低流速瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

寧衛(wèi)衛(wèi)

（山西安信建設(shè)工程檢測(cè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

煤礦瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)的建立是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化管理，大數(shù)據(jù)分析瓦斯動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)的重要手段。對(duì)于瓦斯抽采管道流量的監(jiān)測(cè)，首先要保證測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，能夠有效解決低流速監(jiān)測(cè)的難題，同時(shí)還要兼具大量程、多管徑適應(yīng)、拆裝校驗(yàn)方便等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)在高負(fù)壓、含塵、含水的惡劣環(huán)境條件下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，滿足智慧礦井建設(shè)的內(nèi)在要求。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

長(zhǎng)平礦目前建立了地面永久抽放泵站，布置高、低負(fù)壓兩套抽采系統(tǒng)，均采用CBF810 型水環(huán)式真空泵，單泵工況抽采能力為810 m3/min，高負(fù)壓抽采系統(tǒng)共布置4 臺(tái)抽放泵，目前1 運(yùn)3 備，主要服務(wù)礦井本煤層瓦斯抽放；低負(fù)壓抽采系統(tǒng)共布置2 臺(tái)，設(shè)計(jì)為1 運(yùn)1 備，主要服務(wù)采空區(qū)瓦斯抽放。目前主要存在問題是抽采在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善，僅在地面泵站高低負(fù)壓管道入口、回風(fēng)巷巷口高負(fù)壓管，1306、13062 巷各安設(shè)一套抽采測(cè)點(diǎn)，其他巷道及各抽采單元、鉆場(chǎng)硐室均未安設(shè)抽采測(cè)點(diǎn)；原抽采系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確性較差，低流速情況下無法測(cè)得有效數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響抽采計(jì)量統(tǒng)計(jì)。因此非常有必要建立瓦斯抽采管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保瓦斯抽采動(dòng)態(tài)可控。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

地面監(jiān)測(cè)中心站系統(tǒng)搭建：根據(jù)長(zhǎng)平礦現(xiàn)有監(jiān)控機(jī)房，部署服務(wù)器（監(jiān)控服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器）、存儲(chǔ)系統(tǒng)、交換機(jī)等設(shè)備組成的瓦斯抽采管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。瓦斯抽采管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：井下信號(hào)采集上傳部分、信號(hào)傳輸部分和地面服務(wù)器部分，如圖1 所示。

圖1 瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 井下瓦斯管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

井下部分由各抽采管道的流量及紅外傳感設(shè)備、各巷口的監(jiān)測(cè)分站及檢測(cè)線路構(gòu)成[1]，通過各傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)流量、濃度、壓力、溫度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過監(jiān)測(cè)分站和線路進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳。

2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸交換機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備及傳輸線路組成，主要負(fù)責(zé)井上下各類監(jiān)測(cè)信號(hào)和控制指令的實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)控制。

2.3 地面監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)

主要包括操作系統(tǒng)及客戶端、多應(yīng)用服務(wù)器、地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等。該系統(tǒng)可將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理分析，對(duì)各類異常狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3 系統(tǒng)的主要功能

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

抽采實(shí)時(shí)列表將各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)以列表的形式展現(xiàn)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)了各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的累計(jì)量，并在表格設(shè)置中選擇要顯示的累計(jì)量功能，并能添加表格顯示屬性，比如按采區(qū)、泵站等不同類別顯示，更方便工作人員觀察和對(duì)比，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)監(jiān)控值的不同狀態(tài)，超出上下限的監(jiān)控值會(huì)用紅色及聲音報(bào)警[2]。通過列表可以清晰直觀地查看當(dāng)前測(cè)點(diǎn)瓦斯抽采的相關(guān)累計(jì)量等統(tǒng)計(jì)信息，界面顯示直觀大方，可以根據(jù)不同的需要顯示不同類型的統(tǒng)計(jì)信息，方便了工作人員實(shí)時(shí)掌握每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)管路的詳細(xì)狀態(tài)。

3.2 動(dòng)態(tài)顯示

系統(tǒng)既能夠?qū)崟r(shí)顯現(xiàn)當(dāng)前各管道的瓦斯流量、濃度、溫度、負(fù)壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)值，也能隨時(shí)調(diào)取顯示煤礦中監(jiān)測(cè)點(diǎn)任一歷史時(shí)間段瓦斯管路的參數(shù)。

另外，系統(tǒng)能夠提供多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的甲烷、流量、壓力、溫度、一氧化碳等相關(guān)邏輯參數(shù)，并通過變化曲線實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)演示。通過在線實(shí)時(shí)比較不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)，全面了解不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)務(wù)邏輯關(guān)系并自動(dòng)判斷，便于發(fā)現(xiàn)管段泄漏、管段阻塞等異常，達(dá)到輔助決策的目的[3]。

3.3 數(shù)據(jù)分析

表中統(tǒng)計(jì)了當(dāng)天所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管道瓦斯流量、濃度、負(fù)壓、溫度的平均值及標(biāo)況下的混量、純量的累計(jì)值，表格的樣式及內(nèi)容都可以根據(jù)需求自己在管理軟件中改變和添加，極大地簡(jiǎn)化了工作流程。同時(shí)統(tǒng)計(jì)了當(dāng)月所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管道瓦斯流量、濃度、溫度、負(fù)壓的平均值及標(biāo)況下的混量、純量的累計(jì)值。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用分析

為驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足了低流速測(cè)量下限的能力，查詢并分析了長(zhǎng)平礦2017 年3 月20 日的抽采報(bào)表，見表1。

對(duì)以上測(cè)點(diǎn)各個(gè)測(cè)量流速段測(cè)點(diǎn)數(shù)分布統(tǒng)計(jì)，建立直方圖如圖2 所示。

表1 長(zhǎng)平煤礦2017 年03 月20 日多點(diǎn)瓦斯抽采報(bào)表

由圖2 和表1 最后一欄流速分布數(shù)量統(tǒng)計(jì)可以看出：

圖2 流速分布數(shù)量圖

1）有1 個(gè)測(cè)點(diǎn)低于1 m/s 的流量可測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量下限1 m/s 的技術(shù)要求；

2）流速在1～2 m/s 范圍內(nèi)有2 個(gè)測(cè)點(diǎn)；

3）有4 個(gè)測(cè)點(diǎn)的瓦斯流速在0～3 m/s 之間，約占已裝15 個(gè)測(cè)點(diǎn)的26.7%，說明選擇流速下限低是非常必要的；

4）安裝測(cè)點(diǎn)的瓦斯流速大致在0.5～23.6 m/s 范圍內(nèi)，說明選擇流速測(cè)量范圍寬的傳感器是非常必要的。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目在長(zhǎng)平礦建立了一套瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，在地面瓦斯抽采泵站及井下瓦斯抽采主管、干管及支管的各區(qū)域安裝了15 套管道瓦斯傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下瓦斯抽采管網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)管道瓦斯?jié)舛?、流量、壓力、溫度等參?shù)的在線監(jiān)測(cè)，能夠分別計(jì)量各個(gè)工作面、各個(gè)抽采區(qū)及整個(gè)礦井的瓦斯抽采量，可監(jiān)測(cè)流速低至1 m/s 的流量傳感器，并且阻力小、安裝標(biāo)校方便，有效解決了管網(wǎng)抽采前端低流速監(jiān)測(cè)的難題。