低流速瓦斯抽采監控系統的設計與應用

寧衛衛

（山西安信建設工程檢測有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

煤礦瓦斯抽采監控系統的建立是實現煤礦智能化管理，大數據分析瓦斯動態變化趨勢的重要手段。對于瓦斯抽采管道流量的監測，首先要保證測量準確、穩定性好，能夠有效解決低流速監測的難題，同時還要兼具大量程、多管徑適應、拆裝校驗方便等特點，能夠適應在高負壓、含塵、含水的惡劣環境條件下長期可靠運行，滿足智慧礦井建設的內在要求。

1 現場概況

長平礦目前建立了地面永久抽放泵站，布置高、低負壓兩套抽采系統，均采用CBF810 型水環式真空泵，單泵工況抽采能力為810 m3/min，高負壓抽采系統共布置4 臺抽放泵，目前1 運3 備，主要服務礦井本煤層瓦斯抽放；低負壓抽采系統共布置2 臺，設計為1 運1 備，主要服務采空區瓦斯抽放。目前主要存在問題是抽采在線監測系統不完善，僅在地面泵站高低負壓管道入口、回風巷巷口高負壓管，1306、13062 巷各安設一套抽采測點，其他巷道及各抽采單元、鉆場硐室均未安設抽采測點；原抽采系統計量準確性較差，低流速情況下無法測得有效數據，嚴重影響抽采計量統計。因此非常有必要建立瓦斯抽采管道監測系統，確保瓦斯抽采動態可控。

2 系統的設計方案

地面監測中心站系統搭建：根據長平礦現有監控機房，部署服務器（監控服務器、數據庫服務器、應用服務器）、存儲系統、交換機等設備組成的瓦斯抽采管道監測系統。瓦斯抽采管道監測系統由三部分組成：井下信號采集上傳部分、信號傳輸部分和地面服務器部分，如圖1 所示。

圖1 瓦斯抽采管網監控系統結構

2.1 井下瓦斯管網監控系統

井下部分由各抽采管道的流量及紅外傳感設備、各巷口的監測分站及檢測線路構成[1]，通過各傳感設備實現對監測點流量、濃度、壓力、溫度等實時監測，并通過監測分站和線路進行實時上傳。

2.2 傳輸網絡系統

該系統主要由網絡傳輸交換機、信號轉換設備及傳輸線路組成，主要負責井上下各類監測信號和控制指令的實時交互，實現遠程動態控制。

2.3 地面監控服務器系統

主要包括操作系統及客戶端、多應用服務器、地面環網交換機等。該系統可將各類數據進行匯總整理分析，對各類異常狀況實時監控報警，實現自動控制。

3 系統的主要功能

3.1 實時監控

抽采實時列表將各個監控點數據以列表的形式展現，實時統計了各個監控點的累計量，并在表格設置中選擇要顯示的累計量功能，并能添加表格顯示屬性，比如按采區、泵站等不同類別顯示，更方便工作人員觀察和對比，并且能夠實時顯示各個監控值的不同狀態，超出上下限的監控值會用紅色及聲音報警[2]。通過列表可以清晰直觀地查看當前測點瓦斯抽采的相關累計量等統計信息，界面顯示直觀大方，可以根據不同的需要顯示不同類型的統計信息，方便了工作人員實時掌握每個監測點管路的詳細狀態。

3.2 動態顯示

系統既能夠實時顯現當前各管道的瓦斯流量、濃度、溫度、負壓等參數的監測值，也能隨時調取顯示煤礦中監測點任一歷史時間段瓦斯管路的參數。

另外，系統能夠提供多個監測點的甲烷、流量、壓力、溫度、一氧化碳等相關邏輯參數，并通過變化曲線實現動態演示。通過在線實時比較不同監測點參數，全面了解不同監測點務邏輯關系并自動判斷，便于發現管段泄漏、管段阻塞等異常，達到輔助決策的目的[3]。

3.3 數據分析

表中統計了當天所有監測點的管道瓦斯流量、濃度、負壓、溫度的平均值及標況下的混量、純量的累計值，表格的樣式及內容都可以根據需求自己在管理軟件中改變和添加，極大地簡化了工作流程。同時統計了當月所有監測點的管道瓦斯流量、濃度、溫度、負壓的平均值及標況下的混量、純量的累計值。

4 系統的應用分析

為驗證系統是否滿足了低流速測量下限的能力，查詢并分析了長平礦2017 年3 月20 日的抽采報表，見表1。

對以上測點各個測量流速段測點數分布統計，建立直方圖如圖2 所示。

表1 長平煤礦2017 年03 月20 日多點瓦斯抽采報表

由圖2 和表1 最后一欄流速分布數量統計可以看出：

圖2 流速分布數量圖

1）有1 個測點低于1 m/s 的流量可測量，實現了測量下限1 m/s 的技術要求；

2）流速在1～2 m/s 范圍內有2 個測點；

3）有4 個測點的瓦斯流速在0～3 m/s 之間，約占已裝15 個測點的26.7%，說明選擇流速下限低是非常必要的；

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

5 結論

本項目在長平礦建立了一套瓦斯抽采管網監控系統，在地面瓦斯抽采泵站及井下瓦斯抽采主管、干管及支管的各區域安裝了15 套管道瓦斯傳感器，實現了對井下瓦斯抽采管網各監測點管道瓦斯濃度、流量、壓力、溫度等參數的在線監測，能夠分別計量各個工作面、各個抽采區及整個礦井的瓦斯抽采量，可監測流速低至1 m/s 的流量傳感器，并且阻力小、安裝標校方便，有效解決了管網抽采前端低流速監測的難題。