平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站自動(dòng)化集控系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用

趙豪 張照 張曉偉 楊繼偉

摘 要：煤礦井下瓦斯抽采泵站是煤礦瓦斯抽采的關(guān)鍵部位，現(xiàn)集團(tuán)公司運(yùn)行的井下瓦斯抽采泵站自動(dòng)化程度較低，無有效監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)，為了保障瓦斯抽采泵站的安全運(yùn)行，建立井下瓦斯抽采泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，集瓦斯抽采和瓦斯利用的監(jiān)測(cè)計(jì)量、設(shè)備控制功能于一體，針對(duì)井下瓦斯抽采的管道參數(shù)，瓦斯泵站運(yùn)行的工況參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、供水參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與計(jì)量，并對(duì)瓦斯抽放泵、水泵、電動(dòng)瓦斯蝶閥等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和安全保護(hù)以實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站、地面調(diào)度中心的自動(dòng)化管控。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采;自動(dòng)化集控;監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦井下瓦斯抽采泵站是煤礦瓦斯抽采的關(guān)鍵部位，現(xiàn)集團(tuán)公司運(yùn)行的井下瓦斯抽采泵站自動(dòng)化程度較低，無有效監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)，原來的監(jiān)測(cè)靠人工間斷巡檢，啟?？刂瓶咳斯と藶榭刂疲y門開關(guān)困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，還容易出現(xiàn)人為誤操作，設(shè)備運(yùn)行重要參數(shù)缺乏傳感器監(jiān)測(cè)，以致設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，不能及時(shí)報(bào)警，給設(shè)備運(yùn)行安全造成重大隱患，影響瓦斯抽采和泵站安全。

為了保障瓦斯抽采泵站的安全運(yùn)行，建立井下瓦斯抽采泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，集瓦斯抽采和瓦斯利用的監(jiān)測(cè)計(jì)量、設(shè)備控制功能于一體，針對(duì)井下瓦斯抽采的管道參數(shù)，瓦斯泵站運(yùn)行的工況參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、供水參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與計(jì)量，并對(duì)瓦斯抽放泵、水泵、電動(dòng)瓦斯蝶閥等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和安全保護(hù)以實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站的自動(dòng)化管控。

一、瓦斯抽采泵站基本情況

平煤四礦井下三水平2#瓦斯抽采泵站位于三水平采區(qū)上部，主要對(duì)上隅角、采空區(qū)、鉆孔進(jìn)行抽放，泵站現(xiàn)有4臺(tái)瓦斯抽采真空泵、2臺(tái)水泵、12個(gè)閥門和抽采管路、供水管路等設(shè)備組成;以現(xiàn)有硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，采用KJ751煤礦瓦斯抽（采）管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，建立井下瓦斯抽采泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)井下瓦斯泵站抽采管道參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、工況參數(shù)、供水參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè);當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);對(duì)真空泵、循環(huán)水泵、電動(dòng)閥門以及電動(dòng)閥門控制箱等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，斷水、故障時(shí)自動(dòng)停泵，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采泵站的自動(dòng)化集中監(jiān)控。

二、自動(dòng)化集控系統(tǒng)建設(shè)概況

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，科研投入的不斷增大，瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、集成化的方面發(fā)展，《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函 5號(hào)文）也要求推廣使用架構(gòu)簡單系統(tǒng)、激光及多參數(shù)傳感器，本項(xiàng)目為響應(yīng)國家及行業(yè)相關(guān)要求，擬采用管道激光瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)裝置對(duì)管道瓦斯?jié)舛取⒘髁?、壓力、溫度、一氧化碳參?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用可編程控制箱（PLC）對(duì)井下瓦斯泵站瓦斯泵的啟停、閥門的自動(dòng)開閉進(jìn)行控制，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)對(duì)瓦斯抽采泵站進(jìn)行保護(hù)型監(jiān)控。

三、自動(dòng)化集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及應(yīng)用情況

由于平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站自動(dòng)化程度較低，無有效監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)，靠人工只能做到間斷監(jiān)測(cè)，由于實(shí)際監(jiān)測(cè)參數(shù)在工況變化時(shí)實(shí)際是不斷波動(dòng)的，人工間斷監(jiān)測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)與真實(shí)平均值存在較大偏差。因斷水造成泵損壞，電機(jī)、泵主軸、水泵運(yùn)行異常時(shí)不及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行檢修造成設(shè)備損壞，同時(shí)設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)由于不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，持續(xù)下去將會(huì)造成關(guān)鍵設(shè)備損壞直至報(bào)廢，影響瓦斯抽采和泵站安全等問題，采用KJ751煤礦瓦斯抽（采）管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及抽采泵站自動(dòng)化控制具體為：

（1）主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

管道參數(shù)： 對(duì)地面瓦斯泵站瓦斯管道內(nèi)氣體的流量、溫度、壓力、甲烷、一氧化碳濃度等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)計(jì)算管道瓦斯混合量及累計(jì)量、標(biāo)況瓦斯純量及累計(jì)量，并能自動(dòng)記錄、查詢各類數(shù)據(jù)和報(bào)表;

環(huán)境參數(shù)： 對(duì)瓦斯泵房的環(huán)境瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。采用甲烷濃度傳感器監(jiān)測(cè)泵房境參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)甲烷濃度超過設(shè)定預(yù)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并可實(shí)現(xiàn)瓦斯閉鎖功能。

工況參數(shù)： 對(duì)真空泵軸溫、電機(jī)軸溫、減速機(jī)油溫、真空泵開停狀態(tài)等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);

供水參數(shù)： 對(duì)真空泵供水狀態(tài)、水池水位、水溫等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。采用供水傳感器、溫度傳感器、液位傳感器監(jiān)測(cè)真空泵的供水狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

（2）主要控制內(nèi)容

系統(tǒng)需要高度集成自動(dòng)、手動(dòng)和檢修三種運(yùn)行模式下的自動(dòng)控制功能，并滿足以下控制功能：

自動(dòng)模式：在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)可根據(jù)相應(yīng)的操作工藝流程實(shí)現(xiàn)對(duì)抽放泵啟停實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集中控制，即系統(tǒng)可根據(jù)工藝流程中設(shè)備啟動(dòng)先后的邏輯順序自動(dòng)開啟或關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備;

手動(dòng)模式：在手動(dòng)模式下，啟動(dòng)抽放泵時(shí)系統(tǒng)具有“自動(dòng)閉鎖”功能，在管道蝶閥沒有打開、水循環(huán)泵沒有啟動(dòng)等情況下，自動(dòng)閉鎖瓦斯抽放泵，避免設(shè)備損壞;

檢修模式：在檢修模式下，系統(tǒng)對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)動(dòng)式”啟停，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)整體設(shè)備保護(hù)性功能最低，只有受過專業(yè)培訓(xùn)的人員才可以在該模式下進(jìn)行相應(yīng)操作;

泵站控制工藝可配置：用戶可以通過菜單靈活配置各種傳感器型號(hào)、數(shù)量，閥門種類、數(shù)量，制動(dòng)啟動(dòng)控制時(shí)序和順序，并可以保存工藝配置方案，極大方便客戶使用;

可提供無源的控制觸點(diǎn)，而且常開/常閉狀態(tài)，觸點(diǎn)之間是否需要互鎖可以自由選擇，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備的控制接入需要;

系統(tǒng)具有“瓦斯自動(dòng)閉鎖”的功能，當(dāng)環(huán)境瓦斯超限，自動(dòng)閉鎖瓦斯抽放泵、水泵等相關(guān)設(shè)備，保障瓦斯泵站運(yùn)行安全;

系統(tǒng)具有缺水保護(hù)功能。若出現(xiàn)真空泵缺水、水池水位異常，能發(fā)出聲光報(bào)警并實(shí)行控制;

具有真空泵及電機(jī)故障預(yù)警功能，根據(jù)對(duì)真空泵及電機(jī)的檢測(cè)參數(shù)，使用數(shù)學(xué)模型計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)的故障預(yù)警，若出現(xiàn)參數(shù)超限異常并實(shí)行控制;

具有自診斷和故障保護(hù)功能，故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并實(shí)行控制。

（3）主要研究方法

瓦斯抽采泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用應(yīng)用管理、顯示控制、檢測(cè)與執(zhí)行三層結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用管理：監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控泵站系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、判斷控制條件、下發(fā)控制指令，檢測(cè)數(shù)據(jù)的管理、統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)顯示工藝流程、查詢打印、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。

顯示控制：監(jiān)控分站負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各傳感器數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)計(jì)量及操作控制、故障保護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示、聲光報(bào)警、控制現(xiàn)場(chǎng)所有受控設(shè)備，通過儲(chǔ)存的程序指令以條件式地判斷精確地實(shí)現(xiàn)集中控制。

檢測(cè)與執(zhí)行：各類傳感器與執(zhí)行器負(fù)責(zé)采集監(jiān)控系統(tǒng)中的各種參數(shù)，執(zhí)行瓦斯泵（電機(jī)）的開停、電動(dòng)閥的開關(guān)、冷卻泵的開停等指令。

2018年6月份在平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站安裝完畢后，通過實(shí)際使用不斷調(diào)校，運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)功能使用效果良好，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采泵站智能化、自動(dòng)化的集中監(jiān)控;并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳至調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)掌握泵站運(yùn)行情況，對(duì)于存在的隱患能夠迅速做出處理決策，避免可能發(fā)生的事故。

作者簡介：

趙豪（1987-）男，本科，河南平頂山人，2010年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，一直從事煤礦瓦斯抽采、防突工程的研究和應(yīng)用.