瓦斯抽采管網監測一體化技術研究與應用

文/肖珷

瓦斯抽采管網監測一體化技術研究與應用

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的計量監測系統，是客觀評價瓦斯抽采效果及是否達標的重要依據。平煤股份公司十二礦位于平頂山礦區東部，是煤與瓦斯突出礦井。近年來，十二礦深入實踐科學發展觀，大力推進管理和技術創新，全方位綜合治理瓦斯，通過安裝KJ370瓦斯抽放管網監控系統，連續監測管道瓦斯的濃度、流量、壓力、溫度及一氧化碳濃度等參數，實現了煤礦井下瓦斯抽采連續在線監測，優化了瓦斯抽采方案，大幅提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實現了安全生產。本文就KJ370瓦斯抽放管網監控系統在十二礦的應用進行了闡述。

一、系統簡介

KJ370瓦斯抽放管網監控系統包括KJ2008監測軟件、KJ370隔爆兼本安型分站和KJ370-J型數據通訊接口以及相關傳感器，具有模擬量，開關量，累計量采集、傳輸、存儲、處理顯示、打印,以及聲光報警、控制等功能，用來監測管道甲烷濃度、環境甲烷濃度、壓力、流量、溫度、饋電狀態等。系統安裝完成后可實現地面實時在線監測井下各個監測點的抽采參數，根據監測數據調節抽采參數，有利于提高抽采效率。

系統由各管道瓦斯監測點濃度、流量、壓力、溫度、CO等各種傳感器←→監測主機←→監控分站←→環網交換機←→地面核心交換機←→中心交換機←→智能數據匯聚指揮平臺+多應用服務器+監控主機+顯示器等組成。精度高、穩定性好、易于安裝和維護的瓦斯抽采管網計量監控系統是瓦斯治理的保障，不僅能夠實現煤礦井下瓦斯抽采連續實時在線監測，精確測定瓦斯抽采參數，同時實現分段計算工作面抽采量、抽采率，為瓦斯抽采效果評價提供依據，最終實現突出煤層消突、保障安全生產。

二、現場應用與效果

準確評價煤礦瓦斯抽放效果，是預防煤礦瓦斯災害事故發生的關鍵。十二礦己15煤層瓦斯賦存量大，自2012年安裝了KJ370瓦斯抽放管網監控系統后，通過連續監測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，優化瓦斯抽采方案，大大提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實現了安全生產。具體效果如下：

1.異常預警

根據一段時間內巷道瓦斯的常態濃度、流量、壓力、溫度、CO常規參數，設置預警和報警值，出現異常時及時進行提醒，現場人員根據監控情況可以進行及時、準確的排查處理。如圖1，西翼第二瓦斯治理巷穿層測點2015年1月16日～1月17日各參數歷史曲線，從圖1中看到管道出現3次明顯的、4次較小的CO濃度突升緩降現象。

圖1 西翼第二瓦斯治理巷穿層測點歷史曲線

通過西翼第二瓦斯治理巷穿層測點與己15-17220進風巷500m本煤層測點CO歷史曲線對比，從圖2可以看出，己15-17220進風巷500m本煤層測點在2015年1月20日13∶00前，現場人員對傳感器進行了一次數據對比，CO濃度因為進入空氣，濃度降為0值，之后立即恢復；13∶00巷道迎頭進行放炮作業，導致CO濃度急劇上升，放炮產生的CO在環境中擴散，經過煤體縫隙滲透到瓦斯鉆孔，被抽采管路吸回，13∶06達到峰值84.35ppm；還有一部分CO經縫隙滲透到第二瓦斯治理巷穿層鉆孔中，然后到達第二瓦斯治理巷穿層孔管道內，30分鐘后達到峰值22.588ppm。

圖2 西翼第二瓦斯治理巷穿層與測點歷史曲線

2.區段分析

圖3 己15-17200底抽巷管道甲烷濃度分段變化曲線

截取圖3數據可知：2012年 11月 9日己 15-17200底抽巷停采外50m、300m、400m、500m、700m各測點的甲烷濃度分段曲線，在同一抽采管路的不同測點的瓦斯濃度在同一時間段內同時上升或下降，驗證了管道傳感器測量數據的一致性，說明在不同抽采段的瓦斯濃度存在同升同降的規律性。己15-17200底抽巷停采線里500m至700m區段瓦斯濃度從00∶00∶00的較低值逐漸變為14∶50∶00以后的最高值，可以推斷該抽采區段可能受當天采煤工作面卸壓影響，煤層松動明顯，造成瓦斯涌出量增大。

圖4 己15-17220進風巷本煤層500m處測點曲線

截取圖4己15-17220進風巷本煤層500m測點各參數變化曲線可知：

（1)2015年在1月16日15∶59∶00前后，抽采負壓先降后升，對應的流量、瓦斯和CO濃度出現一次先降后升過程，抽采負壓越大，抽采量越大；抽采負壓下降，抽采量降低。由此可見，可通過加大抽采負壓提高抽采量。

（2)2015年1月17日03∶45∶00前后,負壓小幅上升后下降，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小后又打開，抽采瓦斯量減小，瓦斯鉆孔漏風減小，濃度增大。

3.漏氣診斷

圖5 己15-17220進風巷本煤層測點歷史曲線

根據圖5分析如下：

（1)在8∶00～9∶00之間，己15-17220進風巷本煤層管道內負壓減小，甲烷濃度減小，混合量增加，在9∶30到達峰值。結合現場抽放鉆孔排查情況，該區域出現鉆孔漏氣現象，處理后，抽采負壓在9∶30后逐漸上升，甲烷濃度增大，流量略微下降，說明堵漏有效。

（2)在12∶00左右繼續增大系統負壓，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需要時間，抽采力應與瓦斯補給的速度相匹配，當預抽區域瓦斯補給量少于瓦斯抽采能力時，會出現壓力增加濃度反而減小的情況。所以根據該曲線分析，可找到每個抽采區域的最佳抽采負壓，通過調整抽采負壓至最佳，確保瓦斯抽采量最大化。

4.誤差測量

采用人工現場測試的方式存在很多弊病，且人工現場測試是離線狀態，無法及時地反應測點的異常狀態。其現場采集數據代替不了測點的抽采持續狀態描述，更不能作為當前管網的工作狀態。KJ370-J型數據通訊接口和相關傳感器具有標定周期長、抗干擾能力強、高精度、高可靠性和使用壽命長的特點，提高了傳感器測量的靈敏性和準確性，且不受壓力、溫度波動的影響，可在高濕、高粉塵、高負壓的環境下正常工作。

同時，抽采計量系統相對誤差對比分析使對比更有可比性。采用相對誤差進行比較，相對誤差=|監測數據-人工數據|/人工數據。用相對誤差的均值來比較監測數據的準確性，均值越小監測數據越準確；用相對誤差的方差來比較監測數據的穩定性，方差越小則監測數據波動越小，越穩定。通過對瓦斯抽采負壓、濃度、混合量和純量的監測效果對比，得到西翼第二瓦斯治理巷己15-31010回風巷監測數據與人工監測數據相對誤差均值與方差比較，見表1、表2。

表1 2014年8月西翼第二瓦斯治理巷抽采參數與人工計量對比表

表2 2014年11月己15-31010回風巷抽采參數與人工計量對比表

三、結論與建議

1.KJ370管網監測系統實現了同時顯示甲烷濃度、負壓、溫度、流量、一氧化碳濃度等參數；實現了分段監測、分段計量，對于抽采區域存在CO現象可以準確判斷并排除，大大縮小了抽采鉆孔的排查范圍。

2.利用瓦斯監控抽采系統不僅實現了抽采監測數據的本地顯示，還實現了遠距離傳輸，便于集中管理，統一指揮，并上傳局域網，實現了抽采監測與安全監測系統一體化的安全管理模式，確保了瓦斯抽采利用。

3.監測數據與人工測量誤差均在1%左右，可以為優化瓦斯抽采方案提供可靠依據。

4.管路在嚴重潮濕的環境下影響流量數據的準確性，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）

（責任編輯：周瓊）