保水采煤DCS监测预警系统的制作方法

本实用新型属于煤炭行业对煤层上方地下水位监测技术领域，具体涉及一种保水采煤DCS监测预警系统。

背景技术：

“保水采煤”最早是1992年提出的，并于1995年首次使用“保水采煤”一词，其基本思想是在煤炭开采的过程中，满足保水与生态环境保护的需求，实现途径是通过规划选择合适的开采区域，通过采煤技术调整开采参数，以保护含水层结构。其后，保水采煤的思想先后扩展到井田勘探时进行前期采煤、保水论证；以及采空区塌陷岩体稳定后含水盆地形成的可能性论证等方面。由于这种思想是最近一二十年提出的，所以在对煤层上覆基岩及基岩上水位的勘察监测设备较少，集成度小，基本使用的是通用的专业设备，勘察数据精确，施工周期长，成本高，也无法实现长期不间断监测。目前还没有将地下水位埋深、煤层上基岩沉降位移及视频监测等信息集于一体的系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种保水采煤DCS监测预警系统，解决了现有技术中存在的专业设备无法实现全天候、连续监测的弊端，无法达到监测岩层及水位动态变化的趋势，给宏观决策提供可靠的依据的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，保水采煤DCS监测预警系统，包括由若干套保水采煤DCS监测预警一体机组成的分布式的动态监测网络，各 保水采煤DCS监测预警一体机之间通过ZigBee模块进行通信，所有保水采煤DCS监测预警一体机均通过线路与DCS监测主机相连，DCS监测主机收集到信号，包括DCS副机发送的信号后，经过计算处理，通过GPRS模块实时发送到监控中心，供数据使用人员进行判定。

本实用新型的特点还在于，

保水采煤DCS监测预警一体机具体结构为：包括形变子系统和信息处理子系统。

形变子系统具体为：包括设置于地下含水层的液位传感器以及设置于煤层上覆基岩处的沉降锚爪和摄像头，液位传感器还与模数转换器ADC连接，沉降锚爪连接导线装置后与计数采集单元连接，信息处理子系统具体结构为：包括信息采集处理单元，信息采集处理单元分别又与液晶屏、GPRS通信模块、ZigBee模块、视频信号处理器相连，视频信号处理器还与形变子系统的摄像头相连。

液位传感器上还设置有液位传感器套管，沉降锚爪外部也设置有锚爪套管，摄像头外部设置有摄像头套管。

摄像头每套为4个，采取在圆周上均匀分布的方式布局。

导线装置包括绕线轮、压线轮和计数轮，压线轮在计数轮上侧，通过压线轮与计数轮同步转动，绕线轮在压线轮及绕线轮右侧，起收放线功能。

本实用新型的有益效果是，保水采煤DCS监测预警系统，采用保水采煤DCS监测预警一体机后，可实现对煤层上覆基岩沉降、基岩裂缝比对及岩层上方水位的动态实时监测，达到监测岩层及水位动态变化的趋势，给宏观决策提供可靠的依据。同时又对岩层切面进行图像对比监控，便于直观判断。

附图说明

图1是本实用新型保水采煤DCS监测预警系统的系统布置图；

图2是本实用新型保水采煤DCS监测预警系统的系统原理图；

图3是本实用新型保水采煤DCS监测预警系统中保水采煤DCS监测预警一体机的结构示意图。

图中，1.液位传感器，2.液位传感器套管，3.沉降锚爪，4.锚爪套管，5.摄像头，6.摄像头套管，7.导线装置，8.模数转换器ADC，9.计数采集单元，10.视频信号处理器，11.信息采集处理单元，12.液晶屏，13.GPRS通信模块，14.ZigBee模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型保水采煤DCS监测预警系统，结构图如1、图2所示，包括由若干套保水采煤DCS监测预警一体机组成的分布式的动态监测网络，各保水采煤DCS监测预警一体机之间通过ZigBee模块进行通信，所有保水采煤DCS监测预警一体机均通过线路与DCS监测主机相连，DCS监测主机收集到信号，包括DCS副机发送的信号后，经过计算处理，通过GPRS模块实时发送到监控中心，供数据使用人员进行判定。

其中，如图3所示，保水采煤DCS监测预警一体机具体结构为：包括形变子系统和信息处理子系统，形变子系统具体为：包括设置于地下含水层的液位传感器1以及设置于煤层上覆基岩处的沉降锚爪3和摄像头5，液位传感器1还与模数转换器ADC8连接，沉降锚爪3连接导线装置7后与计数采集单元9连接，液位传感器1上还设置有液位传感器套管2，沉降锚爪3外部也设置有锚爪套管4，摄像头5外部设置有摄像头套管6，摄像头5每 套为4个，采取在圆周上均匀分布的方式布局，摄像头套管6在摄像头5位置装有玻璃，每个摄像头5前面装有一块玻璃，导线装置7包括绕线轮、压线轮和计数轮，压线轮在计数轮上侧，通过压线与计数轮同步转动，绕线轮在压线轮及绕线轮右侧，进行收放线。信息处理子系统具体结构为：包括信息采集处理单元11，信息采集处理单元11分别又与液晶屏12、GPRS通信模块13、ZigBee模块14、视频信号处理器10相连，视频信号处理器10还与形变子系统的摄像头5相连。

本实用新型保水采煤DCS监测预警系统中，液位传感器1的型号为gb-2100fl，摄像头5的型号为lcd5110，液晶屏12的型号为海康威视ds-2cd4012f。

本实用新型保水采煤DCS监测预警系统，工作原理如下：

地下水埋深监测是通过液位传感器1将水位变化转换为电流信号，通过模数转换器ADC8传输到信息采集处理单元11，换算成位移，从而计算出水位变化；煤层上覆基岩沉降监测是通过将沉降变化转换成电压信号，再由信息采集处理单元11换算成沉降位移。当地下水埋深发生变化时，液位传感器1就会将水位变化转换为电流信号，通过模数转换器8将信号传输到信息采集处理单元11，换算成位移，从而计算出水位变化；通过液晶屏12将变化量显示到液晶屏12上，各副机通过ZigBee模块14将数据发送到DCS监测主机，DCS监测主机通过GPRS通信模块13将数据发送到监测中心。若变化值超过阈值，则触发预警机报警。当煤层上覆基岩发生沉降时，基岩拉动导线，导线装置7中的计数轮将数据传送到计数采集单元9，计数采集单元9将电压信号转换后传输到信息采集处理单元11，从而计算出岩层沉降变化；通过液晶屏12将变化量显示到液晶屏上，各副机通过ZigBee模块14 将数据发送到主机，主机GPRS通信模块12将数据发送到监测中心。若变化值超过阈值，则触发预警机，同时启动摄像头，进行抓拍裂缝图像，由信息采集处理单元11与上张保留的图片进行比对分析后，通过通信模块12将其发送到监测中心，煤层上覆基岩裂缝通过摄像头5进行定时抓拍，通过视频信号处理器10将图像信息发送到信息采集处理单元11，与上张保留的图片进行比对分析后，GPRS通信模块13将其发送到监测中心，供监测人员使用。当比对结果超过阈值时，同时启动预警机。

本实用新型保水采煤DCS监测预警系统，为井田在勘察设计期就投产后对地下水位埋深监测手段提供了设备选择的可能；为正在运行的煤矿提供了煤层上覆基岩沉降、裂缝变化及岩层上水位埋深的动态变化趋势及各时段变化值，便于领导决策；提供采空区塌陷岩体稳定后地下水位埋深变化的趋势值，为各时段植被恢复提供依据。总体来说，一是预防煤层以上地下水流失，生态遭到破坏；二是监测稳定的采空塌陷区地下水位埋深，为生态环境恢复治理提供依据。该系统通过对煤层上覆基岩的沉降变化、基岩裂缝图像对比及基岩上方水位、采空塌陷区地下水的动态实时监测，确保在煤炭开采过程中，避免或降低对开采区生态环境造成破坏，为预防煤层以上地下水流失、生态破坏，以及矿区生态环境恢复治理提供依据。其方法简单，绿色环保，效果好。