煤矿井下瓦斯抽采管网监控系统应用分析

贾南杰

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045400）

1 概述

山西新元煤炭有限责任公司位于阳泉市寿阳县朝阳镇草沟村，矿井设计生产能力为5.0Mt/a，矿井回采煤层为3#和9#石炭系煤层。其中3#煤层平均厚度为2.7m，分三个采区，分别为一采区、二采区、四采区；9#煤层平均厚度为3.5m，目前一采区正处于准备阶段。相关部门对新元矿瓦斯等级鉴定结果表明，新元矿为煤与瓦斯突出矿井，矿井相对瓦斯涌出量为27.21m3/t，绝对瓦斯涌出量为285.54m3/min，其中3#煤层相对瓦斯涌出量为20.01m3/t，绝对瓦斯涌出量为209.93m3/min，9#煤层相对瓦斯涌出量为7.2m3/t，绝对瓦斯涌出量为75.61m3/min，回采煤层具有瓦斯突出危险性。

为了降低回采煤层瓦斯涌出量，保证采掘工作面安全回采，新元矿在各采区建立型号为2BEC40瓦斯抽放泵站，并安装2台水环真空泵，每台真空泵瓦斯抽采能力为104m3/min，从而对采区煤层进行瓦斯预抽。传统瓦斯抽采期间采用在抽采泵进出口管道上分别安装一个监测点的方法，进行瓦斯抽采监测计量，但是该方法无法反映各个支管道和抽采钻场的瓦斯抽采数据，监测数据误差性大，且监测的基本为独立数据，没有完整的抽采效果评价及管网运行效率评价等。对此通风部监测监控队通过技术研究，提出KJ370瓦斯抽采管网监控系统并在井下进行实际应用。

2 KJ370瓦斯抽采管网监控系统结构

2.1 系统结构

新元矿采用的KJ370瓦斯抽采管网监控系统主要由管网监控系统、千兆以太网传输系统、监控软件服务器系统等三大部分组成。其中管网监控系统主要由布置在抽采管路上各测点的监测设备以及现场分站设备组成；监控软件服务器系统主要由监控业务管理模块和设备部署与系统配置模块等部分组成。

2.2 系统功能分析

KJ370瓦斯抽采管网监控系统在应用中主要包括三大功能：管道瓦斯监测功能、监控业务管理软件功能以及监控功能。

（1）管道瓦斯监测功能。监测设备主要包括型号为CGWZ-100(A)瓦斯参数测定仪和型号为GTH500一氧化碳传感器。瓦斯参数测定仪可以将测点瓦斯浓度、流量、温度、压力显示在主机上；一氧化碳传感器主要是对抽放管路内一氧化碳进行监测。

（2）监控业务管理软件功能。业务管理软件主要包括设备部署与系统配置、在线监控及曲线分析、业务报表分析以及历史事件回风等四种功能。在线监控可通过地面分站直观地展示井下各管道瓦斯抽采情况；曲线分析可以对各监测点流量、浓度、温度、负压等进行监测分析，从而便于梳理测点异常和测点设备异常发现；报表分析可以对井下瓦斯抽放管路各个监测点瓦斯流量（混合流量和纯流量）、浓度、负压、温度等参数进行统计并呈现在设定的报表上。

（3）监控功能：KJ370瓦斯抽采管网监控系统中监控分站主要采用的是KJ370F隔爆本安型分站，该分站主要与甲烷传感器、压力传感器以及流量传感器进行对接安装，可对风速、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、负压以及设备启停情况进行持续稳定监测，并将各参数及时上传至地面中心站，根据中心站发出指令完成报警及断电动作。

3 KJ370瓦斯抽采管网监控系统应用及效果分析

3.1 测点布置

（1）目前新元矿3#煤层及9#煤层共有6个瓦斯抽放巷，通过分析研究，新元矿布置的KJ370瓦斯抽采管网监控系统在地面调度室以及井田中央变电所各布置一台环网交换机，地面安装一个分站，同时在3#煤层、9#煤层所有采区各布置一个分站，井下共计4个分站。各分站通过光缆与两个测点进行连接，从而对各管道瓦斯抽放效果进行评价，如图1所示。

（2）F1～F3分站布置在3#煤层，F4分站布置在9#煤层，其中1#、2#测点与F1分站连接，1#、2#测点分别布置在一采区3107工作面高抽巷高低压抽放管路上；3#、4#测点与F2分站连接，分别布置在二采区3205高抽巷高低压抽放管路上；5#、6#测点与F3分站连接，分别布置在四采区3412工作面高抽巷高低压抽放管路上；7#、8#测点与F4分站连接，分别布置在9101工作面高抽巷高低压抽放管路上，如表1所示。

图1 新元矿KJ370瓦斯抽采管网监控系统拓扑图

表1 新元矿瓦斯抽采管网监控系统分站及测点布置

3.2 应用效果分析

为了对管网监控系统在实际应用中监测数据准确性进行分析，新元矿V锥流量计分别对1#、3#、5#、7#四个测点实际瓦斯基本参数进行测定，并与管网监控系统实测数据进行对比，对比结果如表2所示。

通过实测数据对比发现，KJ370瓦斯抽采管网监控系统在实际应用中主要取得了以下应用效果：

（1）新元矿采用KJ370瓦斯抽采管网监控系统对各抽放管路进行监测，监测数据与实测数据对比结果发现，该系统监测的管道瓦斯参数值基本与实测值相符，误差率在技术指标控制范围内，该系统可以对抽放管路进行实时监测，测量数据稳定可靠，有效提高了瓦斯抽采管理水平，为抽采效果评判提高了可靠有力的实测依据。

（2）KJ370瓦斯抽采管网监控系统与其他常用的电子式流量计相比，监测数据稳定可靠，避免了传统监测仪器测量数据波动大、漂移现象严重以及管路流速低流量无法监测等现象。

（3）该系统监测的瓦斯抽采参数具有关联性，可进行瓦斯抽采效果评价以及管网运行效率评价，能够及时发现瓦斯抽采期间可能存在的安全隐患。

（4）对于井田面积大、瓦斯抽放管路分支多的高瓦斯矿井，采用该系统可有效解决传统人工检测及普通仪器检测时测量误差大、效率低、劳动强度大、成本费用高等难题。

表2 KJ370瓦斯抽采管网监控系统监测数据与实测数据对比

4 结语

研究提出对3#煤层及9#煤层各采区瓦斯抽放管路安装KJ370瓦斯抽采管网监控系统，并对应用效果进行了分析，表明该系统有效提高了瓦斯抽放参数测量准确性，实现了实时在线监测，能够对瓦斯抽放效果进行评价，进一步提高煤矿瓦斯抽采管理水平。