探析瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

蘇永兵

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西陽泉 045000）

某礦位于山西陽泉，已有多年開采歷史，是一個多井口組成的大型煤礦?，F(xiàn)擁有地質(zhì)儲量1.7億t，可采儲量為1.05億t。礦井核定生產(chǎn)能力300萬t，該礦井絕對瓦斯涌出量為168.52 m3/min，為高瓦斯礦井。該礦主要采用鄰近層抽放解決回采期間的瓦斯，以人工觀測的方式來觀測抽放數(shù)據(jù)，不能真實全面反應(yīng)各抽放地點的抽放情況，而且人工觀測數(shù)據(jù)由于人為主觀原因造成數(shù)據(jù)觀測不準(zhǔn)確的可能性較大[1]。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測業(yè)務(wù)需要具備相關(guān)的管道瓦斯抽采參數(shù)監(jiān)測功能和業(yè)務(wù)管理功能。管道瓦斯監(jiān)測參數(shù)主要包括：管道甲烷的濃度、流量、溫度、壓力和一氧化碳，并提供純流量、混合量、累計量等相關(guān)計量業(yè)務(wù)。管網(wǎng)監(jiān)控業(yè)務(wù)主要包括數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)分析、在線監(jiān)測、事件回放、曲線分析[2]。

1 瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點

瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計上充分考慮測點、測點與測點間的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，在很大程度上與基于測點的監(jiān)控系統(tǒng)有明顯區(qū)別，具備以下優(yōu)勢：

（1）在線監(jiān)測與計量支、干、主管道瓦斯?jié)舛?、流量、壓力、溫度等參?shù)，用以分別評價各個工作面、各個抽采區(qū)及整個礦井的瓦斯抽采效果，為優(yōu)化抽采系統(tǒng)方案，提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

（2）在線監(jiān)測與計量單個監(jiān)測點的參數(shù)，實時監(jiān)測與分析各個參數(shù)的變化趨勢，當(dāng)抽采管道存在漏、堵等異常情況時，系統(tǒng)提供及時的診斷與告警。

（3）在線監(jiān)測與計量多個監(jiān)測點的參數(shù)，實時監(jiān)測與對比分析多個監(jiān)測點之間的相同參數(shù)（流量、濃度）的變化趨勢，管段間存在氣體泄漏情況時，系統(tǒng)通過文本、圖形化等方式及時定位泄漏點，并提供及時告警[3]。

（4）通過分析不同監(jiān)測點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立業(yè)務(wù)分析模型，為設(shè)備故障、管段異常、工作面瓦斯抽采異常提供處置方案。

（5）對瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行實時在線的文本監(jiān)控、曲線監(jiān)控、系統(tǒng)圖監(jiān)控、拓?fù)鋱D監(jiān)控、電子圖紙監(jiān)控，為煤礦領(lǐng)導(dǎo)提供全面而直觀的井下管道瓦斯抽采場景展示。

（6）提供礦井各個監(jiān)測點的管道瓦斯流量、濃度、溫度、負(fù)壓、日純流量、日混合流量、月純流量、月混合流量、年純流量、年混合流量等報表信息。

（7）選擇適合應(yīng)用于本礦高塵、低流速的傳感器，并根據(jù)現(xiàn)場條件予以技術(shù)完善[4]。可監(jiān)測流速低至1 m/s的流量傳感器，并且要阻力小、安裝標(biāo)校方便。

2 CGWZ—100（A）型抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)的組成

瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)包括3部分：井下瓦斯抽采監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、地面監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)[5]。

2.2 井下瓦斯抽采監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

井下瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要承擔(dān)著將各個測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)剿鶎俚姆终旧希⒂煞终窘尤雮鬏斁W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。部署在瓦斯抽采管道各個測點的傳感器設(shè)備，通過礦用線纜連接到所屬區(qū)域的隔爆兼本安型分站上，實現(xiàn)井下瓦斯抽采網(wǎng)絡(luò)工作狀況和環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測部署和建設(shè)。

2.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要承載著監(jiān)控中心服務(wù)器系統(tǒng)對井監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制信息和業(yè)務(wù)信息的傳輸；通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫、智能指揮平臺等分析、歸類、總結(jié)出各種數(shù)據(jù)報表及其他各種功能供我們查閱、打印、分析各種實時和歷史的數(shù)據(jù)[6]。

2.4 監(jiān)控中心機(jī)房服務(wù)器系統(tǒng)

地面服務(wù)器系統(tǒng)地面監(jiān)控部分：機(jī)柜、客戶端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用指揮平臺、備用電池等。其中機(jī)房設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、UPS不間斷電源、光力智能數(shù)據(jù)匯聚平臺和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。這些設(shè)備集成在一個機(jī)柜里，除此之外，還有一臺監(jiān)控主機(jī)在檢測機(jī)房調(diào)度室用以展示、查詢和打印實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)報表等。

3 安裝技術(shù)要求

3.1 安裝部位管徑長度

傳感器安裝區(qū)域應(yīng)無強(qiáng)電磁環(huán)境，如大型風(fēng)機(jī)、電動機(jī)、變電器等。管道氣體流量傳感器前后應(yīng)有足夠長的直管，要求如下：進(jìn)氣上游側(cè)最短直管段長度大于或等于7D；出氣下游側(cè)最短直管段長度大于或等于4D。深度、流量、溫度、負(fù)壓和一氧化碳傳感器在管道上的孔應(yīng)開在離抽放泵較遠(yuǎn)的下游抽放管道上，其中D為管道內(nèi)徑[7]。

3.2 安裝部位開孔尺寸

傳感器可直接安裝于傳感器焊接凸臺上。傳感器焊接凸臺上共計3個，其中流量傳感器和一氧化碳的焊接凸臺在管道上的開孔孔徑為?78 mm，綜合安裝座開孔孔徑為?78 mm。另外一個凸臺也焊接到管道上作用備用口預(yù)審。

3.3 測點安裝部位插入深度

光力流量傳感器可適用于不同管徑的抽采管道，且采用插入式安裝方式。傳感器安裝時插入深度為管道內(nèi)徑大小的1/3處，現(xiàn)場安裝根據(jù)管道的管徑大小決定傳感器導(dǎo)管的接入深度。在安裝流量傳感器時，需要注意傳感器導(dǎo)管插入管道后，流量傳感器上的方向標(biāo)與管道氣流方向保持一致。

表1 某礦井下各工作面抽放數(shù)據(jù)人工觀測和監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

4 應(yīng)用效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

井下的瓦斯抽采管線長達(dá)數(shù)千米甚至是數(shù)十千米，抽采鉆孔泄漏或抽采支管道、主管道泄漏的問題很難避免，一旦泄漏需要及時進(jìn)行漏點定位，否則會有大量的空氣被吸入抽采管道，一方面會浪費大量的電能，并且會使漏氣區(qū)域的煤層瓦斯抽采效果不達(dá)標(biāo)。更嚴(yán)重是，吸入抽采管道的空氣會將局部管段內(nèi)的瓦斯氣體稀釋，如果達(dá)到爆炸限（CH4濃度達(dá)到5%～16%），一旦遇到明火或靜電將會產(chǎn)生連環(huán)爆炸，會沿著瓦斯管網(wǎng)傳播，像點燃的鞭炮一樣連續(xù)爆炸，直至地面泵房，對礦井內(nèi)人員、巷道、設(shè)備設(shè)施將造成無法估量的毀滅破壞。從這個角度看，經(jīng)濟(jì)效益不可估量。

4.2 社會效益分析

瓦斯抽采系統(tǒng)監(jiān)測起到非常良好的作用，對以后的管道瓦斯監(jiān)測有很好的推廣價值，同時該項目對保證井下瓦斯抽放系統(tǒng)安全運行具有良好的效果，對提高煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)能起到重要的作用，能及時發(fā)現(xiàn)、捕捉管網(wǎng)系統(tǒng)的泄漏點或堵塞點，提示報警，以利管理人員及時處理，對確保煤礦安全生產(chǎn)具有重大意義。

對該礦各個抽放地點的人工觀測數(shù)據(jù)和瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如表1所示，管道內(nèi)甲烷的濃度、流量、抽放壓力、抽放流量、混合量、純量的對比，誤差率不超過10%，可以使用瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯抽放數(shù)據(jù)觀測，同時減少井下用工量，提高煤礦抽采觀測水平。

通過對不同測點的測量和數(shù)據(jù)對比分析，KJ370瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)與“標(biāo)準(zhǔn)機(jī)”和“光干涉瓦斯鑒定器”所測數(shù)據(jù)比較接近，誤差在允許范圍內(nèi)，符合國家的相關(guān)計量標(biāo)準(zhǔn)。說明該項目采用監(jiān)測傳感器在含塵、含水環(huán)境條件下，可以準(zhǔn)確測量管道流量和瓦斯?jié)舛龋_(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)語

通過建立井下瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，基于先進(jìn)的抽采管道瓦斯傳感監(jiān)測技術(shù)，可實時在線監(jiān)測井下各主管道、干管道、支管道、獨立區(qū)域管道監(jiān)測點瓦斯的濃度、流量、溫度、壓力以及一氧化碳等綜合參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)集成了強(qiáng)大業(yè)務(wù)分析功能，為分析各個監(jiān)測管道參數(shù)的變化趨勢及管段間異常提供翔實的數(shù)據(jù)依據(jù)[8]。

監(jiān)控系統(tǒng)不僅提供各個支管道、主干管道瓦斯抽采的計量，還提供各個瓦斯抽采區(qū)域的瓦斯抽采效果評價分析功能，從而為優(yōu)化瓦斯抽采方案，滿足瓦斯抽采達(dá)標(biāo)分析評價要求，提供堅實的、可信的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而為指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮重要作用。