探析瓦斯抽采管網監控系統的應用

蘇永兵

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西陽泉 045000）

某礦位于山西陽泉，已有多年開采歷史，是一個多井口組成的大型煤礦。現擁有地質儲量1.7億t，可采儲量為1.05億t。礦井核定生產能力300萬t，該礦井絕對瓦斯涌出量為168.52 m3/min，為高瓦斯礦井。該礦主要采用鄰近層抽放解決回采期間的瓦斯，以人工觀測的方式來觀測抽放數據，不能真實全面反應各抽放地點的抽放情況，而且人工觀測數據由于人為主觀原因造成數據觀測不準確的可能性較大[1]。瓦斯監控系統監測業務需要具備相關的管道瓦斯抽采參數監測功能和業務管理功能。管道瓦斯監測參數主要包括：管道甲烷的濃度、流量、溫度、壓力和一氧化碳，并提供純流量、混合量、累計量等相關計量業務。管網監控業務主要包括數據采集、業務分析、在線監測、事件回放、曲線分析[2]。

1 瓦斯抽采管網監控系統的優點

瓦斯抽采管網監控系統在設計上充分考慮測點、測點與測點間的業務邏輯關系，在很大程度上與基于測點的監控系統有明顯區別，具備以下優勢：

（1）在線監測與計量支、干、主管道瓦斯濃度、流量、壓力、溫度等參數，用以分別評價各個工作面、各個抽采區及整個礦井的瓦斯抽采效果，為優化抽采系統方案，提供可靠的數據依據。

（2）在線監測與計量單個監測點的參數，實時監測與分析各個參數的變化趨勢，當抽采管道存在漏、堵等異常情況時，系統提供及時的診斷與告警。

（3）在線監測與計量多個監測點的參數，實時監測與對比分析多個監測點之間的相同參數（流量、濃度）的變化趨勢，管段間存在氣體泄漏情況時，系統通過文本、圖形化等方式及時定位泄漏點，并提供及時告警[3]。

（4）通過分析不同監測點之間的關聯關系，建立業務分析模型，為設備故障、管段異常、工作面瓦斯抽采異常提供處置方案。

（5）對瓦斯抽采參數進行實時在線的文本監控、曲線監控、系統圖監控、拓撲圖監控、電子圖紙監控，為煤礦領導提供全面而直觀的井下管道瓦斯抽采場景展示。

（6）提供礦井各個監測點的管道瓦斯流量、濃度、溫度、負壓、日純流量、日混合流量、月純流量、月混合流量、年純流量、年混合流量等報表信息。

（7）選擇適合應用于本礦高塵、低流速的傳感器，并根據現場條件予以技術完善[4]。可監測流速低至1 m/s的流量傳感器，并且要阻力小、安裝標校方便。

2 CGWZ—100（A）型抽采管網監控系統應用

2.1 系統的組成

瓦斯抽采管網監控系統包括3部分：井下瓦斯抽采監控網絡系統、傳輸網絡系統、地面監控服務器系統[5]。

2.2 井下瓦斯抽采監控網絡系統

井下瓦斯抽采管網監控系統主要承擔著將各個測點的監測數據實時地傳輸到所屬的分站上，并由分站接入傳輸網絡系統進行數據上傳。部署在瓦斯抽采管道各個測點的傳感器設備，通過礦用線纜連接到所屬區域的隔爆兼本安型分站上，實現井下瓦斯抽采網絡工作狀況和環境參數的監測部署和建設。

2.3 傳輸網絡系統

傳輸網絡系統主要承載著監控中心服務器系統對井監控網絡系統的控制信息和業務信息的傳輸；通過工業以太環網系統將實時數據傳輸到地面監控系統，通過數據庫、智能指揮平臺等分析、歸類、總結出各種數據報表及其他各種功能供我們查閱、打印、分析各種實時和歷史的數據[6]。

2.4 監控中心機房服務器系統

地面服務器系統地面監控部分：機柜、客戶端、數據服務器、應用指揮平臺、備用電池等。其中機房設備主要包括數據庫服務器、UPS不間斷電源、光力智能數據匯聚平臺和網絡交換機。這些設備集成在一個機柜里，除此之外，還有一臺監控主機在檢測機房調度室用以展示、查詢和打印實時監測數據及數據報表等。

3 安裝技術要求

3.1 安裝部位管徑長度

傳感器安裝區域應無強電磁環境，如大型風機、電動機、變電器等。管道氣體流量傳感器前后應有足夠長的直管，要求如下：進氣上游側最短直管段長度大于或等于7D；出氣下游側最短直管段長度大于或等于4D。深度、流量、溫度、負壓和一氧化碳傳感器在管道上的孔應開在離抽放泵較遠的下游抽放管道上，其中D為管道內徑[7]。

3.2 安裝部位開孔尺寸

傳感器可直接安裝于傳感器焊接凸臺上。傳感器焊接凸臺上共計3個，其中流量傳感器和一氧化碳的焊接凸臺在管道上的開孔孔徑為?78 mm，綜合安裝座開孔孔徑為?78 mm。另外一個凸臺也焊接到管道上作用備用口預審。

3.3 測點安裝部位插入深度

光力流量傳感器可適用于不同管徑的抽采管道，且采用插入式安裝方式。傳感器安裝時插入深度為管道內徑大小的1/3處，現場安裝根據管道的管徑大小決定傳感器導管的接入深度。在安裝流量傳感器時，需要注意傳感器導管插入管道后，流量傳感器上的方向標與管道氣流方向保持一致。

表1 某礦井下各工作面抽放數據人工觀測和監控系統數據對比

4 應用效果

4.1 經濟效益分析

井下的瓦斯抽采管線長達數千米甚至是數十千米，抽采鉆孔泄漏或抽采支管道、主管道泄漏的問題很難避免，一旦泄漏需要及時進行漏點定位，否則會有大量的空氣被吸入抽采管道，一方面會浪費大量的電能，并且會使漏氣區域的煤層瓦斯抽采效果不達標。更嚴重是，吸入抽采管道的空氣會將局部管段內的瓦斯氣體稀釋，如果達到爆炸限（CH4濃度達到5%～16%），一旦遇到明火或靜電將會產生連環爆炸，會沿著瓦斯管網傳播，像點燃的鞭炮一樣連續爆炸，直至地面泵房，對礦井內人員、巷道、設備設施將造成無法估量的毀滅破壞。從這個角度看，經濟效益不可估量。

4.2 社會效益分析

瓦斯抽采系統監測起到非常良好的作用，對以后的管道瓦斯監測有很好的推廣價值，同時該項目對保證井下瓦斯抽放系統安全運行具有良好的效果，對提高煤炭行業安全生產能起到重要的作用，能及時發現、捕捉管網系統的泄漏點或堵塞點，提示報警，以利管理人員及時處理，對確保煤礦安全生產具有重大意義。

對該礦各個抽放地點的人工觀測數據和瓦斯抽采管網監控系統的數據進行對比，如表1所示，管道內甲烷的濃度、流量、抽放壓力、抽放流量、混合量、純量的對比，誤差率不超過10%，可以使用瓦斯抽采管網監控系統進行瓦斯抽放數據觀測，同時減少井下用工量，提高煤礦抽采觀測水平。

通過對不同測點的測量和數據對比分析，KJ370瓦斯抽采監測系統顯示數據與“標準機”和“光干涉瓦斯鑒定器”所測數據比較接近，誤差在允許范圍內，符合國家的相關計量標準。說明該項目采用監測傳感器在含塵、含水環境條件下，可以準確測量管道流量和瓦斯濃度，達到了預期效果。

5 結語

通過建立井下瓦斯抽采管網監控系統，基于先進的抽采管道瓦斯傳感監測技術，可實時在線監測井下各主管道、干管道、支管道、獨立區域管道監測點瓦斯的濃度、流量、溫度、壓力以及一氧化碳等綜合參數。監控系統集成了強大業務分析功能，為分析各個監測管道參數的變化趨勢及管段間異常提供翔實的數據依據[8]。

監控系統不僅提供各個支管道、主干管道瓦斯抽采的計量，還提供各個瓦斯抽采區域的瓦斯抽采效果評價分析功能，從而為優化瓦斯抽采方案，滿足瓦斯抽采達標分析評價要求，提供堅實的、可信的數據支撐，進而為指導煤礦安全生產發揮重要作用。