文/肖珷

瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)測(cè)一體化技術(shù)研究與應(yīng)用

文/肖珷

瓦斯抽采是解決煤礦瓦斯突出事故的根本之道，建立和使用瓦斯抽采管網(wǎng)的計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是客觀評(píng)價(jià)瓦斯抽采效果及是否達(dá)標(biāo)的重要依據(jù)。平煤股份公司十二礦位于平頂山礦區(qū)東部，是煤與瓦斯突出礦井。近年來(lái)，十二礦深入實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀，大力推進(jìn)管理和技術(shù)創(chuàng)新，全方位綜合治理瓦斯，通過(guò)安裝KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測(cè)管道瓦斯的濃度、流量、壓力、溫度及一氧化碳濃度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下瓦斯抽采連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，優(yōu)化了瓦斯抽采方案，大幅提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。本文就KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在十二礦的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)包括KJ2008監(jiān)測(cè)軟件、KJ370隔爆兼本安型分站和KJ370-J型數(shù)據(jù)通訊接口以及相關(guān)傳感器，具有模擬量，開(kāi)關(guān)量，累計(jì)量采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理顯示、打印,以及聲光報(bào)警、控制等功能，用來(lái)監(jiān)測(cè)管道甲烷濃度、環(huán)境甲烷濃度、壓力、流量、溫度、饋電狀態(tài)等。系統(tǒng)安裝完成后可實(shí)現(xiàn)地面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)井下各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的抽采參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)抽采參數(shù)，有利于提高抽采效率。

系統(tǒng)由各管道瓦斯監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度、流量、壓力、溫度、CO等各種傳感器←→監(jiān)測(cè)主機(jī)←→監(jiān)控分站←→環(huán)網(wǎng)交換機(jī)←→地面核心交換機(jī)←→中心交換機(jī)←→智能數(shù)據(jù)匯聚指揮平臺(tái)+多應(yīng)用服務(wù)器+監(jiān)控主機(jī)+顯示器等組成。精度高、穩(wěn)定性好、易于安裝和維護(hù)的瓦斯抽采管網(wǎng)計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)是瓦斯治理的保障，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井下瓦斯抽采連續(xù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，精確測(cè)定瓦斯抽采參數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分段計(jì)算工作面抽采量、抽采率，為瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)提供依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)突出煤層消突、保障安全生產(chǎn)。

二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果

準(zhǔn)確評(píng)價(jià)煤礦瓦斯抽放效果，是預(yù)防煤礦瓦斯災(zāi)害事故發(fā)生的關(guān)鍵。十二礦己15煤層瓦斯賦存量大，自2012年安裝了KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)后，通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)管道瓦斯氣體的濃度、氣體流量、壓力、溫度及一氧化碳濃度等綜合參數(shù)，優(yōu)化瓦斯抽采方案，大大提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。具體效果如下：

1.異常預(yù)警

根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)巷道瓦斯的常態(tài)濃度、流量、壓力、溫度、CO常規(guī)參數(shù)，設(shè)置預(yù)警和報(bào)警值，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行提醒，現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)監(jiān)控情況可以進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的排查處理。如圖1，西翼第二瓦斯治理巷穿層測(cè)點(diǎn)2015年1月16日～1月17日各參數(shù)歷史曲線，從圖1中看到管道出現(xiàn)3次明顯的、4次較小的CO濃度突升緩降現(xiàn)象。

圖1 西翼第二瓦斯治理巷穿層測(cè)點(diǎn)歷史曲線

通過(guò)西翼第二瓦斯治理巷穿層測(cè)點(diǎn)與己15-17220進(jìn)風(fēng)巷500m本煤層測(cè)點(diǎn)CO歷史曲線對(duì)比，從圖2可以看出，己15-17220進(jìn)風(fēng)巷500m本煤層測(cè)點(diǎn)在2015年1月20日13∶00前，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)傳感器進(jìn)行了一次數(shù)據(jù)對(duì)比，CO濃度因?yàn)檫M(jìn)入空氣，濃度降為0值，之后立即恢復(fù)；13∶00巷道迎頭進(jìn)行放炮作業(yè)，導(dǎo)致CO濃度急劇上升，放炮產(chǎn)生的CO在環(huán)境中擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)煤體縫隙滲透到瓦斯鉆孔，被抽采管路吸回，13∶06達(dá)到峰值84.35ppm；還有一部分CO經(jīng)縫隙滲透到第二瓦斯治理巷穿層鉆孔中，然后到達(dá)第二瓦斯治理巷穿層孔管道內(nèi)，30分鐘后達(dá)到峰值22.588ppm。

圖2 西翼第二瓦斯治理巷穿層與測(cè)點(diǎn)歷史曲線

2.區(qū)段分析

圖3 己15-17200底抽巷管道甲烷濃度分段變化曲線

截取圖3數(shù)據(jù)可知：2012年 11月 9日己 15-17200底抽巷停采外50m、300m、400m、500m、700m各測(cè)點(diǎn)的甲烷濃度分段曲線，在同一抽采管路的不同測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛仍谕粫r(shí)間段內(nèi)同時(shí)上升或下降，驗(yàn)證了管道傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性，說(shuō)明在不同抽采段的瓦斯?jié)舛却嬖谕档囊?guī)律性。己15-17200底抽巷停采線里500m至700m區(qū)段瓦斯?jié)舛葟?0∶00∶00的較低值逐漸變?yōu)?4∶50∶00以后的最高值，可以推斷該抽采區(qū)段可能受當(dāng)天采煤工作面卸壓影響，煤層松動(dòng)明顯，造成瓦斯涌出量增大。

圖4 己15-17220進(jìn)風(fēng)巷本煤層500m處測(cè)點(diǎn)曲線

截取圖4己15-17220進(jìn)風(fēng)巷本煤層500m測(cè)點(diǎn)各參數(shù)變化曲線可知：

（1)2015年在1月16日15∶59∶00前后，抽采負(fù)壓先降后升，對(duì)應(yīng)的流量、瓦斯和CO濃度出現(xiàn)一次先降后升過(guò)程，抽采負(fù)壓越大，抽采量越大；抽采負(fù)壓下降，抽采量降低。由此可見(jiàn)，可通過(guò)加大抽采負(fù)壓提高抽采量。

（2)2015年1月17日03∶45∶00前后,負(fù)壓小幅上升后下降，流量減小、瓦斯和CO濃度上升后下降。判斷為上游管段閥門關(guān)小后又打開(kāi)，抽采瓦斯量減小，瓦斯鉆孔漏風(fēng)減小，濃度增大。

3.漏氣診斷

圖5 己15-17220進(jìn)風(fēng)巷本煤層測(cè)點(diǎn)歷史曲線

根據(jù)圖5分析如下：

（1)在8∶00～9∶00之間，己15-17220進(jìn)風(fēng)巷本煤層管道內(nèi)負(fù)壓減小，甲烷濃度減小，混合量增加，在9∶30到達(dá)峰值。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽放鉆孔排查情況，該區(qū)域出現(xiàn)鉆孔漏氣現(xiàn)象，處理后，抽采負(fù)壓在9∶30后逐漸上升，甲烷濃度增大，流量略微下降，說(shuō)明堵漏有效。

（2)在12∶00左右繼續(xù)增大系統(tǒng)負(fù)壓，管道甲烷濃度增大到25%后不再增加，反而有所下降，分析為由于瓦斯在煤層流動(dòng)需要時(shí)間，抽采力應(yīng)與瓦斯補(bǔ)給的速度相匹配，當(dāng)預(yù)抽區(qū)域瓦斯補(bǔ)給量少于瓦斯抽采能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)壓力增加濃度反而減小的情況。所以根據(jù)該曲線分析，可找到每個(gè)抽采區(qū)域的最佳抽采負(fù)壓，通過(guò)調(diào)整抽采負(fù)壓至最佳，確保瓦斯抽采量最大化。

4.誤差測(cè)量

采用人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方式存在很多弊病，且人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是離線狀態(tài)，無(wú)法及時(shí)地反應(yīng)測(cè)點(diǎn)的異常狀態(tài)。其現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)代替不了測(cè)點(diǎn)的抽采持續(xù)狀態(tài)描述，更不能作為當(dāng)前管網(wǎng)的工作狀態(tài)。KJ370-J型數(shù)據(jù)通訊接口和相關(guān)傳感器具有標(biāo)定周期長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)、高精度、高可靠性和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，提高了傳感器測(cè)量的靈敏性和準(zhǔn)確性，且不受壓力、溫度波動(dòng)的影響，可在高濕、高粉塵、高負(fù)壓的環(huán)境下正常工作。

同時(shí)，抽采計(jì)量系統(tǒng)相對(duì)誤差對(duì)比分析使對(duì)比更有可比性。采用相對(duì)誤差進(jìn)行比較，相對(duì)誤差=|監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)-人工數(shù)據(jù)|/人工數(shù)據(jù)。用相對(duì)誤差的均值來(lái)比較監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，均值越小監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確；用相對(duì)誤差的方差來(lái)比較監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，方差越小則監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)越小，越穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)瓦斯抽采負(fù)壓、濃度、混合量和純量的監(jiān)測(cè)效果對(duì)比，得到西翼第二瓦斯治理巷己15-31010回風(fēng)巷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差均值與方差比較，見(jiàn)表1、表2。

表1 2014年8月西翼第二瓦斯治理巷抽采參數(shù)與人工計(jì)量對(duì)比表

表2 2014年11月己15-31010回風(fēng)巷抽采參數(shù)與人工計(jì)量對(duì)比表

三、結(jié)論與建議

1.KJ370管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)顯示甲烷濃度、負(fù)壓、溫度、流量、一氧化碳濃度等參數(shù)；實(shí)現(xiàn)了分段監(jiān)測(cè)、分段計(jì)量，對(duì)于抽采區(qū)域存在CO現(xiàn)象可以準(zhǔn)確判斷并排除，大大縮小了抽采鉆孔的排查范圍。

2.利用瓦斯監(jiān)控抽采系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了抽采監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的本地顯示，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳輸，便于集中管理，統(tǒng)一指揮，并上傳局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了抽采監(jiān)測(cè)與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一體化的安全管理模式，確保了瓦斯抽采利用。

3.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工測(cè)量誤差均在1%左右，可以為優(yōu)化瓦斯抽采方案提供可靠依據(jù)。

4.管路在嚴(yán)重潮濕的環(huán)境下影響流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，礦井要加大抽采管路放水管理，防止管路積水。

（作者系平煤股份十二礦礦長(zhǎng)）

（責(zé)任編輯：周瓊）