趙樓煤礦井下冷凍水在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

邵曉偉 張震

摘 要：本文介紹了趙樓煤礦井下制冷降溫系統(tǒng)冷凍水在線監(jiān)測，目的是快速判斷管路漏水點的位置，有效縮短處理漏水點的時間，降低了對機組的影響。通過對流量的觀測，可以選擇最佳的支管規(guī)格與空冷器達(dá)到優(yōu)化配置，從而發(fā)揮空冷器的最佳降溫效果，提高了制冷效率。

關(guān)鍵詞：井下降溫；冷凍水系統(tǒng)；在線監(jiān)測；優(yōu)化配置；降溫效果

中圖分類號：TD727 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0140-01

1 引 言

趙樓煤礦開采深度較深，綜采放頂煤工作面末端、掘進(jìn)工作面迎頭的溫度較高，特別是在夏季，熱害程度較為嚴(yán)重；因此在井下安裝了一套集中制冷裝置，以便改善采、掘工作面的工作條件。該系統(tǒng)主要由制冷機組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、空冷器及電控系統(tǒng)等設(shè)備組成。制冷機組蒸發(fā)器側(cè)出來的冷凍水經(jīng)輸冷管送至末端空冷器，利用熱交換器與采、掘工作面的熱空氣進(jìn)行熱交換。期間所吸收的熱量將使水溫上升，再由冷凍水泵使其返回制冷機組再冷，形成冷凍水循環(huán)。

冷凍水的正常循環(huán)是保證制冷機組運行的基本條件。制冷系統(tǒng)管路分進(jìn)水管路和分水管路，從總管路向各個采區(qū)工作面分支較多。一旦某個分支管路上的閥門出現(xiàn)故障或被人為打開造成循環(huán)水流失，將會使制冷機組停止運行，如果問題處理不及時就會對制冷機組造成損傷。目前當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)循環(huán)水流失以后，無法有效的判斷是哪路管路出現(xiàn)問題，不便于系統(tǒng)的維護(hù)，給制冷系統(tǒng)運行帶來安全隱患。

如何快速的發(fā)現(xiàn)并切斷制冷系統(tǒng)水網(wǎng)中的問題管路，成為管理人員需要解決的一個難題。趙樓煤礦井下制冷水網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)計劃在南部大巷設(shè)計4處監(jiān)測點，對水網(wǎng)系統(tǒng)4大分支點處的管道數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，為井下制冷系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供可靠依據(jù)。

2 系統(tǒng)組成及功能

2.1 系統(tǒng)組成

趙樓煤礦井下冷凍水在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計主要由制冷硐室監(jiān)控主站、監(jiān)控分站、流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電控閘閥及閘閥控制箱組成。利用超聲波在流動液體中順流向與逆流向傳播時的速度差與流體流速成比例的工作原理，在各監(jiān)測點的冷凍水管路上安裝水壓、流量自動檢測裝置，實現(xiàn)對冷凍水管路中的水壓，流量的進(jìn)行實時監(jiān)控，并通過監(jiān)測分站采集數(shù)據(jù)后傳輸至制冷硐室監(jiān)控主站。系統(tǒng)數(shù)據(jù)要傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)通過對冷凍水網(wǎng)絡(luò)中的壓力、流量、溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，具體包括以下功能：

（1）實時監(jiān)測各監(jiān)測點的水管壓力、水體流量、水體溫度。

（2）能夠在各監(jiān)測點方便設(shè)置報警壓力、報警流量、報警溫度，當(dāng)達(dá)到報警值時，制冷硐室監(jiān)測主機會發(fā)出聲光報警。

（3）能夠在監(jiān)測主站打開和關(guān)閉分支故障管路電動閥門。

（4）將各檢測點的管道壓力和水體流量生成歷史曲線，并存儲于制冷硐室監(jiān)控主機，便于事故分析。

（5）能夠在監(jiān)測地點就地顯示壓力、流量、溫度等實時參數(shù)；能夠就地對電動閥門進(jìn)行手動、電動開關(guān)操作。

（6）壓力、流量、溫度可設(shè)置報警值和動作值，動作于電動閥門關(guān)閉。

3 系統(tǒng)監(jiān)測分站的分配與設(shè)備安裝

趙樓煤礦井下冷凍水在線監(jiān)測系統(tǒng)在制冷硐室和地面調(diào)度室設(shè)置監(jiān)控主站，在一集軌道偏口、2#大巷3#聯(lián)絡(luò)巷偏口、2#大巷4#聯(lián)絡(luò)巷偏口、1#大巷9#聯(lián)絡(luò)巷偏口四處設(shè)置監(jiān)測分站。每一處監(jiān)測點分別在進(jìn)出水管路安裝1臺水體流量監(jiān)測裝置、1臺水壓監(jiān)測裝置、1臺水溫監(jiān)測裝置及1套電動閘閥。監(jiān)測分站就近接入礦井現(xiàn)有通訊監(jiān)測分站，再通過礦現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)與監(jiān)控主站的通訊。系統(tǒng)監(jiān)測分站及閘閥控制箱采用壁掛式安裝，便于安裝、拆除。流量計、壓力傳感器、溫度傳感器及電動閘閥在安裝過程中需要對現(xiàn)有管路進(jìn)行開孔和切割焊接。

3.1 設(shè)備配套的控制、儀表、電氣方式、要求及參數(shù)

（1）電動閥門公稱壓力≥4.0MPa，采用法蘭盤式連接，配套就地控制箱，具有煤安資質(zhì)。電動閥門動力電源AC660V，監(jiān)測分站電源AC127V。電動閥門材料選用不銹鋼等耐腐蝕材質(zhì)，能夠方便安裝、拆除、反復(fù)使用。

（2）流量計采用礦用隔爆兼本安型法蘭管段式。壓力等級4.0MPa，測量精度0.5級，具有煤安資質(zhì)，防護(hù)等級IP54。

（3）各監(jiān)測點就近接入礦井現(xiàn)用環(huán)網(wǎng)中。

（4）系統(tǒng)具備就地和遠(yuǎn)控制功能。

（5）可以在監(jiān)測主站方便地設(shè)定各監(jiān)測點的報警壓力、報警流量、報警溫度。

（6）可以就地和在監(jiān)測主站打開和關(guān)閉故障管路電動閥門。

3.2 系統(tǒng)目標(biāo)

（1）將PLC控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，保證系統(tǒng)技術(shù)方面的先進(jìn)性。

（2）監(jiān)測中心計算機可以對系統(tǒng)的運行進(jìn)行管理、事故跟蹤與處理。

（3）采用國際流行的組態(tài)軟件，畫面動態(tài)、美觀，修改方便，數(shù)據(jù)保存時間長。

（4）系統(tǒng)自身具備標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，提供標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)擴展及其他系統(tǒng)接入。

4 系統(tǒng)運行效果分析

4.1 社會效益

（1）在冷凍水支管路安裝流量監(jiān)控器，每個支管的流量和壓力等數(shù)據(jù)傳輸?shù)街评漤鲜遥梢詫崟r觀察到支管流量和壓力的變化。

（2）快速判斷管路漏水點的位置，有效縮短處理漏水的時間。

（3）減少了停機次數(shù)，降低對機組的影響，延長機組壽命。

（4）通過對流量的觀測，可以選擇最佳的支管規(guī)格與空冷器達(dá)到優(yōu)化配置，從而發(fā)揮空冷器的最佳降溫效果。

（5）礦井“以冷定產(chǎn)”，減少生產(chǎn)影響時間。

（6）停機次數(shù)減少，井下職工身體健康得到保障，同時保證了井下安全生產(chǎn)進(jìn)度。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）趙樓煤礦2016年考核商品煤353萬t，每月平均出煤29.2萬t，每小時平均出煤405t。每年制冷系統(tǒng)運行因出現(xiàn)漏水停機的時間約為1h/月，截至到10月份，合計影響10h/年，影響出煤約4050t/年，平均600元/t計算，合計243萬元。井下冷凍水在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝運行后，預(yù)計每年合計節(jié)約243萬元。

（2）通過冷凍水在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝，降低了維修人工（10人工/月），預(yù)計年節(jié)約人工費用約45萬元。2016年供水消耗量由2015年的2000m3/d，下降至1780m3/d，年預(yù)計節(jié)約電費135萬元。

收稿日期：2018-3-10