礦井供水管路流量智能化在線監測系統研究與應用

代 杰

（棗莊礦業（集團）有限責任公司柴里煤礦，山東 棗莊 277519）

礦井供水系統是煤礦不可缺少的重要組成部分，在維護煤礦安全生產中起著十分重要的作用，被稱為礦井的“生命線”。老礦井由于礦井自然條件影響，管路長期受淋水侵蝕、巷道變形、礦井采動壓等影響而出現跑冒滴漏，造成采掘工作面因管路斷裂或水壓力不足影響生產的情況時有發生，既浪費了水資源，又影響了礦井正常生產，給企業造成了較大的經濟損失。

柴里煤礦目前礦井共敷設供水管路46 000 m，礦井主要軌道、運輸大巷、綜掘工作面及機采工作面兩巷敷設供水管路，按照質量標準安設三通球閥門，主要硐室門口及巷道分叉處均安設防塵三通閥門，礦井防塵管路覆蓋到礦井的各采掘工作地點及其他巷道。前期礦井主要靠人工巡線的方法進行泄漏巡查，費時費力，應急能力差，不能實時監控，出現工作面供水不足查找原因困難、處理不及時、影響采掘生產等弊端。

棗礦集團正在開展“三減三提”建設，減少單班下井人員，大力推廣智能化、自動化設備，傳統的人工巡查方式不能適應礦井發展，需要改變傳統的工作方式，利用科學技術來改變現狀，提高勞動效率，科學分析，安全管控。

1 礦井供水管路流量智能化在線監測系統

1.1 在線監測系統原理

井下供水管路流量智能化在線監測系統由礦用管道流量傳感器、系統上傳裝置、傳輸線纜、監測分站、網絡交換機組成。井下安裝的主部件水流量傳感器主要由閥體、水流轉子組件、微電腦顯示器組成。水流量傳感器安裝在主供水管路進水端，當水流過水流量傳感器時，流量計轉速隨著流量成線性變化，將輸出的脈沖信號反饋給控制器，由控制器顯示判斷水流量的大小，同時與礦井KJ90X監控系統進行聯網，利用監控系統數據上傳即能在線檢測水量的變化情況。井下現場可以查看流量情況，還可以在KJ90X礦井安全監控系統中心站查看流量變化曲線。

1.2 電動閥門遠程控制

在礦用管道流量傳感器前段安裝電動控制閥門，實現遠程在線控制閥門開關，控制管路流量。當需要對管路實施關閉或打開時，在地面實施遠程控制。

1.3 管道流量傳感器

基于法拉第電磁感應定律，當一個導體在磁場內運動時，在與磁場方向、運動方向相互垂直方向的導體兩端會產生感應電動勢。電動勢的大小與導體運動速度和磁場的磁感應強度大小成正比。管道流量傳感器能實時監測管道流量情況。

2 現場應用

2.1 在線監測系統組成

利用礦井KJ90X型安全監控系統和水流量傳感器組成礦井供水在線監測系統。該系統能實時監控主供水管路供水流量，根據流量曲線判定礦井各地點供水情況。根據日常用水量，在線監控系統上設置各個地點用水最高值，當出現最高值報警時，可以快速判定跑水區段，便于快捷安排人員處理。礦井KJ90X型安全監控系統具有穩定性強、安全高效的特點，實現24 h全天候值班監控，結合水流量傳感器，能夠實時監控礦井供水流量。

2.2 礦用管道流量傳感器安裝

根據井下各采區供水管路系統布置情況及主、分支管路情況，經過對供水系統管網研判，分為三個層級安裝礦用管路流量傳感器，選擇監測最準確、安裝簡便、對流量傳感器不利影響最小的地點進行安裝。第一層級為柴里煤礦大井污水處理站水管入井工程孔和袁堂水源水管入井工程孔管路下口安裝流量壓力傳感器，用于監測主水源情況；第二層級為各采區主供水管路末端安裝流量壓力傳感器，用于監測主供水管路水量情況；第三層級為主分支管路上安裝流量壓力傳感器，用于監測供水分支管路水量情況。整個供水網絡監控成為一個樹狀拓撲結構，能夠更為直觀地掌握各主、支管路的水量變化情況。借助于KJ90X煤礦安全監控系統，完成監測數據的上傳，并形成獨立顯示頁面，能夠清晰準確地查看井下各供水主、支管路的水量情況，并實現超流量等異常情況的預警功能。

2.3 電動閥門遠程控制

在每一個礦用管道流量傳感器前端安裝電動控制閥門，實現遠程在線控制閥門開關，當需要對管路實施關閉時，在地面可以實施遠程控制，能第一時間對出現流量異常的管路遠程關閉閥門，減少用水浪費。

2.4 供水流量上下限值確定

根據現場實際情況，在礦井供水管路網絡中，由于各管路的供水流向是固定的，在工作面生產期間，管路的流量基本保持在一定的范圍之內波動，通過對比每日的流量變化數據并進行長時間的積累分析，就可以得出工作面正常生產期間供水量的波動范圍。而當出現管路破裂或管路閥門被關閉時，管路流量也會隨之增大或減少，偏離正常水量的波動范圍，工作人員就可以根據管路流量的變化情況準確了解管路出現的狀況并準確判斷故障點及時處理。

2.5 供水事故判定

礦井供水管路流量智能化在線監測系統是通過安裝在管道上的流量傳感器對管道風水流量進行監測，通過人工分析和計算機推理得出礦井管路是否存在管路因斷裂或閥門誤關等原因造成的采煤工作面、掘進迎頭供水不足的問題。

2.6 動態監控

采用重慶煤科院研發的礦用管路流量傳感器，以KJ90X礦井安全監控系統為平臺，實現實時監測曲線，供水流量更為直觀，實現獨立頁面顯示及遠程控制。礦井供水在線監測系統能對各主要供水地點實施全面監控，對分析礦井供水狀況提供相關技術參數。

3 結論

（1）礦井供水管路流量智能化在線監測系統能實現礦井主要供水管路在線監測，實施動態觀測，做到全面掌控礦井供水實時運行狀態，實現了礦井安全供水和科學供水。

（2）采用對供水管路實時監測的方法，測定礦井井下供水管網主、支路流量變化情況，綜合分析不同時間段（生產期間和檢修期間）的水量變化進行對比，掌握不同時間段的用水量。

（3）礦井供水管路流量智能化在線監測系統對比每日的流量變化數據并進行長時間的積累分析，就可以得出工作面正常生產期間供水量的波動范圍，為供水設計提供可靠技術參數。

（4）而當出現管路破裂或管路閥門被關閉時，管路流量也會隨之增大或減少，偏離正常水量的波動范圍，工作人員就可以根據管路流量的變化情況準確了解管路出現的狀況，準確判斷故障點，及時供水處理，保障采掘工作面安全生產。