KJ692瓦斯抽放監控系統的應用

中煤科工集團常州自動化研究院 王樹豐

詳細介紹了KJ692瓦斯抽放系統的架構、組成以及V錐管道流量計及GLW30熱線式氣體流量計兩種監測方式的主要特點，指出瓦斯抽放系統在煤礦安全生產方面具有重要作用。

礦井瓦斯是指煤礦井下以甲烷為主的各種有害氣體的總稱。瓦斯具有燃燒和爆炸性，當空氣中的瓦斯氣體達到一定濃度時，遇到火源或火星就可能燃燒或爆炸，造成重大損失。煤礦瓦斯是煤礦重要災害源之一，瓦斯治理列為煤礦安全工作的重中之重，瓦斯抽放裝置將煤層中瓦斯氣體預先抽出，減少煤層瓦斯氣體含量，從而有效減小瓦斯突出的幾率，故瓦斯抽放裝置作為瓦斯治理的有效手段也越來越受到重視，國家提出了“先抽后采，以抽定采”的方針。因此，《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》規定，特定條件下的煤礦必須安裝瓦斯抽放系統及瓦斯抽放監控系統。

一、系統工作原理

圖1 系統邏輯示意圖

KJ692礦井瓦斯抽放監控系統(圖1)可將安全與生產監測信息綜合在一起，實現綜合利用。同時系統還可以匯接其他監測系統，實現信息共享和局部環節的自動化控制。整個系統是典型的三級網絡架構，是一種先進的集散型微處理機系統。其先進可靠的軟件、總線型的分站和傳感器使系統具有領先的技術水平。局部傳感器及其連接線的故障不會影響系統的正常工作，從而確保整個系統的可靠性。

二、系統組成

KJ692礦井瓦斯抽放監控系統主要設備包括監控主機、分站及電源箱、顯示控制柜、防爆PLC控制箱、管道參數傳感器、環境參數傳感器、供水參數傳感器等(圖2)。管道參數傳感器包括管道流量、管道壓力、管道溫度、管道瓦斯和管道一氧化碳等傳感器。環境傳感器包括環境瓦斯、環境一氧化碳、環境溫度等傳感器。供水參數傳感器包括缺水、水位、水溫等傳感器。

圖2 系統設備

三、兩種監測流量方式

1.V錐管道流量計(圖3)

圖3 V錐管道流量計

V錐流量檢測技術是對傳統流量計技術的突破，V錐流量檢測是基于密閉管道中能量相互轉換的伯努利定律研發而成的，目前廣泛應用于煤炭、石化、熱能、供水等領域。具有如下特點：(1)抗干擾能力強，不易受電磁干擾，可用于管道振動的場合；(2)可測量低流速低至1m/s；(3)對直管段長度要求低，要求上游0～3D、下游0～1D即可；(4)測量元件不與被測介質直接接觸，調校方便；(5)設備具有自清潔功能，不易堵塞。

2.GLW30熱線式氣體流量傳感器

GLW30熱線式氣體流量傳感器有如下特點：(1)可測乙炔以外的所有氣體；(2)可同時測試管道內氣體流量、壓力和溫度值；(3)雙行液晶顯示屏可顯示累積流量、瞬時流量、溫度和壓力值；(4)可以獨立運行，也可以并入瓦斯抽放監控系統；(5)量程比大，適于更低流速檢測；(6)可在線不斷流裝卸，維護方便；(7)隔離結構抗干擾性能優異；(8)低功耗，毫瓦級。

3.多種管道流量傳感器各參數對比(表1)

表1 多種管道流量傳感器各參數對比

四、系統功能

1.控制功能

根據不同的需要，KJ692礦井瓦斯抽放監控系統可以選擇自動、手動兩種控制模式。系統可就地和遠程對抽放泵、水泵、電動閥等進行控制，將流量、瓦斯濃度、水位、溫度等抽放泵參數送到顯示柜集中監測。當環境中瓦斯超限或設備故障時，裝置發出聲光報警信號。當環境中瓦斯濃度傳感器超過斷電點時或開關量傳感器狀態變化時，裝置自動執行斷電，或通過手動按鈕，裝置執行斷電。基于PLC控制箱(控制分站)完成對冷卻水是否斷流、軸溫、電機繞組溫度、設備運行狀態等的檢測，完成對設備啟停、冷卻水自動循環和邏輯保護控制。

煤礦對系統的控制，提供無源的控制觸點，而且對常開、常閉狀態及觸點之間是否需要互鎖可以自由選擇，完全滿足現場不同設備的控制需要。系統設置有遠程、集中控制方式。

2.管道參數監測

對井上下抽采管道內氣體的流量、溫度、壓力、甲烷濃度、一氧化碳濃度等進行連續監測，自動計算管道標況瓦斯混合量及累計量、標況瓦斯純量及累計量，并能自動記錄、查詢、打印各類數據和報表。采用流量、溫度等傳感器監測管道參數，當監測點數據超過設定報警值時，及時發出聲光警報信號。

3.環境參數監測

對瓦斯泵房和管道走廊的環境瓦斯濃度、環境溫度等采用甲烷濃度傳感器、溫度傳感器等進行連續監測，當監測點所測參數超過設定報警值時，可及時發出聲光警報信號。

4.工況參數監測

對真空泵軸溫、電機軸溫、真空泵開停狀態、閥門開閉狀態等進行連續監測。采用溫度傳感器、開停傳感器、壓力傳感器等監測抽采泵工作參數，當監測點數據超過設定報警值時及時發出聲光警報信號。

5.供水參數監測

對真空泵供水狀態、熱水池水位、水溫、冷卻水池水位、水溫等進行連續監測。采用供水傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器等監測真空泵的供水狀態。當監測點數據超過設定報警值時，及時發出聲光警報信號。

五、系統的高可靠性及擴展性

系統使用先進、成熟、實用的技術，具有可靠性高、擴展性強等特點。

1.可靠性

系統在硬件選型、線路、支撐環境及結構上都保證了穩定的高質量。系統高效穩定的運行能力，能提供全年不間斷的連續運作。能適應煤礦井下高溫、高濕、高瓦斯的環境。

2.擴展性

隨著礦井生產規模的擴大，井下瓦斯抽放管道的逐步延伸，用戶所需的監測點會隨之增加。為此，系統在設計上考慮了可擴展性，以方便用戶隨時添加監控分站及傳感器。系統所有設備符合通用標準，分站、傳感器均符合200～1000Hz、1～5mA信號制式，具有良好的開放性。軟件具備OPC過程控制通用接口，能與礦井綜合自動化平臺無縫接入，從而可以將監測數據源源不斷地上傳到工業網絡平臺，真正實現數據共享。

KJ692煤礦瓦斯抽放監控系統在全國大部分地區都有使用，效果良好，受到用戶的一致好評。