中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院 王樹(shù)豐

詳細(xì)介紹了KJ692瓦斯抽放系統(tǒng)的架構(gòu)、組成以及V錐管道流量計(jì)及GLW30熱線式氣體流量計(jì)兩種監(jiān)測(cè)方式的主要特點(diǎn)，指出瓦斯抽放系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)方面具有重要作用。

礦井瓦斯是指煤礦井下以甲烷為主的各種有害氣體的總稱。瓦斯具有燃燒和爆炸性，當(dāng)空氣中的瓦斯氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到火源或火星就可能燃燒或爆炸，造成重大損失。煤礦瓦斯是煤礦重要災(zāi)害源之一，瓦斯治理列為煤礦安全工作的重中之重，瓦斯抽放裝置將煤層中瓦斯氣體預(yù)先抽出，減少煤層瓦斯氣體含量，從而有效減小瓦斯突出的幾率，故瓦斯抽放裝置作為瓦斯治理的有效手段也越來(lái)越受到重視，國(guó)家提出了“先抽后采，以抽定采”的方針。因此，《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》規(guī)定，特定條件下的煤礦必須安裝瓦斯抽放系統(tǒng)及瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)工作原理

圖1 系統(tǒng)邏輯示意圖

KJ692礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)(圖1)可將安全與生產(chǎn)監(jiān)測(cè)信息綜合在一起，實(shí)現(xiàn)綜合利用。同時(shí)系統(tǒng)還可以匯接其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和局部環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制。整個(gè)系統(tǒng)是典型的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是一種先進(jìn)的集散型微處理機(jī)系統(tǒng)。其先進(jìn)可靠的軟件、總線型的分站和傳感器使系統(tǒng)具有領(lǐng)先的技術(shù)水平。局部傳感器及其連接線的故障不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，從而確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

二、系統(tǒng)組成

KJ692礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)、分站及電源箱、顯示控制柜、防爆PLC控制箱、管道參數(shù)傳感器、環(huán)境參數(shù)傳感器、供水參數(shù)傳感器等(圖2)。管道參數(shù)傳感器包括管道流量、管道壓力、管道溫度、管道瓦斯和管道一氧化碳等傳感器。環(huán)境傳感器包括環(huán)境瓦斯、環(huán)境一氧化碳、環(huán)境溫度等傳感器。供水參數(shù)傳感器包括缺水、水位、水溫等傳感器。

圖2 系統(tǒng)設(shè)備

三、兩種監(jiān)測(cè)流量方式

1.V錐管道流量計(jì)(圖3)

圖3 V錐管道流量計(jì)

V錐流量檢測(cè)技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)流量計(jì)技術(shù)的突破，V錐流量檢測(cè)是基于密閉管道中能量相互轉(zhuǎn)換的伯努利定律研發(fā)而成的，目前廣泛應(yīng)用于煤炭、石化、熱能、供水等領(lǐng)域。具有如下特點(diǎn)：(1)抗干擾能力強(qiáng)，不易受電磁干擾，可用于管道振動(dòng)的場(chǎng)合；(2)可測(cè)量低流速低至1m/s；(3)對(duì)直管段長(zhǎng)度要求低，要求上游0～3D、下游0～1D即可；(4)測(cè)量元件不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，調(diào)校方便；(5)設(shè)備具有自清潔功能，不易堵塞。

2.GLW30熱線式氣體流量傳感器

GLW30熱線式氣體流量傳感器有如下特點(diǎn)：(1)可測(cè)乙炔以外的所有氣體；(2)可同時(shí)測(cè)試管道內(nèi)氣體流量、壓力和溫度值；(3)雙行液晶顯示屏可顯示累積流量、瞬時(shí)流量、溫度和壓力值；(4)可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以并入瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)；(5)量程比大，適于更低流速檢測(cè)；(6)可在線不斷流裝卸，維護(hù)方便；(7)隔離結(jié)構(gòu)抗干擾性能優(yōu)異；(8)低功耗，毫瓦級(jí)。

3.多種管道流量傳感器各參數(shù)對(duì)比(表1)

表1 多種管道流量傳感器各參數(shù)對(duì)比

四、系統(tǒng)功能

1.控制功能

根據(jù)不同的需要，KJ692礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)可以選擇自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制模式。系統(tǒng)可就地和遠(yuǎn)程對(duì)抽放泵、水泵、電動(dòng)閥等進(jìn)行控制，將流量、瓦斯?jié)舛?、水位、溫度等抽放泵參?shù)送到顯示柜集中監(jiān)測(cè)。當(dāng)環(huán)境中瓦斯超限或設(shè)備故障時(shí)，裝置發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)環(huán)境中瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞒^(guò)斷電點(diǎn)時(shí)或開(kāi)關(guān)量傳感器狀態(tài)變化時(shí)，裝置自動(dòng)執(zhí)行斷電，或通過(guò)手動(dòng)按鈕，裝置執(zhí)行斷電?；赑LC控制箱(控制分站)完成對(duì)冷卻水是否斷流、軸溫、電機(jī)繞組溫度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等的檢測(cè)，完成對(duì)設(shè)備啟停、冷卻水自動(dòng)循環(huán)和邏輯保護(hù)控制。

煤礦對(duì)系統(tǒng)的控制，提供無(wú)源的控制觸點(diǎn)，而且對(duì)常開(kāi)、常閉狀態(tài)及觸點(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)備的控制需要。系統(tǒng)設(shè)置有遠(yuǎn)程、集中控制方式。

2.管道參數(shù)監(jiān)測(cè)

對(duì)井上下抽采管道內(nèi)氣體的流量、溫度、壓力、甲烷濃度、一氧化碳濃度等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)計(jì)算管道標(biāo)況瓦斯混合量及累計(jì)量、標(biāo)況瓦斯純量及累計(jì)量，并能自動(dòng)記錄、查詢、打印各類(lèi)數(shù)據(jù)和報(bào)表。采用流量、溫度等傳感器監(jiān)測(cè)管道參數(shù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定報(bào)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)。

3.環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)

對(duì)瓦斯泵房和管道走廊的環(huán)境瓦斯?jié)舛?、環(huán)境溫度等采用甲烷濃度傳感器、溫度傳感器等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)參數(shù)超過(guò)設(shè)定報(bào)警值時(shí)，可及時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)。

4.工況參數(shù)監(jiān)測(cè)

對(duì)真空泵軸溫、電機(jī)軸溫、真空泵開(kāi)停狀態(tài)、閥門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。采用溫度傳感器、開(kāi)停傳感器、壓力傳感器等監(jiān)測(cè)抽采泵工作參數(shù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定報(bào)警值時(shí)及時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)。

5.供水參數(shù)監(jiān)測(cè)

對(duì)真空泵供水狀態(tài)、熱水池水位、水溫、冷卻水池水位、水溫等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。采用供水傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器等監(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(guò)設(shè)定報(bào)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)。

五、系統(tǒng)的高可靠性及擴(kuò)展性

系統(tǒng)使用先進(jìn)、成熟、實(shí)用的技術(shù)，具有可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.可靠性

系統(tǒng)在硬件選型、線路、支撐環(huán)境及結(jié)構(gòu)上都保證了穩(wěn)定的高質(zhì)量。系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行能力，能提供全年不間斷的連續(xù)運(yùn)作。能適應(yīng)煤礦井下高溫、高濕、高瓦斯的環(huán)境。

2.擴(kuò)展性

隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，井下瓦斯抽放管道的逐步延伸，用戶所需的監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)隨之增加。為此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上考慮了可擴(kuò)展性，以方便用戶隨時(shí)添加監(jiān)控分站及傳感器。系統(tǒng)所有設(shè)備符合通用標(biāo)準(zhǔn)，分站、傳感器均符合200～1000Hz、1～5mA信號(hào)制式，具有良好的開(kāi)放性。軟件具備OPC過(guò)程控制通用接口，能與礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)無(wú)縫接入，從而可以將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源源不斷地上傳到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

KJ692煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)在全國(guó)大部分地區(qū)都有使用，效果良好，受到用戶的一致好評(píng)。