平煤四矿三水平2#瓦斯抽采泵站自动化集控系统建设及应用

赵豪 张照 张晓伟 杨继伟

摘 要：煤矿井下瓦斯抽采泵站是煤矿瓦斯抽采的关键部位，现集团公司运行的井下瓦斯抽采泵站自动化程度较低，无有效监测和安全保护，为了保障瓦斯抽采泵站的安全运行，建立井下瓦斯抽采泵站自动化监控系统，集瓦斯抽采和瓦斯利用的监测计量、设备控制功能于一体，针对井下瓦斯抽采的管道参数，瓦斯泵站运行的工况参数、环境参数、供水参数等进行实时监测与计量，并对瓦斯抽放泵、水泵、电动瓦斯蝶阀等设备进行自动控制和安全保护以实现瓦斯泵站、地面调度中心的自动化管控。

关键词：瓦斯抽采;自动化集控;监控系统

煤矿井下瓦斯抽采泵站是煤矿瓦斯抽采的关键部位，现集团公司运行的井下瓦斯抽采泵站自动化程度较低，无有效监测和安全保护，原来的监测靠人工间断巡检，启停控制靠人工人为控制，阀门开关困难，劳动强度大，还容易出现人为误操作，设备运行重要参数缺乏传感器监测，以致设备运行异常时，不能及时报警，给设备运行安全造成重大隐患，影响瓦斯抽采和泵站安全。

为了保障瓦斯抽采泵站的安全运行，建立井下瓦斯抽采泵站自动化监控系统，集瓦斯抽采和瓦斯利用的监测计量、设备控制功能于一体，针对井下瓦斯抽采的管道参数，瓦斯泵站运行的工况参数、环境参数、供水参数等进行实时监测与计量，并对瓦斯抽放泵、水泵、电动瓦斯蝶阀等设备进行自动控制和安全保护以实现瓦斯泵站的自动化管控。

一、瓦斯抽采泵站基本情况

平煤四矿井下三水平2#瓦斯抽采泵站位于三水平采区上部，主要对上隅角、采空区、钻孔进行抽放，泵站现有4台瓦斯抽采真空泵、2台水泵、12个阀门和抽采管路、供水管路等设备组成;以现有硬件设备为基础，采用KJ751煤矿瓦斯抽（采）管网监控系统，建立井下瓦斯抽采泵站自动化监控系统，对井下瓦斯泵站抽采管道参数、环境参数、工况参数、供水参数等进行实时在线监测;当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光报警信号;对真空泵、循环水泵、电动阀门以及电动阀门控制箱等设备进行自动化控制，断水、故障时自动停泵，实现瓦斯抽采泵站的自动化集中监控。

二、自动化集控系统建设概况

随着计算机技术、通信技术和网络技术的迅速发展，科研投入的不断增大，瓦斯抽采监控系统正朝着网络化、自动化、集成化的方面发展，《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函 5号文）也要求推广使用架构简单系统、激光及多参数传感器，本项目为响应国家及行业相关要求，拟采用管道激光瓦斯气体综合参数测装置对管道瓦斯浓度、流量、压力、温度、一氧化碳参数进行实时监测，采用可编程控制箱（PLC）对井下瓦斯泵站瓦斯泵的启停、阀门的自动开闭进行控制，并根据实时监测参数对瓦斯抽采泵站进行保护型监控。

三、自动化集控系统实现功能及应用情况

由于平煤四矿三水平2#瓦斯抽采泵站自动化程度较低，无有效监测和安全保护，靠人工只能做到间断监测，由于实际监测参数在工况变化时实际是不断波动的，人工间断监测测量数据与真实平均值存在较大偏差。因断水造成泵损坏，电机、泵主轴、水泵运行异常时不及时发现进行检修造成设备损坏，同时设备异常运行时由于不能实时监测和报警，持续下去将会造成关键设备损坏直至报废，影响瓦斯抽采和泵站安全等问题，采用KJ751煤矿瓦斯抽（采）管网监控系统，实现远程及抽采泵站自动化控制具体为：

（1）主要监测内容

管道参数： 对地面瓦斯泵站瓦斯管道内气体的流量、温度、压力、甲烷、一氧化碳浓度等进行连续监测。自动计算管道瓦斯混合量及累计量、标况瓦斯纯量及累计量，并能自动记录、查询各类数据和报表;

环境参数： 对瓦斯泵房的环境瓦斯浓度进行连续监测。采用甲烷浓度传感器监测泵房境参数。当监测点甲烷浓度超过设定预警值时，及时发出声光报警信号，并可实现瓦斯闭锁功能。

工况参数： 对真空泵轴温、电机轴温、减速机油温、真空泵开停状态等进行连续监测。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光报警信号;

供水参数： 对真空泵供水状态、水池水位、水温等进行连续监测。采用供水传感器、温度传感器、液位传感器监测真空泵的供水状态。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光报警信号。

（2）主要控制内容

系统需要高度集成自动、手动和检修三種运行模式下的自动控制功能，并满足以下控制功能：

自动模式：在自动模式下，系统可根据相应的操作工艺流程实现对抽放泵启停实现自动化集中控制，即系统可根据工艺流程中设备启动先后的逻辑顺序自动开启或关闭相应设备;

手动模式：在手动模式下，启动抽放泵时系统具有“自动闭锁”功能，在管道蝶阀没有打开、水循环泵没有启动等情况下，自动闭锁瓦斯抽放泵，避免设备损坏;

检修模式：在检修模式下，系统对设备实现“点动式”启停，此时系统对整体设备保护性功能最低，只有受过专业培训的人员才可以在该模式下进行相应操作;

泵站控制工艺可配置：用户可以通过菜单灵活配置各种传感器型号、数量，阀门种类、数量，制动启动控制时序和顺序，并可以保存工艺配置方案，极大方便客户使用;

可提供无源的控制触点，而且常开/常闭状态，触点之间是否需要互锁可以自由选择，完全满足现场不同设备的控制接入需要;

系统具有“瓦斯自动闭锁”的功能，当环境瓦斯超限，自动闭锁瓦斯抽放泵、水泵等相关设备，保障瓦斯泵站运行安全;

系统具有缺水保护功能。若出现真空泵缺水、水池水位异常，能发出声光报警并实行控制;

具有真空泵及电机故障预警功能，根据对真空泵及电机的检测参数，使用数学模型计算进行相应的故障预警，若出现参数超限异常并实行控制;

具有自诊断和故障保护功能，故障时发出声光报警信号并实行控制。

（3）主要研究方法

瓦斯抽采泵站自动化监控系统采用应用管理、显示控制、检测与执行三层结构。

应用管理：监控主机负责实时监控泵站系统关键设备的运行状态、采集监控数据、判断控制条件、下发控制指令，检测数据的管理、统计存储、动态显示工艺流程、查询打印、网络通讯等任务。

显示控制：监控分站负责采集现场各传感器数据、数据计量及操作控制、故障保护、现场数据显示、声光报警、控制现场所有受控设备，通过储存的程序指令以条件式地判断精确地实现集中控制。

检测与执行：各类传感器与执行器负责采集监控系统中的各种参数，执行瓦斯泵（电机）的开停、电动阀的开关、冷却泵的开停等指令。

2018年6月份在平煤四矿三水平2#瓦斯抽采泵站安装完毕后，通过实际使用不断调校，运转参数监测功能使用效果良好，实现瓦斯抽采泵站智能化、自动化的集中监控;并将监控数据上传至调度室，实现远程监控，及时掌握泵站运行情况，对于存在的隐患能够迅速做出处理决策，避免可能发生的事故。

作者简介：

赵豪（1987-）男，本科，河南平顶山人，2010年毕业于中国矿业大学，一直从事煤矿瓦斯抽采、防突工程的研究和应用.