平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站自動化集控系統(tǒng)建設及應用

趙豪 張照 張曉偉 楊繼偉

摘 要：煤礦井下瓦斯抽采泵站是煤礦瓦斯抽采的關鍵部位，現(xiàn)集團公司運行的井下瓦斯抽采泵站自動化程度較低，無有效監(jiān)測和安全保護，為了保障瓦斯抽采泵站的安全運行，建立井下瓦斯抽采泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，集瓦斯抽采和瓦斯利用的監(jiān)測計量、設備控制功能于一體，針對井下瓦斯抽采的管道參數(shù)，瓦斯泵站運行的工況參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、供水參數(shù)等進行實時監(jiān)測與計量，并對瓦斯抽放泵、水泵、電動瓦斯蝶閥等設備進行自動控制和安全保護以實現(xiàn)瓦斯泵站、地面調度中心的自動化管控。

關鍵詞：瓦斯抽采;自動化集控;監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦井下瓦斯抽采泵站是煤礦瓦斯抽采的關鍵部位，現(xiàn)集團公司運行的井下瓦斯抽采泵站自動化程度較低，無有效監(jiān)測和安全保護，原來的監(jiān)測靠人工間斷巡檢，啟停控制靠人工人為控制，閥門開關困難，勞動強度大，還容易出現(xiàn)人為誤操作，設備運行重要參數(shù)缺乏傳感器監(jiān)測，以致設備運行異常時，不能及時報警，給設備運行安全造成重大隱患，影響瓦斯抽采和泵站安全。

為了保障瓦斯抽采泵站的安全運行，建立井下瓦斯抽采泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，集瓦斯抽采和瓦斯利用的監(jiān)測計量、設備控制功能于一體，針對井下瓦斯抽采的管道參數(shù)，瓦斯泵站運行的工況參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、供水參數(shù)等進行實時監(jiān)測與計量，并對瓦斯抽放泵、水泵、電動瓦斯蝶閥等設備進行自動控制和安全保護以實現(xiàn)瓦斯泵站的自動化管控。

一、瓦斯抽采泵站基本情況

平煤四礦井下三水平2#瓦斯抽采泵站位于三水平采區(qū)上部，主要對上隅角、采空區(qū)、鉆孔進行抽放，泵站現(xiàn)有4臺瓦斯抽采真空泵、2臺水泵、12個閥門和抽采管路、供水管路等設備組成;以現(xiàn)有硬件設備為基礎，采用KJ751煤礦瓦斯抽（采）管網監(jiān)控系統(tǒng)，建立井下瓦斯抽采泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，對井下瓦斯泵站抽采管道參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、工況參數(shù)、供水參數(shù)等進行實時在線監(jiān)測;當監(jiān)測點數(shù)據超過設定報警值時，及時發(fā)出聲光報警信號;對真空泵、循環(huán)水泵、電動閥門以及電動閥門控制箱等設備進行自動化控制，斷水、故障時自動停泵，實現(xiàn)瓦斯抽采泵站的自動化集中監(jiān)控。

二、自動化集控系統(tǒng)建設概況

隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的迅速發(fā)展，科研投入的不斷增大，瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)正朝著網絡化、自動化、集成化的方面發(fā)展，《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案》（煤安監(jiān)函 5號文）也要求推廣使用架構簡單系統(tǒng)、激光及多參數(shù)傳感器，本項目為響應國家及行業(yè)相關要求，擬采用管道激光瓦斯氣體綜合參數(shù)測裝置對管道瓦斯?jié)舛取⒘髁俊毫Α囟取⒁谎趸紖?shù)進行實時監(jiān)測，采用可編程控制箱（PLC）對井下瓦斯泵站瓦斯泵的啟停、閥門的自動開閉進行控制，并根據實時監(jiān)測參數(shù)對瓦斯抽采泵站進行保護型監(jiān)控。

三、自動化集控系統(tǒng)實現(xiàn)功能及應用情況

由于平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站自動化程度較低，無有效監(jiān)測和安全保護，靠人工只能做到間斷監(jiān)測，由于實際監(jiān)測參數(shù)在工況變化時實際是不斷波動的，人工間斷監(jiān)測測量數(shù)據與真實平均值存在較大偏差。因斷水造成泵損壞，電機、泵主軸、水泵運行異常時不及時發(fā)現(xiàn)進行檢修造成設備損壞，同時設備異常運行時由于不能實時監(jiān)測和報警，持續(xù)下去將會造成關鍵設備損壞直至報廢，影響瓦斯抽采和泵站安全等問題，采用KJ751煤礦瓦斯抽（采）管網監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程及抽采泵站自動化控制具體為：

（1）主要監(jiān)測內容

管道參數(shù)： 對地面瓦斯泵站瓦斯管道內氣體的流量、溫度、壓力、甲烷、一氧化碳濃度等進行連續(xù)監(jiān)測。自動計算管道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、查詢各類數(shù)據和報表;

環(huán)境參數(shù)： 對瓦斯泵房的環(huán)境瓦斯?jié)舛冗M行連續(xù)監(jiān)測。采用甲烷濃度傳感器監(jiān)測泵房境參數(shù)。當監(jiān)測點甲烷濃度超過設定預警值時，及時發(fā)出聲光報警信號，并可實現(xiàn)瓦斯閉鎖功能。

工況參數(shù)： 對真空泵軸溫、電機軸溫、減速機油溫、真空泵開停狀態(tài)等進行連續(xù)監(jiān)測。當監(jiān)測點數(shù)據超過設定報警值時，及時發(fā)出聲光報警信號;

供水參數(shù)： 對真空泵供水狀態(tài)、水池水位、水溫等進行連續(xù)監(jiān)測。采用供水傳感器、溫度傳感器、液位傳感器監(jiān)測真空泵的供水狀態(tài)。當監(jiān)測點數(shù)據超過設定報警值時，及時發(fā)出聲光報警信號。

（2）主要控制內容

系統(tǒng)需要高度集成自動、手動和檢修三種運行模式下的自動控制功能，并滿足以下控制功能：

自動模式：在自動模式下，系統(tǒng)可根據相應的操作工藝流程實現(xiàn)對抽放泵啟停實現(xiàn)自動化集中控制，即系統(tǒng)可根據工藝流程中設備啟動先后的邏輯順序自動開啟或關閉相應設備;

手動模式：在手動模式下，啟動抽放泵時系統(tǒng)具有“自動閉鎖”功能，在管道蝶閥沒有打開、水循環(huán)泵沒有啟動等情況下，自動閉鎖瓦斯抽放泵，避免設備損壞;

檢修模式：在檢修模式下，系統(tǒng)對設備實現(xiàn)“點動式”啟停，此時系統(tǒng)對整體設備保護性功能最低，只有受過專業(yè)培訓的人員才可以在該模式下進行相應操作;

泵站控制工藝可配置：用戶可以通過菜單靈活配置各種傳感器型號、數(shù)量，閥門種類、數(shù)量，制動啟動控制時序和順序，并可以保存工藝配置方案，極大方便客戶使用;

可提供無源的控制觸點，而且常開/常閉狀態(tài)，觸點之間是否需要互鎖可以自由選擇，完全滿足現(xiàn)場不同設備的控制接入需要;

系統(tǒng)具有“瓦斯自動閉鎖”的功能，當環(huán)境瓦斯超限，自動閉鎖瓦斯抽放泵、水泵等相關設備，保障瓦斯泵站運行安全;

系統(tǒng)具有缺水保護功能。若出現(xiàn)真空泵缺水、水池水位異常，能發(fā)出聲光報警并實行控制;

具有真空泵及電機故障預警功能，根據對真空泵及電機的檢測參數(shù)，使用數(shù)學模型計算進行相應的故障預警，若出現(xiàn)參數(shù)超限異常并實行控制;

具有自診斷和故障保護功能，故障時發(fā)出聲光報警信號并實行控制。

（3）主要研究方法

瓦斯抽采泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用應用管理、顯示控制、檢測與執(zhí)行三層結構。

應用管理：監(jiān)控主機負責實時監(jiān)控泵站系統(tǒng)關鍵設備的運行狀態(tài)、采集監(jiān)控數(shù)據、判斷控制條件、下發(fā)控制指令，檢測數(shù)據的管理、統(tǒng)計存儲、動態(tài)顯示工藝流程、查詢打印、網絡通訊等任務。

顯示控制：監(jiān)控分站負責采集現(xiàn)場各傳感器數(shù)據、數(shù)據計量及操作控制、故障保護、現(xiàn)場數(shù)據顯示、聲光報警、控制現(xiàn)場所有受控設備，通過儲存的程序指令以條件式地判斷精確地實現(xiàn)集中控制。

檢測與執(zhí)行：各類傳感器與執(zhí)行器負責采集監(jiān)控系統(tǒng)中的各種參數(shù)，執(zhí)行瓦斯泵（電機）的開停、電動閥的開關、冷卻泵的開停等指令。

2018年6月份在平煤四礦三水平2#瓦斯抽采泵站安裝完畢后，通過實際使用不斷調校，運轉參數(shù)監(jiān)測功能使用效果良好，實現(xiàn)瓦斯抽采泵站智能化、自動化的集中監(jiān)控;并將監(jiān)控數(shù)據上傳至調度室，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，及時掌握泵站運行情況，對于存在的隱患能夠迅速做出處理決策，避免可能發(fā)生的事故。

作者簡介：

趙豪（1987-）男，本科，河南平頂山人，2010年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，一直從事煤礦瓦斯抽采、防突工程的研究和應用.