洗选厂瓦斯监测监控系统的应用与研究

王冰涛

(晋城煤业集团 成庄矿，山西 晋城 048021)

洗选厂瓦斯监测监控系统的应用与研究

王冰涛

(晋城煤业集团 成庄矿，山西 晋城 048021)

针对矿井安全生产中瓦斯监测监控的重要性，介绍了成庄矿洗选厂瓦斯监测监控系统的组成和维护工作，并根据不同区域、不同瓦斯浓度对瓦斯易集聚区域设备进行了优化控制改造，组建了一套安全监测监控系统。通过改造成庄矿洗选厂实现了瓦斯系统实时监控，取得了明显的经济和社会效益。瓦斯监测监控系统的成功应用对企业安全生产，防范瓦斯、火灾等事故，提高洗选厂管理水平具有重大意义。

洗选厂；瓦斯监测；瓦斯监控；维护

成庄矿是一座设计处理能力为4 Mt/a的特大型现代化矿井。经过改造扩建，目前原煤处理能力为8.3Mt/a，并建有配套的洗选厂。矿井瓦斯事故是煤矿安全生产中最严重的危害之一，从每年的事故统计中来看，煤矿发生特大事故绝大多数是由于瓦斯爆炸引发的，占特大事故的70%左右[1]。因此在煤矿生产过程中，如果对瓦斯认识不足、控制不当或管理不到位，很可能造成灾难性事故。洗煤厂精煤仓瓦斯燃烧(爆炸)已有先例，通化矿务局八道江煤矿洗煤厂1990年冬因煤仓积尘需清理，在接入白炽灯照明线路送电瞬间发生瓦斯爆炸[2]。晋煤集团寺河矿煤场、煤仓在2002年4月、8月相续发生了瓦斯燃烧事故[3]。相关数据和案例统计表明原煤进入洗煤厂后，还将不断释放吸附状态的瓦斯[4]。煤矿瓦斯监测监控系统是防止煤矿瓦斯事故的重要科技手段之一，它在预防瓦斯事故中起到了积极作用，提高了安全监管的技术水平[5]。洗选加工环节瓦斯易集聚，为防止瓦斯超限引发瓦斯事故，根据相关要求成庄矿洗煤厂在煤仓上、下口安装了瓦斯监测监控系统，并对瓦斯监测监控系统进行了研究和优化改造，为洗选厂的安全生产提供保障。

1 瓦斯监控系统组成

成庄矿洗选厂瓦斯监测监控系统是加拿大康斯培克控制有限公司研制的森透里昂800型系统，由集控室设备、数据通讯设备、监控设备传感器及报警断电设备构成。集控室设备可实现系统的控制功能，将监控设备及传感器采集到的各类数据进行处理、显示，又对监控系统发出控制指令；数据通讯设备是沟通集控室设备与监控设备及传感器的桥梁，可实现数据的远距离传送；监控设备接收集控室设备的控制指令，并完成各种控制功能，也可采集现场开关量、模拟量数据，并发送到集控室设备；传感器主要用于采集现场的各类物理量，并将其变成电信号发送到集控室设备。

1.1 集控室设备

集控室设备主要由监控主机、备用机、服务机、打印机、干线驱动器、主备热切换器、UPS电源、避雷器、计算机软件和远程终端等部分组成。

1.1.1 主机、备用机

主机、备用机主要功能是采集现场实时数据、显示通讯状态、判断报警、显示报警汇总表、打印报警数据等，同时也将采集到的数据传送至服务器。当主机故障时，通过主备热切换器将备用机自动接入系统使用(也可手动切换)，以确保监控系统的可靠性。

本系统主机、备用机采用工业控制计算机，除标准配置外，另配有2块功能卡，一个是BLUEHEAT卡(具有8个串口输出的多用户卡)，主要用于向干线发出咨询信号，接收由干线发出的应答信号，完成数据的采集及控制命令的传递；另一个是网卡，通过它将中心站的计算联网。

1.1.2 服务机

服务机接收来自主机的数据，并以动态图的形式及动态数据的方式进行显示，同时将文件存储到硬盘中。

1.1.3 主备热切换器

主备热切换器可以实现监控主机和备用机之间的自动及手动切换。当调至自动切换档时，主机出现故障时，主备热切换器可以在2分钟内自动切换到备用机工作，以保证安全检测系统的正常运行；打开主备热切换器的复位按钮，系统则切换回主机工作。当调至手动切换档时，可以人为进行主机和备用机之间的操作切换。

1.1.4 干线驱动器

干线驱动器将主备机8通道多用户卡串行口发出的RS-232信号转换为适合远距离传输的基带信号，以实现运距离通讯。

1.2 数据通讯设备

系统数据通讯设备由干线扩展器、本案接线盒、干线电缆和备用电源箱等部分组成。

计算机与P5020B干线驱动器的连接参数如下：

(1)传输方式：串口RS232。

(2)信号传输波特率：4 800 bps。

(3)传输信号参数：峰值电压6 V～12 V；峰值电流≤40 mA。

(4)最大传输距离：5 m。

P5000干线扩展器与P5000干线扩展器、传感器、监控器的连接参数如下：

(1)传输方式：主从式。

(2) 信号传输波特率：4 800 bps。

(3)传输信号参数：峰值电压6 V～12 V；峰值电流≤170 mA。

(4)最大传输距离：2 km。

1.2.1 干线扩展器

扩展器由各单元电路组成，其各单元相互关系和原理如图1所示。扩展器接收干线驱动器发出的信号，并将信号放大后向本级扩展器的传感器或下一级扩展器传输，同时接收由传感器或下一级扩展器返回的信号并将信号整形放大传输给干线驱动器[6]。

图1 干线传输电气原理方框图

1.2.2 备用电源箱

备用电源与P5000干线扩展器内非本安直流稳压电源板P1168B并联。当P5000干线扩展器由电网供电时，P1168B直流电源给蓄电池充电；停电时，备用电池将作为备用电源向P5000供电，以保持P5000扩展器的正常工作。当备用电池电压下降至19 V～22 V 时，P5000干线扩展器内P1168B直流稳压电源板切断蓄电池，继续放电。备用电源电气原理图如图2所示。

图2 备用电源电气原理方框图

1.3 系统报警和断电

瓦斯监测监控系统实现了就地、远程报警及断电功能，并可以根据洗选厂实际情况进行选择。

1.3.1 就地报警、断电

甲烷传感器本身带有声光报警器和断电信号输出功能，当甲烷浓度超过一定限额时，自动实现声光报警、断电。

1.3.2 远程报警和断电

系统通过集控室设备可以进行远距离报警，当干线上的监控器或传感器检测的数据达到报警或断电值时，在集控室发出报警信号，并通过本安干线驱动器发出断电指令，以实现相应断电器的断电(需要时序进行控制)。

2 瓦斯监测设备的维护

瓦斯监测监控系统应用过程中，时常出现不通讯、传感器显示最大值、死机、误报等现象。现将故障现象、事故原因以及采取措施汇总如下：

2.1 案例1

故障现象：2011年4月外运车间监测监控设备出现间断性的不通讯、误报问题，瓦斯传感器显示值突变，同时有部分传感器显示最大值后，出现死机、无法恢复正常的故障。

故障原因及分析：当发生故障后，首先检查了电源系统，电源显示正常；经过排查、分析，发现当544、542胶带机运行时，瓦斯监测监控设备出现不稳定的状况，其余时间运行稳定；检查设备布置情况时，发现干线扩展器距离配电室只有5 m左右，并且配电室有两台544、542胶带机电机驱动变频器，因此分析故障原因可能是在变频器运行时产生的电磁辐射影响了干线扩展器通讯板，从而发生通讯和显示异常的现象。

采取措施：将干线扩展器移到相距50米以外的1#圆筒仓下，远离配电室；将缆线桥架内的监测线与动力电缆分开布置；监测监控设备使用专门接地，并做到阻值低于2 Ω。

2.2 案例2

故障现象：2011年5月块仓上口位置传感器时常出现不通讯的问题，将干线扩展器通讯板断开电源，再恢复电源，通讯恢复正常，有时隔5秒钟左右自动恢复正常。

故障原因及分析：块仓上口瓦斯监测监控设备供电电源与501胶带机电机驱动变频器供电电源使用同一段母线，变频器运行时，造成电网谐波增大，影响到监测监控设备供电电源的稳定。

采取措施：在监测监控设备供电电源上增加净化电源，以提高供电质量；净化电源稳定度高，效率也较高，输出电压波形失真度较小，可靠性高，且具有隔离干扰的功能。

2.3 案例3

故障现象：干线扩展器周期性出现不通讯，每隔4个月出现一次故障。

故障原因及分析：长时间通电运行，监测监控部分零部件可能出现散热不良，灰尘集聚的问题，从而造成部分元件短路，性能下降。

采取措施：每季度干线扩展器彻底断电30分钟；每季度对干线扩展器检修一次。

3 现场设备控制

煤炭企业附属洗(选)煤厂瓦斯管理规定煤仓上部侧面应留设通风口，实现煤仓内自然通风，通风口数量和大小根据煤仓直径和瓦斯释放量确定，同时在煤仓上部安设抽风机，以便在自然通风治理瓦斯困难时，开启风机处理仓内瓦斯[7]。AQ1029-2007管理规范也要求井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设有甲烷传感器[8]。山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司企业标准Q/JM J 1.0044—2013《甲烷传感器设置规范》要求洗煤厂煤仓甲烷传感器设置地点、报警值、断电值、断电范围应符合表1的规定[9]。根据相关文件要求成庄矿洗煤厂在煤仓上口开设了通风口进行自然通风，全厂煤仓上下口共安装5.5 kW抽风机35台，瓦斯探头32个。由现场测量的瓦斯数据可知，不同煤种瓦斯的释放量不同，不同地点瓦斯聚集情况不同，因此对瓦斯易聚集区域的设备进行优化控制改造，既保障了生产安全、防范了瓦斯事故，又实现了效益最大化。

表1 洗煤厂、煤仓甲烷传感器设置情况表

3.1 煤仓下口设备控制

煤仓下口瓦斯在给煤机运行过程中释放出来，除一部分被抽风机抽出仓外，另一部分随煤流释放在煤仓下口[10]。瓦斯控制点设置为：当瓦斯浓度CH4≥0.8%时，系统报警；当瓦斯浓度CH4≥1.5%时，系统断电。煤仓下口设备示意图如图3。

图3 煤仓下口设备示意图

结合现场应用数据可知，当给煤机运行给煤过程时，出现瓦斯释放现象，经过对监测监控主机瓦斯传感器时序进行改编，设定为当瓦斯浓度CH4≥0.6%时，触发时序，输出控制点，停止给煤机给煤，遏止瓦斯释放，从而有效控制瓦斯释放，避免瓦斯报警、断电现象的发生。

3.2 块仓上口设备控制

块仓上口设备运行方式如图4(a)所示，从图中可以看出，共计16个块仓，利用10台5.5 kW抽风机不间断运行，排出块仓内的瓦斯，瓦斯控制点设置为：当瓦斯浓度CH4≥0.8%时，系统报警；当瓦斯浓度CH4≥1.5%时，系统断电。

结合多年的瓦斯数据可知，块仓瓦斯浓度一般CH4<0.1%，近3年内没有发生瓦斯检测监控系统报警、断电的现象(除瓦斯传感器故障误报3次)，经过现场试验和改造，改造后的设备示意图

图4 块仓上口设备示意图

如图图4(b)所示，从图中可以看出，风机撤为1台，并对监测监控主机瓦斯传感器时序进行改编，改编后瓦斯控制点设置：当瓦斯浓度CH4≥0.6%时，触发时序，输出控制点，自动开启抽风机，排放煤仓内瓦斯；当瓦斯浓度CH4<0.6%时，风机延时10分钟后自动停止运行。经过优化改造，瓦斯浓度得到了有效的控制，同时减少了设备数量，取得了良好的经济效益。

3.3 末仓上口设备控制

末仓上口设备运行方式如图5所示，每个末仓配有2台5.5 kW的抽风机，一台不间断运行，一台备用，瓦斯控制点设置为：瓦斯浓度CH4≥0.8%，系统报警，瓦斯浓度CH4≥1.5%，系统断电。

图5 末仓上口设备示意图

结合多年瓦斯数据可知，近3年内末仓瓦斯浓度超过报警值，发生瓦斯超限报警8次，断电2次，2010年7月进行了3天停风试验，将两台风机停止运行，并记录数据，从数据分析可知，累计40次出现瓦斯浓度超过0.8%的现象，最大值为0.901%，因此有必要对监测监控主机瓦斯传感器时序进行改编，改编后瓦斯控制点设置为：当瓦斯浓度CH4≥0.6%时，触发时序，输出控制点，自动开启备用风机，两台抽风机同时运行，排放煤仓内瓦斯；当瓦斯浓度CH4<0.6%时，备用风机延时10 min后自动停止运行。通过改造后，瓦斯浓度得到了有效控制，避免了瓦斯报警和断电现象的发生。

4 经济效益

成庄矿洗选厂块仓改造后，系统运行良好，每年可节约电费、创造效益约365(天)×24(小时)×8(台)×5.5(kW)×1(元)=38.544万元，成庄矿洗选厂瓦斯监测监控系统改造的成功，减少了风机维护费用、人工检修费用、瓦斯断电处罚费用、瓦斯恶性事故处理费用等，减少煤尘排放，净化了环境，解决了洗选厂安全生产的现实问题。

5 结语

成庄矿洗选厂通过对日常数据监测，从实际出发，不断优化监测监测系统，减少了瓦斯强制排放抽风机数量，并建立了一套自动控制生产设备和瓦斯排放的监测监控系统。该系统的成功改造，将瓦斯报警值、断电值降低到了企业规定值以下，提高了安全生产保障，不仅为企业创造巨大的经济效益，也是国家安全生产管理的需要，对瓦斯有效管理的研究具有很重要的意义。由于煤炭生产企业地理环境都不尽相同，各企业应根据实际情况不断研究，采取相应的方法措施，实现瓦斯的有效控制。

[1] 李鹤鹏，贾进章.安全系统工程在煤矿中的应用与研究[J].煤炭技术，2009，28(1)：4-6.

[2] 冯 杰，刘杰修，陈 杰，等. 洗煤厂精煤仓瓦斯燃烧浅析[J].煤矿安全，2006(3)：52-53.

[3] 晋城煤业集团.事故案例选编[M].2009(9)：2-1.

[4] 王国华. 原煤仓瓦斯治理技术研究[J].工程技术，2013，56(13):56-60.

[5] 王立廷，白小宗. 瓦斯监测监控系统在安全生产中的应用[J].科技，2011(5)：4-8.

[6] 森透里昂800型安全生产监控系统使用说明书[Z].

[7] 煤炭企业附属洗(选)煤厂瓦斯管理规定[S].

[8] 孙继平.AQ 1029-2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》修订意见[J].工矿自动化，2016(3)：6-12.

[9] Q/JM J 1.0044-2013甲烷传感器设置规范[S].

[10] 张春平.浅谈高瓦斯矿井选煤厂煤仓瓦斯治理新途径[J].科技情报开发与经济，2011，21(1)：226-228.

Application and study of the gas monitoring and control system in coal preparation plant

WANG Bing-tao

(Chengzhuang Coal Mine of Jincheng Coal Group, Jincheng, Shanxi 048021, China)

Following an elaboration on the importance of gas monitoring and control for safety operation in coal mine, the paper presents an introduction to the make-up of the gas monitoring and control system developed for use in Chengzhuang Mine Coal Preparation Plant aw well as the maintenance work involved. After the renovation directed toward the optimum control of the equipment operating in different zones where gas varies in concentration or is prone to accumulate, a gas monitoring and troll system is developed. The realization of real-time monitoring and control of gas in the plant has yield noticeable economic and social benefit for the plant. The successful application of the system is of vital importance for plant safety operation, prevention and control of gas and fire hazards and enhancement of level of management in coal preparation plant.

coal preparation plant; gas monitoring; gas control; maintenance

1001-3571(2016)06-0081-05

TD712

A

2016-10-05

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.021

王冰涛(1977—)，男，山西省晋城市人，工程师，主要从事机电管理工作。

E-mail：15635678695@163.com Tel：15635678695

王冰涛. 洗选厂瓦斯监测监控系统系统的应用与研究[J]. 选煤技术，2016(6)：81-85.