郭路鵬

（山西晉煤集團(tuán)宏圣公司，山西 晉城 048006）

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)分析瓦斯動態(tài)變化趨勢的重要手段。對于瓦斯抽采管道流量的監(jiān)測，首先要測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，能夠有效解決低流速監(jiān)測的難題，同時還要兼具大量程、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)境條件下長期可靠運(yùn)行，滿足智慧礦井建設(shè)的內(nèi)在要求。根據(jù)長平煤礦在瓦斯抽采監(jiān)測方面存在的問題，設(shè)計(jì)了一套低流速瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場使用取得了預(yù)期的效果。

1 瓦斯抽放系統(tǒng)現(xiàn)狀

長平礦目前建立了地面永久抽放泵站，布置了高、低負(fù)壓兩套抽采系統(tǒng)。目前主要存在問題是抽采在線監(jiān)測系統(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)一套抽采測點(diǎn)，其他巷道及各抽采單元、鉆場硐室均未安設(shè)抽采測點(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得有效數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響抽采計(jì)量統(tǒng)計(jì)；目前市場上的監(jiān)控系統(tǒng)與原系統(tǒng)接口協(xié)議不一致，無法實(shí)現(xiàn)有效通訊。因此迫切需要重新設(shè)計(jì)瓦斯抽采管道監(jiān)測系統(tǒng)，確保瓦斯抽采動態(tài)可控。

2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

瓦斯抽采管道監(jiān)測系統(tǒng)由三部組成：井下信號采集部分、信號傳輸部分和地面監(jiān)測中心部分，見圖1。

圖1 瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)署

（1）監(jiān)測點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場管道布置情況及《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》文件相關(guān)要求，分別在各抽采管路的主管段、干管段及工作面支管布置監(jiān)測點(diǎn)。在蘆家峪臨時變電所、四盤區(qū)第三變電所、四盤區(qū)東部變電所主管道上布置測點(diǎn)，可以為工作面、獨(dú)立區(qū)域的抽采效果進(jìn)行交叉分析，從而判斷抽采效果和管段異常分析；在蘆家峪泵站、第三瓦斯抽放泵站干管段布置測點(diǎn)，可以完成對指定工作面和獨(dú)立區(qū)域的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，從而可以實(shí)現(xiàn)對關(guān)聯(lián)工作面或者支管段的抽采效果評價和分析；在43043 巷、43081 巷、43061 巷布置測點(diǎn)，對工作面抽采效果進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

根據(jù)上述布置原則、測點(diǎn)位置及分站電纜布置情況，在蘆家峪泵站安裝了1 臺分站和一臺交換機(jī)，蘆家峪臨時變電所安裝了2 臺分站及一臺交換機(jī)，在東部變電所安裝了2 臺分站及一臺交換機(jī)，在四盤區(qū)第三變電所安裝了4 臺分站及一臺交換機(jī)并將這些交換機(jī)與地面機(jī)房的交換機(jī)用光纖連接組成了環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

（3）地面監(jiān)測中心

地面監(jiān)控設(shè)備主要包括監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)主要部署C/S 和B/S 業(yè)務(wù)管理軟件。監(jiān)控業(yè)務(wù)管理軟件主要由設(shè)備部署與系統(tǒng)配置、實(shí)時在線監(jiān)控、業(yè)務(wù)報表分析功能模塊組成。

2.2 系統(tǒng)工作流程

瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)主要對原流量測量傳感器進(jìn)行了改造，采用了基于循環(huán)自激式管道流量測量原理，可以精確測定管道內(nèi)的流量，最低可測流速達(dá)到0.3 m/s。其信號數(shù)據(jù)傳輸工作流程見圖2。

圖2 信號數(shù)據(jù)傳輸工作流程

圖2 中現(xiàn)場各主要抽采區(qū)域通過各傳感器和監(jiān)測分站，將主管、支管及工作面抽采管道上氣體濃度、軸溫、流量、負(fù)壓等傳感模擬信號經(jīng)RS485 電纜實(shí)時傳輸至地面數(shù)據(jù)接口，經(jīng)CPU 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場閘閥球閥并傳輸至服務(wù)器的監(jiān)測主機(jī)，通過顯示器達(dá)到實(shí)時人機(jī)交互的目的。通過該系統(tǒng)能夠精確計(jì)算各區(qū)域的瓦斯抽采量和抽采率，及時監(jiān)測預(yù)抽煤層的瓦斯抽采情況。

2.3 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)采用循環(huán)自激式管道流量傳感器后，系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)，測量下限值更低，最低可監(jiān)測1 m/s 流速下的抽采氣流量。系統(tǒng)包括如下功能：

（1）實(shí)時監(jiān)測

抽采實(shí)時列表能夠?qū)崟r統(tǒng)計(jì)各個監(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，方便工作人員觀察和對比，超出上下限的監(jiān)控值會用紅色及聲音報警[1]。通過列表可以清晰直觀的查看當(dāng)前測點(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。

（2）動態(tài)顯示

系統(tǒng)既能夠?qū)崟r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)測值，也能隨時調(diào)取顯示煤礦中監(jiān)測點(diǎn)任一歷史時間段瓦斯管路參數(shù)，通過在線實(shí)時比較不同監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)，全面了解不同監(jiān)測點(diǎn)務(wù)邏輯關(guān)系并自動判斷，便于發(fā)現(xiàn)管段泄漏、管段阻塞等異常，達(dá)到輔助決策的要求[2]。

（3）數(shù)據(jù)分析

此外系統(tǒng)還可以記錄分析當(dāng)天所有監(jiān)測點(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，間接給出大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，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，極大的簡化了工作流程。

3 應(yīng)用分析

為驗(yàn)證是否滿足了低流速測量下限的能力，查詢并分析長平礦2017年3月20日的抽采報表見表1。

對以上測點(diǎn)各個測量流速段測點(diǎn)數(shù)分布統(tǒng)計(jì)，建立直方圖見圖2。

圖3 流速分布數(shù)量

由以上圖表可以看出：

（1）有1 個測點(diǎn)低于1 m/s 的流量可測量，實(shí)現(xiàn)了測量下限1 m/s 的技術(shù)要求；

（2）流速在1～2 m/s 范圍內(nèi)有2 個測點(diǎn)；

（3）有4 個測點(diǎn)的瓦斯流速在3 m/s 以下，約占已裝15 個測點(diǎn)的26.7%。說明選擇流速下限低是非常必要的；

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

表1 長平煤礦2017年03月20日多點(diǎn)瓦斯抽采報

4 結(jié)語

本項(xiàng)目在長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，能夠分別計(jì)量各個工作面、各個抽采區(qū)及整個礦井的瓦斯抽采參數(shù)（瓦斯?jié)舛?、流量、壓力、溫度等），解決了流速低至1 m/s 時無法測量問題，高流速也可準(zhǔn)確監(jiān)測。目前該系統(tǒng)已在現(xiàn)場應(yīng)用了14個月，項(xiàng)目已通過專家組驗(yàn)收，用戶評價良好，并要求加強(qiáng)后期數(shù)據(jù)及系統(tǒng)維護(hù)。