矿井地面井瓦斯抽采单独计量监测系统的研究应用

冯书猛

淮北矿业(集团)有限责任公司临涣煤矿 安徽 淮北 235000

引言

随着煤炭工业的迅速发展,煤炭产量大幅度提高,新井投产,老井延深,采掘机械化水平提高,因而矿井瓦斯涌出量也随之增加。因此,进行瓦斯抽采,变害为利,变废为宝,已势在必行。矿井地面井抽采瓦斯是在不影响工作面回采的情况下进行的,是瓦斯抽采方法的一种新途径,为矿井井下通风与抽采减轻了负担,消除了安全生产隐患,同时也提高了矿井生产能力。因此开展对矿井地面井瓦斯抽采单独计量监测系统的研究是非常有必要。

1 风光互补自供电系统

自供电技术是一种新型供电技术,它是将周围环境中的各种能量转化成电能,从而驱动低功耗电子设备运作。利用自供电技术,能够有效实现零电能消耗,节约安装和使用成本,保护环境。太阳能和风能是目前我们主要的开发和利用的资源。

地面瓦斯抽采监测系统处于比较偏远的地区,具有利用太阳能和风能的有利条件。风光蓄电互补供电装置整体结构成熟,应用范围广,比如地处偏远山区的隧道供电和通讯基站等,还有在大功率的发电系统和小功率的LED照明领域成熟应用。风光互补控制器是自供电调节的控制核心,利用MPPT技术高效率地转化风力发电机和太阳能电池所发出的电能,还提供了强大的控制功能,比如太阳能电池防反冲和防反接,蓄电池过充电保护、过放电保护、接反保护和开路保护,还有风机自动刹车等多种功能。

2 无线传输系统

随着网络技术和无线技术的迅猛发展,各种网络技术、网络产品应运而生,无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。目前远距离无线传输技术有GPRS、LoRa扩频、数传电台、网桥、卫星通信和短波通信技术等,GPRS无线传输技术应用成熟、广泛,适用于煤矿瓦斯抽采监测点数据的远程传输。

无线传输装置采用蓝色双通道输入双通道输出外壳,其中核心板采用了无线收发SIM800C 模块。SIM800C 模块是一个完整的四频段GSM/GPRS模块,紧凑设计,集成GPRS 和蓝牙3.0。可以低功耗实现语音、DTMF、TTS、短信、GPRS数据的传输。SIM800C板在外围硬件的设计上参考了SIM800模块的硬件设计指南,对板子的电源、保护和抗干扰上做了更多设计。电源采用DCDC电源模块供电,电源稳定、效率高。后极磁珠滤波纹波小,支持USB 直接供电,同时带电源使能引脚,可以控制模块电源。SIM 卡采用目前主流的MICRO卡座,质量更坚固,也不用因为小卡而烦恼,同时添加ESD静电保护电路。模块支持3.3V 和5VTTL串口,支持5V－18V的宽工作范围,使得模块可以非常方便与其他产品进行连接,从而提供包括语音通话、短信、GPRS数据传输和蓝牙等功能。无线传输装置输入端口包括蓄电池电压和RS232串口信号,输出端口包括电源、无线串口信号、电源串口信号和无线控制信号。

系统整体基于双立柱,双立柱顶端平台用于支承野外自供电系统及抽采计量装置,双立柱侧面平台用于布置露天分布式多点数据传输系统,同时可供维护人员对抽采计量装置进行维护。

3 矿井地面井瓦斯抽采单独计量监测系统的应用

临涣煤矿9113工作面回采期间瓦斯涌出量20m3/min～30m3/min,瓦斯涌出量大,依靠老塘埋管、高位钻孔及上向拦截钻孔难以解决邻近层大量泄压瓦斯,保障不了该工作面安全高效回采。为此在距切眼40m 位置处起,设计地面瓦斯抽采井4口,工程量1892m;同时采用老塘埋管、高位钻孔、上向拦截钻孔措施进行瓦斯抽采。矿井东翼建有地面永久抽采系统,具备地面抽采条件。地面钻井穿透被保护层7煤进入保护层9煤底板,在保护层开采期间,地面钻井对被保护层7煤卸压区域瓦斯进行高负压抽采。

地面钻井设计：根据工作面走向及抽采半径,共设计4口地面井,钻井开孔直径311mm,终孔直径129mm,四口地面井工程量1892m。

地面钻井布置：工作面走向方向地面井间距主要根据抽采半径确定,两淮地区地面采动井抽采半径一般为200m,设计时地面钻井的抽采半径取150m。沿工作面走向第一口钻井距9113 工作面切眼40m,距工作面风巷50m。

9113工作面地面井距离安全监控中心站将近10公里,采用传统有线传输方式需布置较长的监测线缆,并且受地面流动人员的影响,后期的维护工作量也会很大;瓦斯抽采系统所处自然环境复杂,抽放管道及仪器设备暴露于野外,夏天高温及雷暴天气和冬天干燥低温环境,对瓦斯抽采系统设备的适用性要求更高。

针对上述情况,临涣煤矿与中煤科工集团重庆研究院有限公司合作开发了地面井瓦斯抽采单独计量监测系统。9113工作面地面井瓦斯抽采单独计量监测系统现安装有两个测点,分别安装于9113－2,和9113－3两个地面井抽采管路上,当前已实现了两个地面井数据的实时稳定测量,测量的数据通过4G移动网络,传输到矿端KJ90X系统监控软件上,同时通过公司已有联网平台,将抽采数据实时上传到集团公司,并能够在手机移动APP上显示出来。

4 结论

矿井地面井瓦斯抽采单独计量监测系统结合煤矿瓦斯抽采实际需求提出,是淮北矿业抽采四化建设重要组成部分,有力推进了抽采信息化进步。此系统采用风光互补自供电技术为系统提供可靠的供电电源,以GPRS无线传输,实现云平台数据与矿安全监控系统的数据融合;不需敷设监测线缆,减少了后期维护成本。此项目为国内首创,填补地面井瓦斯抽采计量监测空白,具有行业引领作用,产业化需求明显,成果转化程度高、易于推广。