時間
傳感器采集數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，上傳信號至分站，分站再上傳至主站，主站接收、顯示排水量。
監(jiān)測排水量主要有三個用途：
2.1.1調(diào)節(jié)排水
井下三個開采水平均有直排管道通往污水處理廠，不同的管道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，反應了各水平的排水量。井下排水管路已形成網(wǎng)絡，當某處水量增大，排水管路不能滿足要求時，可以通過閥門控制調(diào)節(jié)水量，完成排水。
2.1.2調(diào)整設備
通過對排水量監(jiān)測，可以得知各排水點的排水設備（水泵、電機、排水管路）是否滿足要求，或是否存在大馬拉小車的情況，以便調(diào)整排水設備，使其在滿足排水要求的情況下杜絕浪費。
2.1.3驗證分析
通過排水量與涌水量的數(shù)據(jù)對比，結合井下排水設備實際運行狀況來分析排水量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度。
2.2井下涌水監(jiān)測
監(jiān)測井下涌水量的變化是水文監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務之一，我們在是三個開采水平的中央水倉、各盤區(qū)水流匯總點、地面水下滲井下長期穩(wěn)定的出水點安裝了水文監(jiān)測設備。井下水文監(jiān)測設備分明渠流量監(jiān)測設備和管路流量監(jiān)測設備，管路流量監(jiān)測與地面管路監(jiān)測原理一樣。
明渠流量監(jiān)測的工作原理是：
整理一段明渠，明渠壁、底要求平整，然后按其尺寸加工一薄型堰板，讓水流流經(jīng)一個標準的幾何圖形（堰板），水的流量和堰板上游的液位具備下面的關系 Q=CHn， 公式中的系數(shù)C和指數(shù)n因堰板的幾何圖形而異。對于固定的標準堰板，水的流量只跟水槽上游的液位H有關，所以我們只要測出水槽上游的液位（液位的測算通過傳感器測算），就可計算出水的流量。
2.3地面遙測
主要是監(jiān)測水文觀測孔水位的變化，水文觀測孔出水層位是奧灰?guī)r含水層，位于15#煤層底板以下。通過監(jiān)測水文觀測孔可以實時掌握礦井奧灰含水層的水位，水量等實時變化情況，結合地質(zhì)資料，可以劃分出15#煤層的帶壓開采區(qū)，為礦井帶壓開采提供預警提示，達到對水害的早發(fā)現(xiàn)、早預警、早處理的效果；長期觀測其水位，就能發(fā)現(xiàn)水位與降水的時間關系以及地下水的周期性變化等規(guī)律。當然，由于安裝使用時間太短，還無法從水位的變化反映以上規(guī)律。只有通過幾年甚至十幾年的觀測數(shù)據(jù)，才能發(fā)現(xiàn)其復雜的變化規(guī)律。
3.監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
3.1井下水文監(jiān)測系統(tǒng)從2012年8月開始運行，683水平涌水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：
說明：683水平是最上層的開采水平，涌水量與大氣降水、地表水關系最為密切。我地區(qū)每年7-9為雨季。
通過數(shù)據(jù)分析：
�。�1）683水平涌水量峰值滯后大氣降水峰值。
�。�2）683水平涌水量具有周期性變化。
3#煤四盤區(qū)水倉明渠流量近期監(jiān)測如下：
3#煤四盤區(qū)水倉明渠安裝流量儀主要監(jiān)測閻莊煤礦等小煤礦積。今年5月至7月8日之前，監(jiān)測水量在45-50m3/h，7月9日水量為55m3/h水，10日水量為58-60m3/h，之后趨于穩(wěn)定。
數(shù)據(jù)分析：
�。�1）我市7月8日之前監(jiān)測水量較穩(wěn)定，是因為降水沒有入滲至井下，7月9日水量略有增大，說明大氣降水入滲至井下。
�。�2）根據(jù)該處涌水量增大時間與其它直接受大氣降水影響地點涌水量增大時間對比，說明各處入滲條件（地表植被的覆蓋狀況、地形、巖石的透水性、導水通道等）不同，決定了礦井涌水量變化時間不同。
3.2水文觀測孔數(shù)據(jù)分析
水文觀測孔水位變化曲線如下圖：
數(shù)據(jù)顯示奧陶紀石灰?guī)r含水層水位在3月份至7月份呈下降趨勢， 7月份至10月底，水位呈上升趨勢，10月底至現(xiàn)在水位呈下降趨勢。因為觀測時間只有1年，不能說奧灰?guī)r含水層水位變化稍稍之后于雨季。也不能因為二仙掌水文觀測孔水位總是高于牛山水文觀測孔，就武斷地認為它們一定具有水力聯(lián)系。因為巖溶水的分布不均一，不能通過兩個觀測孔就得出太多規(guī)律，要想準確掌握我礦區(qū)域巖溶水的規(guī)律，必須有足夠密集的水文鉆孔資料，因此，我們需結合礦區(qū)分布的水源井資料來掌握奧灰?guī)r含水層的規(guī)律。當然，由于兩個水文觀測孔處在15#煤西翼及其附近，其水位仍可作為15#煤西翼劃分區(qū)域帶壓的重要依據(jù)。
總之，水文監(jiān)測系統(tǒng)在應用中，基本能夠監(jiān)測水位的變化，為啟動水害預警提供依據(jù)，但其精確性、穩(wěn)定性有待提高。 [科]
【參考文獻】
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