煤礦井下瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

賈南杰

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045400）

1 概述

山西新元煤炭有限責(zé)任公司位于陽泉市壽陽縣朝陽鎮(zhèn)草溝村，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)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(gè)采區(qū)，分別為一采區(qū)、二采區(qū)、四采區(qū)；9#煤層平均厚度為3.5m，目前一采區(qū)正處于準(zhǔn)備階段。相關(guān)部門對(duì)新元礦瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果表明，新元礦為煤與瓦斯突出礦井，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為27.21m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為285.54m3/min，其中3#煤層相對(duì)瓦斯涌出量為20.01m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為209.93m3/min，9#煤層相對(duì)瓦斯涌出量為7.2m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為75.61m3/min，回采煤層具有瓦斯突出危險(xiǎn)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(qū)建立型號(hào)為2BEC40瓦斯抽放泵站，并安裝2臺(tái)水環(huán)真空泵，每臺(tái)真空泵瓦斯抽采能力為104m3/min，從而對(duì)采區(qū)煤層進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。傳統(tǒng)瓦斯抽采期間采用在抽采泵進(jìn)出口管道上分別安裝一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的方法，進(jìn)行瓦斯抽采監(jiān)測計(jì)量，但是該方法無法反映各個(gè)支管道和抽采鉆場的瓦斯抽采數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差性大，且監(jiān)測的基本為獨(dú)立數(shù)據(jù)，沒有完整的抽采效果評(píng)價(jià)及管網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)等。對(duì)此通風(fēng)部監(jiān)測監(jiān)控隊(duì)通過技術(shù)研究，提出KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)并在井下進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2 KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新元礦采用的KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、千兆以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控軟件服務(wù)器系統(tǒng)等三大部分組成。其中管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由布置在抽采管路上各測點(diǎn)的監(jiān)測設(shè)備以及現(xiàn)場分站設(shè)備組成；監(jiān)控軟件服務(wù)器系統(tǒng)主要由監(jiān)控業(yè)務(wù)管理模塊和設(shè)備部署與系統(tǒng)配置模塊等部分組成。

2.2 系統(tǒng)功能分析

KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用中主要包括三大功能：管道瓦斯監(jiān)測功能、監(jiān)控業(yè)務(wù)管理軟件功能以及監(jiān)控功能。

（1）管道瓦斯監(jiān)測功能。監(jiān)測設(shè)備主要包括型號(hào)為CGWZ-100(A)瓦斯參數(shù)測定儀和型號(hào)為GTH500一氧化碳傳感器。瓦斯參數(shù)測定儀可以將測點(diǎn)瓦斯?jié)舛取⒘髁俊囟取毫︼@示在主機(jī)上；一氧化碳傳感器主要是對(duì)抽放管路內(nèi)一氧化碳進(jìn)行監(jiān)測。

（2）監(jiān)控業(yè)務(wù)管理軟件功能。業(yè)務(wù)管理軟件主要包括設(shè)備部署與系統(tǒng)配置、在線監(jiān)控及曲線分析、業(yè)務(wù)報(bào)表分析以及歷史事件回風(fēng)等四種功能。在線監(jiān)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(duì)各監(jiān)測點(diǎn)流量、濃度、溫度、負(fù)壓等進(jìn)行監(jiān)測分析，從而便于梳理測點(diǎn)異常和測點(diǎn)設(shè)備異常發(fā)現(xiàn)；報(bào)表分析可以對(duì)井下瓦斯抽放管路各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)瓦斯流量（混合流量和純流量）、濃度、負(fù)壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并呈現(xiàn)在設(shè)定的報(bào)表上。

（3）監(jiān)控功能：KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)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(jìn)行對(duì)接安裝，可對(duì)風(fēng)速、瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛取⒇?fù)壓以及設(shè)備啟停情況進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測，并將各參數(shù)及時(shí)上傳至地面中心站，根據(jù)中心站發(fā)出指令完成報(bào)警及斷電動(dòng)作。

3 KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用及效果分析

3.1 測點(diǎn)布置

（1）目前新元礦3#煤層及9#煤層共有6個(gè)瓦斯抽放巷，通過分析研究，新元礦布置的KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在地面調(diào)度室以及井田中央變電所各布置一臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，地面安裝一個(gè)分站，同時(shí)在3#煤層、9#煤層所有采區(qū)各布置一個(gè)分站，井下共計(jì)4個(gè)分站。各分站通過光纜與兩個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行連接，從而對(duì)各管道瓦斯抽放效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖1所示。

（2）F1～F3分站布置在3#煤層，F(xiàn)4分站布置在9#煤層，其中1#、2#測點(diǎn)與F1分站連接，1#、2#測點(diǎn)分別布置在一采區(qū)3107工作面高抽巷高低壓抽放管路上；3#、4#測點(diǎn)與F2分站連接，分別布置在二采區(qū)3205高抽巷高低壓抽放管路上；5#、6#測點(diǎn)與F3分站連接，分別布置在四采區(qū)3412工作面高抽巷高低壓抽放管路上；7#、8#測點(diǎn)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(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

表1 新元礦瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分站及測點(diǎn)布置

3.2 應(yīng)用效果分析

為了對(duì)管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，新元礦V錐流量計(jì)分別對(duì)1#、3#、5#、7#四個(gè)測點(diǎn)實(shí)際瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行測定，并與管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

通過實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中主要取得了以下應(yīng)用效果：

（1）新元礦采用KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各抽放管路進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)監(jiān)測的管道瓦斯參數(shù)值基本與實(shí)測值相符，誤差率在技術(shù)指標(biāo)控制范圍內(nèi)，該系統(tǒng)可以對(duì)抽放管路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，有效提高了瓦斯抽采管理水平，為抽采效果評(píng)判提高了可靠有力的實(shí)測依據(jù)。

（2）KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與其他常用的電子式流量計(jì)相比，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，避免了傳統(tǒng)監(jiān)測儀器測量數(shù)據(jù)波動(dòng)大、漂移現(xiàn)象嚴(yán)重以及管路流速低流量無法監(jiān)測等現(xiàn)象。

（3）該系統(tǒng)監(jiān)測的瓦斯抽采參數(shù)具有關(guān)聯(lián)性，可進(jìn)行瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)以及管網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯抽采期間可能存在的安全隱患。

（4）對(duì)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(tǒng)可有效解決傳統(tǒng)人工檢測及普通儀器檢測時(shí)測量誤差大、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本費(fèi)用高等難題。

表2 KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)語

研究提出對(duì)3#煤層及9#煤層各采區(qū)瓦斯抽放管路安裝KJ370瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，表明該系統(tǒng)有效提高了瓦斯抽放參數(shù)測量準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，能夠?qū)ν咚钩榉判ЧM(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高煤礦瓦斯抽采管理水平。