［摘要］ 介紹了礦井井下涌水量觀測工作中對涌水量觀測產(chǎn)生的錯(cuò)誤原因及注意事項(xiàng)，以及隨著新技術(shù)的發(fā)展對涌水量觀測隔膜壓力表應(yīng)用的一些設(shè)想。礦井井下對涌水點(diǎn)的涌水量觀測工作是礦井安全生產(chǎn)過程中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，它對煤礦的安全生產(chǎn)有著重要的作用。自 2018 年 9 月 1 日起施行 《煤礦防治水細(xì)則》第 27 條明確要求礦井應(yīng)當(dāng)分水平、分煤層、分采區(qū)設(shè)觀測站進(jìn)行涌水量觀測，每月觀測次數(shù)不得少于 3 次。礦井井下局部地點(diǎn)涌水量直接觀測存在很大的困難，一般情況下采用間接觀測的方法，進(jìn)行一定的近似處理。礦井井下涌水量觀測方法主要包括容積法、浮標(biāo)法、流速儀法、堰測法等。每一種觀測方法都需要根據(jù)礦井井下的工作特點(diǎn)恰當(dāng)選用。采用這些方法對計(jì)時(shí)的時(shí)間性要求強(qiáng)、在井下觀測時(shí)容易發(fā)生差錯(cuò)，影響觀測站涌水量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，礦山隔膜壓力表的更新速度很快，比如綜采工作面都采用了無人操作的液壓支架、采煤機(jī)和巷道掘進(jìn)采用盾構(gòu)機(jī)等先進(jìn)的礦山隔膜壓力表。但是對井下涌水量觀測數(shù)據(jù)所使用的先進(jìn)隔膜壓力表和儀器還是很少，原因有很多，主要是井下受空間限制及其他自然條件特殊性的制約，各種帶電的測量儀器必須通過煤礦安全認(rèn)證后才能在井下使用，這樣就限制了一些先進(jìn)隔膜壓力表的使用。目前只是停留在采用容積法和浮標(biāo)法對井下涌水量進(jìn)行觀測，通過使用這兩種方法對井下涌水量進(jìn)行觀測，就要求觀測專業(yè)技術(shù)人員在井下進(jìn)行實(shí)際操作觀測時(shí)必須認(rèn)真細(xì)致進(jìn)行，采用 3 次讀數(shù)方式采集數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，將觀測數(shù)據(jù)資料記錄好，升井后認(rèn)真進(jìn)行計(jì)算整理，確保觀測成果能滿足礦井正常生產(chǎn)的要求。但是由于所采用觀測方法存在一定誤差，難免在實(shí)際觀測中也會(huì)出現(xiàn)一些差錯(cuò)，這就要求觀測人員加強(qiáng)責(zé)任心和責(zé)任感，尋求先進(jìn)觀測隔膜壓力表，為今后礦井涌水量觀測提供更準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，保證礦井安全生產(chǎn)。

1 井下觀測涌水量應(yīng)注意的事項(xiàng)

根據(jù)這幾年在井下的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過分析、總結(jié)，在對井下涌水量的觀測工作中，應(yīng)該在以下幾個(gè)方面，避免發(fā)生誤差。

1. 1 采用容積法認(rèn)真校核容器的容積

由于井下工作的特殊性，采用容積法觀測時(shí)，專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)常采用的井下廢棄油桶作為觀測水量的容器，井下的廢棄油桶有大有小，采用同一容積進(jìn)行觀測計(jì)算，結(jié)果會(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，觀測時(shí)必須用統(tǒng)一容器的容積進(jìn)行觀測，保證觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

容積法觀測過程: 通過出水點(diǎn)的涌水導(dǎo)入容器內(nèi)，記錄容器接滿水所用時(shí)間。容積法的計(jì)算公式:

式中，Q 為涌水量，m 3 /h; V 為容器的容積，m 3 ;t 為充滿容器的時(shí)間，s。

1. 2 采用浮標(biāo)法要求注意的事項(xiàng)

浮標(biāo)法是利用泡沫或紙屑作為浮標(biāo)，在修筑的標(biāo)準(zhǔn)水溝內(nèi)測量水的流速，并根據(jù)測量的水溝斷面積、深度計(jì)算涌水量的方法。其中流速測量對水溝要求為流水順暢、溝床地段規(guī)則、水流均勻平穩(wěn)無旋窩回流、無淤泥雜物。觀測矩形斷面水溝的寬度直接量取，梯形斷面水溝取水流斷面的中線，量取水溝水深度為水流上、下之間的間距，計(jì)算出水流斷面積。設(shè)置觀測站 a 和 b，兩觀測站距離應(yīng)盡量長一些，其長度應(yīng)為水溝寬度的 5 ～ 10 倍，20 ～40m 為宜。浮標(biāo)的選取要求顏色醒目的輕質(zhì)薄片，其密度應(yīng)小于水，能漂浮在水面上，選取觀測浮標(biāo)大小，要小于水溝寬度的一半，形狀規(guī)則，沿橫、豎兩條對稱軸，兩側(cè)受力均衡，能平穩(wěn)順?biāo)髌瘎?dòng)，不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)而碰到水溝壁及停止運(yùn)動(dòng)，影響對流速的觀測。一名觀測人員從觀測站 a 處將浮標(biāo)輕輕放下，同時(shí)啟動(dòng)秒表開始計(jì)時(shí)，觀測站 b 處也應(yīng)有一名觀測人員，當(dāng)浮標(biāo)到達(dá)觀測站 b 時(shí)，這名觀測人員將浮標(biāo)取上來，同時(shí)通知觀測站 a 處的技術(shù)人員停止秒表，為排除觀測過程中人為的影響提高觀測的精度，漂浮的投放測量次數(shù)至少保持 3 次或 3 次以上，取平均值。量取觀測站 a 處到觀測站b 處的距離，根據(jù)距離和時(shí)間算出流速。浮標(biāo)法的計(jì)算公式:

式中，Q 為涌水量，m 3 /h; K 為斷面系數(shù)，一般介于 0. 6～ 0. 8; L 為觀測站 a 處到觀測站 b 處的間距，m; M 為水溝水流斷面面積，m 2 ; t 為浮標(biāo)的平均歷時(shí)，s。

以上 2 種方法都需要使用秒表進(jìn)行時(shí)間的確定，但是使用秒表就會(huì)產(chǎn)生測量周期的誤差，主要為人自身的反應(yīng)造成的時(shí)間差而導(dǎo)致的誤差。

1. 3 采用流速儀法儀器未及時(shí)檢校造成的錯(cuò)誤

采用流速儀法進(jìn)行涌水量觀測主要是使用流速儀及在觀測地點(diǎn)處選取一處水溝，實(shí)測水溝斷面積，因此對流速儀器本身要求很高，流速儀未及時(shí)檢校也會(huì)造成觀測涌水量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。由于井下比較潮濕等原因，加上儀器的使用比較頻繁，儀器未按規(guī)定進(jìn)行檢校，造成涌水量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響涌水點(diǎn)觀測涌水量的正確性。流速儀法的計(jì)算公式:

式中，Q 為涌水量，m 3 /h; S 為速度流速儀顯示的數(shù)值; M 為水溝實(shí)測處的斷面面積 (水溝的寬度 ×水溝水流深度上、下之間的間距)。

1. 4 原始記錄本數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤

(1) 由于受井下條件的限制，在噪聲大的地方觀測讀數(shù)不清楚或記錄人員書寫錯(cuò)誤導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)。為避免出現(xiàn)錯(cuò)誤記錄，人員應(yīng)靠近觀測者，重復(fù)復(fù)讀數(shù)據(jù)，直到確認(rèn)無誤后再記錄。

(2) 由于井下潮濕、灰塵大等原因記錄人員把記錄本弄濕或抹黑，使原始記錄模糊不清。

(3) 未按規(guī)定的格式記錄，也容易在后期整理數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)。

(4) 內(nèi)容不全，即沒有標(biāo)注涌水觀測地點(diǎn)、日期、儀器、孔號及其他必須注明的事項(xiàng)，導(dǎo)致無法計(jì)算。

1. 5 計(jì)算成果錯(cuò)誤

在井上進(jìn)行數(shù)據(jù)整理時(shí)，一定要細(xì)心計(jì)算，避免因計(jì)算失誤而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)，為避免因計(jì)算而產(chǎn)生差錯(cuò)，技術(shù)人員可以采用計(jì)算機(jī)軟件程序進(jìn)行計(jì)算，但是使用計(jì)算機(jī)軟件程序計(jì)算時(shí)，應(yīng)對原始記錄本進(jìn)行校核無誤后方可進(jìn)行。這樣既可以將數(shù)據(jù)以電子數(shù)據(jù)的形式保存下來，還可以進(jìn)行驗(yàn)證和增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 礦井井下觀測涌水量隔膜壓力表發(fā)展的設(shè)想

在 20 世紀(jì) 80 年代以來，隨著在水利工程中對水量的觀測，開始在水庫、水電站等許多工程逐步應(yīng)用自記式和自動(dòng)觀測水量儀器隔膜壓力表。但是應(yīng)用于礦井井下涌水量觀測數(shù)據(jù)的儀器隔膜壓力表這些年才出現(xiàn)，還是比較少�，F(xiàn)在在井下應(yīng)用的比較先進(jìn)的涌水量觀測數(shù)據(jù)的儀器隔膜壓力表為 YHL100 流量監(jiān)測儀，此隔膜壓力表取得礦用本安型儀器隔膜壓力表的認(rèn)證，在礦井涌水量采集自動(dòng)化領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

礦用本安型 YHL100 流量監(jiān)測儀是對煤礦井下水溝內(nèi)的水流量或其他涌水點(diǎn)的水流量進(jìn)行自動(dòng)測量、顯示、集通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)隔膜壓力表。其工作原理為將做好的標(biāo)準(zhǔn)形狀的水槽固定在指定的出水點(diǎn)的水溝位置，將流量監(jiān)測儀的傳感器部分加持在固定裝置上，然后將該固定裝置放入水槽中固定，并做基本調(diào)試，水的流量與水槽上游的水位有關(guān)，所以只要測出水槽上游的水位，就可計(jì)算出水的流量。其具有反映靈敏、壽命長、動(dòng)作迅速、安全可靠、連接方便及啟動(dòng)流量超低等優(yōu)點(diǎn)。礦井建立涌水量水流量監(jiān)測系統(tǒng)是由YHL100 流量監(jiān)測儀將采集的數(shù)據(jù)使用四芯通訊電纜將通訊分站與流量監(jiān)測儀連接，通訊分站將數(shù)據(jù)傳送至地面監(jiān)測電腦上，通過相應(yīng)的軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、打印、處理。這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是利用新型自動(dòng)化儀器隔膜壓力表、通信技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)提高監(jiān)測系統(tǒng)的精度、壽命和可靠性，自動(dòng)化和信息數(shù)字化程度高，該系統(tǒng)解決了煤礦涌水量觀測工作量大、時(shí)間間隔長等問題，實(shí)現(xiàn)了涌水量觀測的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性及自動(dòng)測量，有利于對井下涌水量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高井下涌水量的科學(xué)管理的效率，對于及時(shí)掌握井下涌水狀況起到了重要作用。目前我國在井下使用的具有礦用本安型水流量監(jiān)控閥門還處在空白階段，也讓我們看到自身的不足，以此找到差距與問題實(shí)質(zhì)，從而改進(jìn)與提高。從行業(yè)中實(shí)地了解，以及有關(guān)分析資料中概括，水流量監(jiān)控閥門已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、鋼鐵冶金、給水排水、水利灌溉、水處理、污水處理站、造紙、泥漿、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)過程流量測量和控制中。水流量監(jiān)控閥就是將電磁流量計(jì)和閥門結(jié)合在一起的一種集監(jiān)控和控制為一體的隔膜壓力表。電磁流量計(jì)是發(fā)展較快且技術(shù)較成熟的流量儀表，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也取得了日新月異的進(jìn)展。傳感器的制造工藝采用了適合多種場所的各類襯里工藝，并在勵(lì)磁線圈構(gòu)造和外殼防護(hù)方面進(jìn)行了優(yōu)化和改良，牢靠性進(jìn)一步加強(qiáng)，使之適用各種場所。電磁流量轉(zhuǎn)換器智能化技術(shù)進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)了賠償測量誤差、零點(diǎn)校準(zhǔn)、勵(lì)磁及系統(tǒng)自診斷、正反相流判別、空管與不滿管的自診斷等技術(shù)，極大地加強(qiáng)了電磁流量計(jì)的測量功能，改善了牢靠性和不變性。水流量監(jiān)控閥門的優(yōu)點(diǎn): 一是無附加阻力，對大口徑流量計(jì)有特殊意義，壓損極小，可測流量范圍大，較大流量與較小流量的比值一般為 10 ∶ 1 以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，較大可達(dá) 3m; 二是結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理、閥門剛性好、通道暢，流量系數(shù)小、牢靠性高、長時(shí)間不變性好; 三是可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量/累積流量均可顯示，流量可以清零的方便操作; 四是采用 485 通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳讀取數(shù)據(jù)，輸出信號和被測流量呈線性，測量精確度高; 五是密封面采用不銹鋼和硬質(zhì)合金，使用壽命長，采用柔性石墨填料，密封可靠，操作輕便靈活，可測量電導(dǎo)率≥5μs/cm 的酸、堿鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等流體流量; 六是驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)，結(jié)構(gòu)形式為彈性楔式單閘板、剛性楔式單閘板雙閘板型式，閥門采用壓力自緊式密封或閥體、閥蓋墊片密封結(jié)構(gòu)，值得信賴，使用安全可靠。如果水流量監(jiān)控閥門能通過隔膜壓力表改進(jìn)取得礦用本安型儀器隔膜壓力表的認(rèn)證，對井下涌水點(diǎn)進(jìn)行水流量的自動(dòng)測量。這樣將對提高井下涌水量觀測起到十分重要的作用。

3 結(jié)束語

井下涌水量的觀測工作是礦井安全生產(chǎn)工作中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，需要認(rèn)真、細(xì)致地把該項(xiàng)工作做好，才能保證礦山安全生產(chǎn)。沒有一種觀測方法或隔膜壓力表儀器對井下各種環(huán)境及活動(dòng)狀況都能適用，選擇合適的觀測方法或隔膜壓力表儀器，盡量發(fā)揮各種觀測方法或隔膜壓力表儀器優(yōu)點(diǎn)，把井下涌水量觀測工作做好。

本文僅對礦井觀測涌水量應(yīng)注意的事項(xiàng)及隔膜壓力表發(fā)展的設(shè)想作粗淺探索，通過對這幾年對井下涌水量觀測的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)井下涌水量觀測工作中的一些不足之處: 一是要加強(qiáng)完善涌水量觀測工作的各種管理規(guī)章制度; 二是要認(rèn)真學(xué)習(xí)《礦山防治水細(xì)則》和各種涌水量觀測的理論知識，按要求做好涌水量觀測工作中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，避免出現(xiàn)差錯(cuò); 三是要不斷學(xué)習(xí)應(yīng)用新的適用礦井井下使用的涌水量觀測隔膜壓力表系統(tǒng)，擴(kuò)展成監(jiān)控兼?zhèn)�、功能齊備、自動(dòng)化程度較高的在線測控系統(tǒng)。隨著自動(dòng)化儀表、數(shù)據(jù)傳輸與處理和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，只有采用先進(jìn)、適用的井下涌水量在線自動(dòng)測控系統(tǒng)才能提高井下涌水量觀測的準(zhǔn)確性，以適應(yīng)井下各種條件下的涌水量觀測工作的應(yīng)用發(fā)展。