煤礦井下瓦斯抽采管網監控系統應用分析

賈南杰

（山西新元煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045400）

1 概述

山西新元煤炭有限責任公司位于陽泉市壽陽縣朝陽鎮草溝村，礦井設計生產能力為5.0Mt/a，礦井回采煤層為3#和9#石炭系煤層。其中3#煤層平均厚度為2.7m，分三個采區，分別為一采區、二采區、四采區；9#煤層平均厚度為3.5m，目前一采區正處于準備階段。相關部門對新元礦瓦斯等級鑒定結果表明，新元礦為煤與瓦斯突出礦井，礦井相對瓦斯涌出量為27.21m3/t，絕對瓦斯涌出量為285.54m3/min，其中3#煤層相對瓦斯涌出量為20.01m3/t，絕對瓦斯涌出量為209.93m3/min，9#煤層相對瓦斯涌出量為7.2m3/t，絕對瓦斯涌出量為75.61m3/min，回采煤層具有瓦斯突出危險性。

為了降低回采煤層瓦斯涌出量，保證采掘工作面安全回采，新元礦在各采區建立型號為2BEC40瓦斯抽放泵站，并安裝2臺水環真空泵，每臺真空泵瓦斯抽采能力為104m3/min，從而對采區煤層進行瓦斯預抽。傳統瓦斯抽采期間采用在抽采泵進出口管道上分別安裝一個監測點的方法，進行瓦斯抽采監測計量，但是該方法無法反映各個支管道和抽采鉆場的瓦斯抽采數據，監測數據誤差性大，且監測的基本為獨立數據，沒有完整的抽采效果評價及管網運行效率評價等。對此通風部監測監控隊通過技術研究，提出KJ370瓦斯抽采管網監控系統并在井下進行實際應用。

2 KJ370瓦斯抽采管網監控系統結構

2.1 系統結構

新元礦采用的KJ370瓦斯抽采管網監控系統主要由管網監控系統、千兆以太網傳輸系統、監控軟件服務器系統等三大部分組成。其中管網監控系統主要由布置在抽采管路上各測點的監測設備以及現場分站設備組成；監控軟件服務器系統主要由監控業務管理模塊和設備部署與系統配置模塊等部分組成。

2.2 系統功能分析

KJ370瓦斯抽采管網監控系統在應用中主要包括三大功能：管道瓦斯監測功能、監控業務管理軟件功能以及監控功能。

（1）管道瓦斯監測功能。監測設備主要包括型號為CGWZ-100(A)瓦斯參數測定儀和型號為GTH500一氧化碳傳感器。瓦斯參數測定儀可以將測點瓦斯濃度、流量、溫度、壓力顯示在主機上；一氧化碳傳感器主要是對抽放管路內一氧化碳進行監測。

（2）監控業務管理軟件功能。業務管理軟件主要包括設備部署與系統配置、在線監控及曲線分析、業務報表分析以及歷史事件回風等四種功能。在線監控可通過地面分站直觀地展示井下各管道瓦斯抽采情況；曲線分析可以對各監測點流量、濃度、溫度、負壓等進行監測分析，從而便于梳理測點異常和測點設備異常發現；報表分析可以對井下瓦斯抽放管路各個監測點瓦斯流量（混合流量和純流量）、濃度、負壓、溫度等參數進行統計并呈現在設定的報表上。

（3）監控功能：KJ370瓦斯抽采管網監控系統中監控分站主要采用的是KJ370F隔爆本安型分站，該分站主要與甲烷傳感器、壓力傳感器以及流量傳感器進行對接安裝，可對風速、瓦斯濃度、一氧化碳濃度、負壓以及設備啟停情況進行持續穩定監測，并將各參數及時上傳至地面中心站，根據中心站發出指令完成報警及斷電動作。

3 KJ370瓦斯抽采管網監控系統應用及效果分析

3.1 測點布置

（1）目前新元礦3#煤層及9#煤層共有6個瓦斯抽放巷，通過分析研究，新元礦布置的KJ370瓦斯抽采管網監控系統在地面調度室以及井田中央變電所各布置一臺環網交換機，地面安裝一個分站，同時在3#煤層、9#煤層所有采區各布置一個分站，井下共計4個分站。各分站通過光纜與兩個測點進行連接，從而對各管道瓦斯抽放效果進行評價，如圖1所示。

（2）F1～F3分站布置在3#煤層，F4分站布置在9#煤層，其中1#、2#測點與F1分站連接，1#、2#測點分別布置在一采區3107工作面高抽巷高低壓抽放管路上；3#、4#測點與F2分站連接，分別布置在二采區3205高抽巷高低壓抽放管路上；5#、6#測點與F3分站連接，分別布置在四采區3412工作面高抽巷高低壓抽放管路上；7#、8#測點與F4分站連接，分別布置在9101工作面高抽巷高低壓抽放管路上，如表1所示。

圖1 新元礦KJ370瓦斯抽采管網監控系統拓撲圖

表1 新元礦瓦斯抽采管網監控系統分站及測點布置

3.2 應用效果分析

為了對管網監控系統在實際應用中監測數據準確性進行分析，新元礦V錐流量計分別對1#、3#、5#、7#四個測點實際瓦斯基本參數進行測定，并與管網監控系統實測數據進行對比，對比結果如表2所示。

通過實測數據對比發現，KJ370瓦斯抽采管網監控系統在實際應用中主要取得了以下應用效果：

（1）新元礦采用KJ370瓦斯抽采管網監控系統對各抽放管路進行監測，監測數據與實測數據對比結果發現，該系統監測的管道瓦斯參數值基本與實測值相符，誤差率在技術指標控制范圍內，該系統可以對抽放管路進行實時監測，測量數據穩定可靠，有效提高了瓦斯抽采管理水平，為抽采效果評判提高了可靠有力的實測依據。

（2）KJ370瓦斯抽采管網監控系統與其他常用的電子式流量計相比，監測數據穩定可靠，避免了傳統監測儀器測量數據波動大、漂移現象嚴重以及管路流速低流量無法監測等現象。

（3）該系統監測的瓦斯抽采參數具有關聯性，可進行瓦斯抽采效果評價以及管網運行效率評價，能夠及時發現瓦斯抽采期間可能存在的安全隱患。

（4）對于井田面積大、瓦斯抽放管路分支多的高瓦斯礦井，采用該系統可有效解決傳統人工檢測及普通儀器檢測時測量誤差大、效率低、勞動強度大、成本費用高等難題。

表2 KJ370瓦斯抽采管網監控系統監測數據與實測數據對比

4 結語

研究提出對3#煤層及9#煤層各采區瓦斯抽放管路安裝KJ370瓦斯抽采管網監控系統，并對應用效果進行了分析，表明該系統有效提高了瓦斯抽放參數測量準確性，實現了實時在線監測，能夠對瓦斯抽放效果進行評價，進一步提高煤礦瓦斯抽采管理水平。