一种煤矿地下水库淤积监控系统的制作方法

1.本发明涉及地下水库监测领域，特别涉及一种煤矿地下水库淤积监控系统。


背景技术：

2.煤矿地下水库运行过程中，矿井水在地下水库内部的岩石裂缝和孔隙中运移，其自身所含悬浮物在自由沉降和岩体阻力的作用下得到去除，因此，煤矿地下水库能够去除矿井水悬浮物，进而净化矿井水。然而，煤矿地下水库内部岩体在长期的净化过程中，由于悬浮物的累积，会造成岩体裂缝和孔隙淤积，从而影响地下水库储水空间的库容和水质净化效果，也会改变储水岩体的渗透率，进而影响地下水库内的水资源调配和使用。
3.目前，煤矿地下水库尚未出现实时的、准确的淤积智能监控技术，利用常规的淤积监测方法，并不能适用煤矿地下水库，主要在于以下几点：
4.(1)煤矿地下水库依托煤矿开采后的采空区构建而成，是一个密闭的地下空间，内部充满垮落岩体，周围由煤柱坝体和人工坝体密封，这些特征导致常规的水库淤积监测方法不适用于煤矿地下水库。
5.(2)地下水库内部充满垮落岩体，如果利用“对地下水库监测点进行地下水流量监测”的手段，矿井水流出时会受到岩体的阻力，因而无法判断流量和流速的变化是由于受到淤积还是岩体阻力的影响而产生的，结果可靠性较低。
6.(3)现有的地下水库淤积监测手段的监测点集中设置在地下水库的地下水下游或抽水孔位置，导致监控范围有限，很难达到全范围监测地下水库淤积的目的。
7.(4)现有的地下水库淤积监测手段需要现场人工实际操作后，通过计量并计算数据后才能预测是否淤积，耗时较长且操作复杂。
8.(5)现有的地下水库淤积监测手段只能在监测点逐一现场操作收集数据，效率低下，无法实现实时、连续、高效的智能监测效果。
9.(6)现有的地下水库淤积监测手段只能人工计算并收集数据，无法实现自动记录监测数据并形成数据库的功能。
10.(7)现有的地下水库淤积监测手段只能在人工辨别淤积后进行清淤处理，无法根据监测数据通过监控平台自动发起指令进行清淤。
11.因此，有必要提供一种新型的适用于煤矿地下水库淤积智能监控系统。


技术实现要素：

12.为此，本发明提供一种适用于煤矿的地下水库淤积的监控系统。
13.针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
14.一种煤矿地下水库淤积监控系统，包括：至少一组注水管，其第一端位于综采工作面侧，第二端位于地下水库的矿井水流方向的上游侧，所述注水管用于将工作面收集的高悬浮物矿井水注入至所述地下水库内；至少一组清淤监测管，其第一端位于综采工作面侧，第二端位于所述地下水库内并位于所述注水管的下游侧，所述清淤监测管位于所述地下水
库内的管壁上设置若干通孔，地下水库内的悬浮物沉降沿所述通孔进入所述清淤监测管内，所述清淤监测管内设置若干组监测装置，若干组所述监测装置通过支撑组件按设定间距布置于所述清淤监测管内。通过在地下水库布置清淤监测管并将监测装置布置于清淤监测管内，能够对煤矿地下水库的不同区域范围内的淤积情况进行连续、实时监测，不仅节省时间、数据准确，还可用于淤积速率和库容计算研究。监测装置通过支撑组件按设定间距布置于所述清淤监测管内，能够实现清淤监测管内不同设定区间内的淤积情况监测，进而根据其所在位置的淤积情况规律性进一步判断出整个地下水库的淤积情况，为是否应该采取清淤措施提供判断依据。
15.本发明的部分实施方式中，所述监测装置包括悬浮物浓度传感器，所述支撑组件包括：用于支撑所述悬浮物浓度传感器的悬架以及用于连接若干组所述悬架的连杆，其中，所述悬架通过导向组件安装于所述清淤监测管上，若干所述悬架等间距地连接在所述连杆上。上述连杆能够带动悬架及悬浮物浓度传感器相对清淤监测管滑动，该系统监测设定时间后，可以通过拉动连杆将悬浮物浓度传感器拉出至清淤监测管外侧，实现传感器定期校准、维修或更换操作，尽量减少传感器的测量误差。另外，通过将若干所述悬架等间距地连接在所述连杆上，实现监测装置相对于清淤监测管的等间距排布。
16.本发明的部分实施方式中，所述导向组件包括固定于所述清淤监测管上的滑动导轨，以及若干组滑动连接于滑动导轨上的滑动部件，每组所述滑动部件与每组所述悬架对应连接。
17.本发明的部分实施方式中，所述清淤监测管的管壁上部设置两个所述滑动导轨，所述滑动导轨对称地设置于所述清淤监测管竖直中心面两侧，每一组所述滑动部件分别滑动连接于两个所述滑动导轨上，所述悬架连接于两个所述滑动部件之间，所述悬浮物浓度传感器连接于所述悬架的中部。
18.本发明的部分实施方式中，所述清淤监测管通过若干段监测支管焊接而成，其中，每一段监测支管上的滑动导轨两侧分别设置限位凹槽。
19.本发明的部分实施方式中，所述连杆通过若干段支杆可拆卸连接而成，所述支杆的两端设有连接挂钩，相邻支杆通过所述连接挂钩连接。
20.本发明的部分实施方式中，所述清淤监测管位于综采工作面侧的端部通过三通与传感器电缆管道以及清淤管道连接，所述传感器电缆管道用于将所述悬浮物浓度传感器的信号线连接至监控平台，所述清淤管道与地沟连通。所述悬浮物浓度传感器采集的数据传送至监控平台，监控平台自动记录监测数据，并形成监测数据库，便于研究人员进行远程监测，工人无需下井，无需复杂现场操作，特别适用于煤矿地下水库的淤积监测，操作简单、结论可靠。当清淤监测管内的淤积量达到设定阈值后，控制所述清淤监测管内的淤积物沿清淤管道排至地沟内，实现了自动清淤的效果。
21.本发明的部分实施方式中，沿矿井水流方向上间隔设置若干组所述清淤监测管，每组清淤监测管包括至少一个所述清淤监测管。
22.本发明的部分实施方式中，所述清淤监测管的中心线所在高度h1与所述地下水库的高度h的关系为1/5h≤h1≤1/2h，所述清淤监测管位于所述地下水库内的延伸长度l1与所述地下水库的宽度w相等。通过将清淤监测管如此布置，实现了全范围监测地下水库淤积的目的。
23.本发明的部分实施方式中，所述注水管位于所述地下水库内的延伸长度l2与所述地下水库的宽度w的关系为1/4w≤l2≤3/4w，所述注水管的中心线与所述地下水库的上游边界面之间的距离m与所述地下水库的长度l的关系为0《m≤1/4l。
24.本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
25.本发明提供的煤矿地下水库淤积监控系统中，通过在地下水库内注水管的下游引入清淤监测管，清淤监测管内设置用于监控水库内的淤积情况的若干组监测装置，能够对煤矿地下水库不同区域范围内的淤积情况进行连续、实时监测，不仅节省时间、数据准确，还可用于淤积速率和库容计算研究。同时，监测装置通过支撑组件按设定间距布置于所述清淤监测管内，能够实现设定区间内的淤积情况监测，进而根据其所在位置的淤积情况规律性进一步判断出整个地下水库的淤积情况，为是否应该采取清淤措施提供判断依据。
附图说明
26.下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:
27.图1为本发明的煤矿地下水库淤积监控系统的一种具体实施方式的平面示意图；
28.图2为本发明的煤矿地下水库淤积监控系统的一种具体实施方式的侧向剖视图；
29.图3为本发明的煤矿地下水库淤积监控系统中清淤监测管与清淤管、传感器电缆管道的连接关系图；
30.图4为本发明的煤矿地下水库淤积监控系统的一种具体实施方式中监测装置的安装结构示意图；
31.图5为本发明的煤矿地下水库淤积监控系统的一种具体实施方式中监测支管的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.如图1、图2所示为本发明提供的煤矿地下水库淤积监控系统(以下简称淤积监控
系统)的一种具体实施方式，该淤积监控系统包括至少一组用于将综采工作面收集的高悬浮物矿井水注入至地下水库2内的注水管3以及至少一组用于监控水库内的淤积情况的清淤监测管4；其中，所述注水管3的第一端位于综采工作面侧，第二端位于地下水库2的矿井水流方向的上游侧，清淤监测管4的第一端位于综采工作面侧，第二端位于所述地下水库2内并位于所述注水管3的下游侧，所述清淤监测管4位于所述地下水库2内的管壁上设置若干通孔，地下水库2内的悬浮物沉降沿所述通孔进入所述清淤监测管4内，所述清淤监测管4沿其延伸方向设置若干组监测装置5，若干组所述监测装置5通过支撑组件按设定间距布置于所述清淤监测管4内。
37.采用上述淤积监控系统对煤矿地下水库2进行监测时，首先对上覆岩层1和煤矿地下水库2进行详细勘察，包括水文地质资料、采掘工程平面资料、采煤工作面等高线及积水范围资料、采空区岩体性质、上覆岩层垮落形态、煤矿地下水库2走向和倾角等。根据详细勘察数据及资料，可以确定煤矿地下水库2的坡度i、水库内的矿井水流动方向和易淤积区域。假设地下水库2的长度为l，宽度为w，高度为h，通过在地下水库2内注水管3的下游引入清淤监测管4，清淤监测管4内设置用于监控水库内的淤积情况的若干组监测装置5，能够对煤矿地下水库2不同区域范围内的淤积情况进行连续、实时监测，不仅节省时间、数据准确，还可用于淤积速率和库容计算研究。同时监测装置5通过支撑组件按设定间距布置于所述清淤监测管4内，能够实现清淤监测管4内不同设定区间内的淤积情况监测，进而根据其所在位置的淤积情况规律性进一步判断出整个地下水库2的淤积情况，为是否应该采取清淤措施提供判断依据。
38.具体地，所述清淤监测管4位于综采工作面侧的端部通过三通14与传感器电缆管道17以及清淤管道11连接，所述传感器电缆管道17用于将所述监测装置5的信号线连接至监控平台19，将监测数据保存到监控平台19形成数据库。更具体地，所述监测装置5的信号线经过变送器18后连接至所述监控平台19上，实现了远程监测，工人无需下井，无需复杂现场操作，特别适用于煤矿地下水库2的淤积监测，操作简单、结论可靠。所述清淤管道11位于所述三通14的下侧并与地沟16连通，所述清淤管道11内设置电磁截止阀15，当清淤监测管4内的淤积量达到设定阈值后，将所述电磁截止阀15打开，所述清淤监测管4内的淤积物沿清淤管道11排至地沟16内。
39.具体地，所述清淤监测管4位于所述地下水库2内的延伸长度l1与所述地下水库2的宽度w相等，这样可以根据不同的监测要求调整清淤监测管4内的监测装置5的位置，能够实现整个地下水库2宽度方向上的淤积监测。清淤监测管4直径大于200mm，其管壁上的通孔直径在3-10mm之间，优选5mm，以保证矿井水中的悬浮物沉降后进入清淤监测管4内，使管内的监测装置5准确地进行淤积监测。
40.沿矿井水流方向上间隔设置若干组所述清淤监测管4，若干组所述清淤监测管4沿垂直于矿井水流方向延伸并互相平行设置，例如，参照图1、图2所示，一种具体实施方式中，沿矿井水流方向上间隔设置4组清淤监测管4，其沿上游至下游依次为第一组监测管、第二组监测管、第三组监测管及第四组监测管；其中，第一组监测管与注水管3之间的间距为n，第二组监测管与第一组监测管之间的间距为n，第三组监测管与第二组监测管之间的间距为2n，第四组监测管与第三组监测管之间的间距为4n，即相邻清淤监测管4的间距由上游至下游依次增大。根据悬浮物的沉降特性，地下水库2的淤积主要集中在注水管3位置下游一
定区域范围内，该区域内设置的每组清淤监测管4水平间距不应过大，因此第二组监测管设置在临近第一组监测管的下游位置，数量与第一组相同，两组管中心线平行且水平间距也为n，且管中心线距离水库底板的高度与第一组监测管保持一致，第二组监测管也为竖直方向等距分布。这样第一组和第二组监测管中距离地下水库2高度相同的两个管中心线组成平面的坡度均为地下水库2的坡度i。
41.进一步，同理，第三组监测管与第二组的相对位置参考第二组与第一组的位置设置，不同点在于该两组的管中心线水平间距为2n。
42.进一步，以此类推，第k组监测管与第k-1组的相对位置参考第k-1组与第k-2组的位置设置，不同点在于该两组的管中心线水平间距为上两组的2倍。一直到经计算第x组监测管的管中心线出现在水库下游边界线外时，将不再设置该组。
43.具体地，每组清淤监测管4包括至少一个所述清淤监测管4，一种具体实施方式中，参照图2所示，每组清淤监测管4包括两个所述清淤监测管4。清淤监测管4其中心线所在高度h1与所述地下水库2的高度h的关系为1/5h≤h1≤1/2h，即最高的清淤监测管4的高度不大于地下水库2高度h的一半。根据地下水库2的特点，如果淤积高度超过地下水库2高度的1/2，将会极大影响地下水库2的库容和使用，因此通常情况下不需要在地下水库2上部1/2h高度范围内设置清淤监测管4。另外，每一组相邻的清淤监测管4中心线的高度间距宜在500～2000mm之间取值，且竖直方向等距分布，以便在高度方向上进行淤积情况分析。
44.具体地，所述注水管3的位置及布置情况不唯一；一种具体实施方式中，如图1、图2所示，所述淤积监控系统设置一个所述注水管3，所述注水管3位于所述地下水库2内的延伸长度l2与所述地下水库2的宽度w的关系为1/4w≤l2≤3/4w，所述注水管3的中心线与所述地下水库2的上游边界面之间的距离m与所述地下水库2的长度l的关系为0《m≤1/4l。
45.具体地，沿所述清淤监测管4的延伸方向上按设定距离布置若干组监测装置5，例如，参照图1所示，设置3组监测装置5，相邻监测装置5的间距宜在5～100m之间取值，优选地，相邻监测装置5之间的间距相等。
46.所述监测装置5包括用于检测所述清淤监测管4内的悬浮物浓度的悬浮物浓度传感器10，所述支撑组件包括用于支撑所述悬浮物浓度传感器10的悬架8，其中，所述悬架8通过导向组件安装于所述清淤监测管4上。更具体地，所述悬浮物浓度传感器10包括传感器本体10a以及连接接头10b，所述连接接头10b固定连接于所述悬架8上，实现该悬浮物浓度传感器10悬挂固定于所述清淤监测管4的管腔，所述传感器本体10a向下侧延伸至与清淤监测管4的管底的间隙a小于清淤监测管4的半径r，以实现清淤监测管4内的悬浮物浓度检测。
47.由于悬浮物浓度传感器10用过一段时间后需要进行校准或维修，所述支撑组件还包括连接若干组悬架8的连杆9，若干所述悬架8等间距地连接在所述连杆9上。可以通过拉动连杆9将悬架8及安装于悬架8上的悬浮物浓度传感器10拉出至清淤监测管4外侧，实现其校准、维修及更换。通过将若干所述悬架8等间距地连接在所述连杆9上，实现监测装置5相对于清淤监测管4的等间距排布。
48.具体地，一种实施方式中，如图4所示，所述导向组件包括固定于所述清淤监测管4上的滑动导轨6，以及若干组滑动连接于滑动导轨6上的滑动部件7，每组所述滑动部件7与每组所述悬架8对应连接。更具体地，所述滑动导轨6贯穿于整个清淤监测管4的管壁上，滑动部件7的个数则与监测装置5设置的组数对应，即一个滑动部件7连接一组所述监测装置5
的悬架8。
49.更具体地，所述清淤监测管4的管壁上部设置两个所述滑动导轨6，两个所述滑动导轨6对称地设置于所述清淤监测管4竖直中心面两侧，所述滑动导轨6成型为具有钢珠导轨结构，所述滑动部件7成型为上下两侧布满钢珠的滑动部件7，两个所述滑动部件7分别内扣于两个所述滑动导轨6的内部，所述悬架8连接于两个所述滑动部件7之间，所述悬浮物浓度传感器10连接于所述悬架8的中部，以保证悬浮物浓度传感器10位于清淤监测管4的竖直中心线上。通过设置上述导向组件可以使悬架8更容易地滑入或滑出该清淤监测管4。
50.具体地，通过所述连杆9安装所述监测装置5的方式以及保证其位置的方式不唯一；一种具体实施方式中，所述连杆9与所述清淤监测管4的长度一致，且其与所述清淤监测管4同样延伸至与所述地下水库2的侧壁处；在清淤监测管4内安装3组所述监测装置5时，首先将悬架8固定连接于所述连杆9的设定位置处，例如，距离所述连杆9端部100m、200m、300m位置处，使监测装置5等距排布，再将分别与三组悬架8连接的滑动部件7安装于滑动导轨6上，并推动连杆9向所述清淤监测管4内部移动，直至连杆9的端部抵接于地下水库2的侧壁为止，由于监测装置5相对连杆9的位置确定，连杆9与清淤监测管4的位置确定，因此，可使监测装置5相对清淤监测管4的位置确定。另一种具体实施方式中，所述连杆9的长度小于清淤监测管4的长度，多组悬架8固定连接于所述连杆9的设定位置处，通过连杆9的端部与清淤监测管4的综采工作面侧的端部相对位置确定连杆9的所在位置，最终确定监测装置5相对清淤监测管4的安装位置。
51.具体地，如图5所示，所述连杆9通过若干段支杆9a可拆卸连接而成，例如，通过若干段长度为1-2m的支杆9a连接而成，所述支杆9a的两端设有连接挂钩，相邻支杆9a通过所述连接挂钩连接。
52.具体地，由于地下水库2的宽度较大，通常大于1km，因此，如图5所示，所述清淤监测管4通过若干段监测支管4a焊接而成，例如，监测支管4a的长度为1m，每一段监测支管4a内焊接所述滑动导轨6，若干段监测支管4a的滑动导轨6之间互相抵接，其中，每一段监测支管4a的滑动导轨6两侧分别设置限位卡槽(图中未示出)，所述限位卡槽用于限制位于该滑动导轨6段的滑动部件7在水流的影响下继续滑动，通过设置限位卡槽使无外力作用下，滑动部件7能够限制于对应的滑动导轨6段上，监测装置5的位置相对准确。更具体地，每一组滑动部件7的长度lh是每一段滑动导轨6长度ld的1/3-1/2，这样可以在无外力条件下使滑动部件7相对滑动导轨6的滑动距离较短，避免固定于滑动部件7上的监测装置5的移动范围过大。
53.具体地，所述清淤监测管4位于综采工作面的端部设置活接头13与三通14连接，在进行监测装置5检修时，通过将活接头13与三通14拆开后，拉动连杆9使固定于悬架8上的监测装置5依次拉出该地下水库2，进而进行维修与更换。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。