一种井下应急水位监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种煤矿井下治水系统，尤其涉及的是一种井下应急水位监测系统。

背景技术：

矿体信围岩空隙中的地下水(孔隙水水源、裂隙水水源、岩溶水水源)、地表水水源，在压力作用下涌出，称为涌水。量大、势猛，突发的涌水，称为突水。危害性极大。堵水是指堵截井下涌水。为预防采掘过程中突然涌水而造成波及全矿的淹井事故，通常在巷道穿过有足够强度的隔水层的适发地段上设置防水闸门和防水墙。

2017年5月25日，潘二矿开拓三区303队施工的12123工作面底抽巷联络巷发生一起突水事故，造成矿井被淹。由于井下视频监控系统无法工作、人员无法下井，局矿各级领导和专家均无法及时了解井下突水情况及矿井淹没程度。在这个关键时刻，勘探处地面物探队临危受命，连夜携带井中录像测井仪赴潘二矿副井井口，通过副井井筒紧急搭建了矿井应急水位监测系统，使其成为局矿各级领导和专家及时了解井下突水情况的唯一渠道。

煤矿井下一旦发生重大突水事故，人员无法下井，井下设备不能工作，地面人员不能及时了解井下被淹状况，给抢险救援工作带来巨大困难，无法提前预判矿井突水情况和抢险堵水效果，为提前安排各项工作提供帮助。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中不能实施监测井下水位，无法提前预判井下突水情况的井下应急水位监测系统。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本实用新型公开一种井下应急水位监测系统，包括置于井场的监视器、控制面板、缠绕着电缆的绞车、以及置于井下的测量探头；测量探头通过电缆连接控制面板，监视器连接控制面板。

优选的，还包括鱼漂测深装置，鱼漂测深装置置于测量探头镜头前，并连接在测量探头上。

优选的，所述鱼漂测深装置包括钓鱼线、鱼漂、铅块；鱼漂通过鱼线假装在测量探头的镜头前面，铅块连接在鱼漂底部。

优选的，所述测量探头为SYKJ-18型井中录像测井仪。

优选的，所述电缆上设有标记。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型通过监视器、控制面板、绞车、测量探头实现实时检测水位高度，记录水位变化，为绘制水位时间变化趋势图提供数据来源；

且在测量探头的镜头前端加装了鱼漂测深装置，摄像头不再接触水面，从而使水位深度测量和视频监视互不干扰，大大减少了上提清洗摄像头的次数，提高了工作效率和监测的连续性；

并结合水位变化趋势图和矿井空间结构，通过对矿井突水量的定性和定量评价，可提前预判矿井突水情况和抢险堵水效果，为提前安排煤矿各项工作提供帮助。

附图说明

图1是本实用新型一种井下应急水位监测系统的结构示意图；

图2(a)是水位变化趋势图；

图2(b)是水位变化趋势图；

图2(c)是水位变化趋势图；

图2(d)是水位变化趋势图；

图2(e)是水位变化趋势图；

图3方法一的井筒及巷道示意图；

图4方法一突水量变化示意图；

图5方法二的井筒及巷道示意图。

图中标号：监视器1、控制面板2、绞车3、电缆31、测量探头4、鱼漂测深装置5、鱼线51、鱼漂52、铅块53、副井井筒6、巷道7、斜巷8。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例一种井下应急水位监测系统，包括置于井场的监视器1、控制面板2、缠绕着电缆31的绞车3、以及置于井下的测量探头4；测量探头4通过电缆31连接控制面板2，监视器1连接控制面板2，通过测量探头2的摄像头拍摄的画面及根据测量探头4触水时水面上泛起的水花变化来判断水面深度，并传输到控制面板2进行处理，并在显示器1上显示井下画面。

本实施例还包括鱼漂测深装置5，鱼漂测深装置5置于测量探头4镜头前，并连接在测量探头4上。

所述鱼漂测深装置5包括钓鱼线51、鱼漂52、铅块53；鱼漂52通过鱼线51假装在测量探头4的镜头前面，铅块53连接在鱼漂52底部，具体的，用鱼线51在测量探头4的摄像头前端400mm加装颜色鲜艳的鱼漂52(鱼浮子)，鱼漂52底部距最低处10mm处加挂铅坠53。鱼漂52触水后，渐渐的从竖直状态变为水平至整个鱼漂52水平平躺在水面上，整个过程清晰显示在监控显示器1上，且鱼漂52触水后从竖直状态变为水平状态过渡时间充分，这样就可以利用鱼漂52跟踪水位升降，记录水位深度；

鱼漂测深装置5的设置能够不影响原有摄像功能的前提下，通过观察鱼漂52在水面是否处于水平状态来测量水位，而摄像头不再接触水面，避免水面漂浮的大量油污很容易覆盖摄像头玻璃，使图像模糊不清，影响视频监视，减少上提摄像头进行清洗的次数，且能够避免水面漂浮的大量道木碰坏摄像头；使水位深度测量和视频监视互不干扰，大大减少了上提清洗摄像头的次数，提高了工作效率和监测的连续性。

优选的，所述测量探头为SYKJ-18型井中录像测井仪。

电缆31上设有人工标记，在电缆31中每间隔一米进行人工标记计数，这样直接从电缆31上量取深度，准确无误。

将大量水位监测数据及时绘制成图形化的水位变化趋势图，有利于我们对水位变化进行长期、连续、直观的研究，有利于根据水位变化趋势图研判矿井突水的变化情况，并可对矿井突水量进行定性和定量评价。

图2(a)-图2(e)为部分水位变化趋势图，可根据图中趋势，对井下水势进行分析，图中横坐标为时间，1小时/格，纵坐标为深度，深度由上至下数据递增，1米/格；

根据实际使用状态分析如下：对于图2(a)，5月28～6月9日水位变化趋势图(纵轴深度范围514-540m)，显示无人工干预状态下矿井涌水水位变化趋势图，水位自然上升，矿井水位从544米(井口以下，后同)上升到513米，图中的几个水平段，是矿井突水在充填井下的大片巷道或采空区。而其余部分则是按大致的斜率保持上升，从一个侧面可以反映和预判矿井突水速度的大小；

对于图2(b)，6月10日-6月22日水位变化趋势图(纵轴深度范围508-527m)从6月10日，开始对突水过程进行人工干预即抽水，抽水时水位下降，停泵后水位恢复上升，从两次停泵后水位恢复曲线的斜率看，二者基本相同。表示水位恢复速度基本相同，从一个侧面反应了当时井下堵水的效果尚未显现，此后一直有水泵维持运行，保持水位基本稳定。

图2(c)为6月23-7月5日水位变化趋势图(纵轴深度范围508-527，527-541m)，6月29日6时开始进行强抽，使水位从509米直线下降至图2(d)中7月8日的563米。

观察图2(d)，7月6-7月18日水位变化趋势图(纵轴深度范围541-560m)，以及图2(e)7月19-7月31日水位变化趋势图(纵轴深度范围541-560m)，通过调节运行水泵数量的不同，一直维持水位的基本稳定，而在这一过程中，井下堵水工作一直在进行，在水位保持基本稳定的情况下，通过统计运行水泵泵量的大小也可以定性判断矿井出水的大小。

另一方面，图2(e)中有三处明显的下凹曲线，均是抽水造成的，分析这三处下凹曲线明显可见，停泵后水位恢复到相同位置时时间从左向右越来越长，说明矿井涌水量在减小，也从侧面反应出堵水已经出现了效果，堵水是指堵截井下涌水。

由此可见，能够从通过水位趋势图分析，得知矿井涌水、堵水情况。

再者，本实用新型还提供一种采用所述井下应急水位监测系统进行监测的方法，具体步骤如下：

(1)布置好监视器1、控制面板2、绞车3、测量探头4、鱼漂测深装置5，并根据实时的水位，绘制水位随时间变化趋势图；

(2)根据步骤(1)中所绘制的水位变化趋势图与矿井空间构造结合起来，判断涌水量的快慢或大小，并计算涌水量；

(3)通过判断出的涌水量进而调配泵的数量，维持水位的基本稳定。

对于水量的计算，此处给出两种计算方法：

方法一：利用抽水计算涌水量，突水量的定量评价，可有效判断抢险堵水工程后期的堵水效果。方法一结合水泵泵量、抽水时间、停泵后水位恢复时间共三个参数计算突水量，方法简单便捷。

其原理，结合图3(副井井筒与巷道连接示意图，未画出采空区等空间布置)所示，当水位从A变化到B时，A与B标高之间的所有空间的水均会被排空，而当水位从B恢复到A位置时，A与B标高之间的所有空间又会被水充满，无论这个空间体积是多大，二者均是相等的。

假定当副井井筒水位到达A位置时，开始开泵抽水(假定只开一台泵)，开泵时间为T1。经过一段时间后，水位下降到B位置，此时时间为T2。停泵后水位会缓慢上升，假设经过一段时后水位又恢复到A位置，此时时间为T3。

T1～T2阶段总的抽水量为：Q1b(T2-T1)，其值等于T2-T1这段时间的矿井涌水量Qy(T2-T1)与A至B水位之间所有体积的存水量，而这个存水量就等于T2～T3阶段的矿井总涌水量为Qy(T3-T2)。

即：Q1b(T2-T1)＝Qy(T2-T1)+Qy(T3-T2)

那么每小时的涌水量：Qy＝Qb(T2-T1)/(T3-T1)

其中，Q1b为第一台泵的泵量，Qy为涌水量，单位均是立方米/小时。

由上式可见，Qy与泵量和时间有关系，而与水体体积没有关系。

那么对于使用N台泵，自开泵时间至关泵后恢复至原始水位的阶段，计算涌水量的公式为：

Qy＝(Q1bΔT1+Q2bΔT2+·····QnbΔTn)/(ΔT抽+ΔT恢)

其中，Q1b为第一台泵的泵量，ΔT1为第一台泵的抽水时间，Q2b为第二台泵的泵量，ΔT2为第二台泵的的抽水时间，·····Qnb为第N台泵的泵量，ΔTn为第N台泵的的抽水时间，ΔT抽为从开泵至关泵的总时间，ΔT恢为水位从低水位到高水位的恢复时间，Qy为涌水量。

采用上述计算方法，对涌水量(其中一段时间内的每小时的流量)进行了计算。

例如，如图4所示，当水位在A位置时，开始抽水(一台泵)，此时水位为550.89m，至B位置(T2)停泵，水位为558.21m，耗时约12小时。此后水位开始慢慢恢复，至A位置(T3)水位达到550.89m，耗时约26小时，已知此泵的泵量为700m³/h。则涌水量：

Qy＝Q1b(T2-T1)/(T3-T1)＝700*12/(12+26)＝221.05m³/h

但在上述运算过程中，我们始终假设Qy值是不变的，这在堵水效果未显现时可以成立，但在堵水后期，堵水效果逐渐显现，在长达38小时的抽水及水位恢复过程中，Qy值肯定会逐渐减小的。为减小这个误差，我们不必拘泥于水位从A到B的变化，可以尽量缩短AB间隔，因此采用图4中ab段则可以最大限度减小这种误差，利用ab段计算数值如下：我们取a水位值551.05m，停泵时b水位为558.21m，耗时8小时，停泵后水位恢复到551.05m，耗时18小时，已知此泵的泵量为700m³/h。则：

Qy＝Q1b(T2-T1)/(T3-T1)＝700*8/(8+18)＝215.38m³/h

可见缩短AB值能有效减小计算误差。

方法二：当水位一直处于巷道以下位置时，可以利用井筒体积计算总的涌水量；

在堵水工程后期，通过水泵连续抽水，在副井井筒6内可将水位降至大巷以下位置，如图5所示。假定当水泵全部停止抽水时的水位为B，此后矿井涌水会通过巷道流入副井井筒，使水位逐渐上升至A。由于井筒周长固定，容易得知井筒高度为一米的体积。而水位上升速度我们可以通过井中录像测井仪进行准确测量。

那么，每小时的涌水量计算公式为：

Qy＝V*H

其中，V为副井井筒高度为一米的体积，H为每小时水位上升的高度，单位为米，Qy为涌水量。

例如，井筒每米体积约80立方米，每小时水位上升0.70米，由此：

Qy＝＝80*0.70＝56m³/h

通过井下应急水位监测系统的建立，同时通过控制面板2对副井井口水位监测数据的处理与分析，并能够从监控器1中实时监测水位变化，可提前预判矿井突水情况和抢险堵水效果，为提前安排各项工作提供帮助，对突水抢险工程来说是不可或缺的，具有重大的经济和实用价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。