低流速瓦斯抽采监控系统的设计与应用

宁卫卫

（山西安信建设工程检测有限公司， 山西 晋城 048006）

引言

煤矿瓦斯抽采监控系统的建立是实现煤矿智能化管理，大数据分析瓦斯动态变化趋势的重要手段。对于瓦斯抽采管道流量的监测，首先要保证测量准确、稳定性好，能够有效解决低流速监测的难题，同时还要兼具大量程、多管径适应、拆装校验方便等特点，能够适应在高负压、含尘、含水的恶劣环境条件下长期可靠运行，满足智慧矿井建设的内在要求。

1 现场概况

长平矿目前建立了地面永久抽放泵站，布置高、低负压两套抽采系统，均采用CBF810 型水环式真空泵，单泵工况抽采能力为810 m3/min，高负压抽采系统共布置4 台抽放泵，目前1 运3 备，主要服务矿井本煤层瓦斯抽放；低负压抽采系统共布置2 台，设计为1 运1 备，主要服务采空区瓦斯抽放。目前主要存在问题是抽采在线监测系统不完善，仅在地面泵站高低负压管道入口、回风巷巷口高负压管，1306、13062 巷各安设一套抽采测点，其他巷道及各抽采单元、钻场硐室均未安设抽采测点；原抽采系统计量准确性较差，低流速情况下无法测得有效数据，严重影响抽采计量统计。因此非常有必要建立瓦斯抽采管道监测系统，确保瓦斯抽采动态可控。

2 系统的设计方案

地面监测中心站系统搭建：根据长平矿现有监控机房，部署服务器（监控服务器、数据库服务器、应用服务器）、存储系统、交换机等设备组成的瓦斯抽采管道监测系统。瓦斯抽采管道监测系统由三部分组成：井下信号采集上传部分、信号传输部分和地面服务器部分，如图1 所示。

图1 瓦斯抽采管网监控系统结构

2.1 井下瓦斯管网监控系统

井下部分由各抽采管道的流量及红外传感设备、各巷口的监测分站及检测线路构成[1]，通过各传感设备实现对监测点流量、浓度、压力、温度等实时监测，并通过监测分站和线路进行实时上传。

2.2 传输网络系统

该系统主要由网络传输交换机、信号转换设备及传输线路组成，主要负责井上下各类监测信号和控制指令的实时交互，实现远程动态控制。

2.3 地面监控服务器系统

主要包括操作系统及客户端、多应用服务器、地面环网交换机等。该系统可将各类数据进行汇总整理分析，对各类异常状况实时监控报警，实现自动控制。

3 系统的主要功能

3.1 实时监控

抽采实时列表将各个监控点数据以列表的形式展现，实时统计了各个监控点的累计量，并在表格设置中选择要显示的累计量功能，并能添加表格显示属性，比如按采区、泵站等不同类别显示，更方便工作人员观察和对比，并且能够实时显示各个监控值的不同状态，超出上下限的监控值会用红色及声音报警[2]。通过列表可以清晰直观地查看当前测点瓦斯抽采的相关累计量等统计信息，界面显示直观大方，可以根据不同的需要显示不同类型的统计信息，方便了工作人员实时掌握每个监测点管路的详细状态。

3.2 动态显示

系统既能够实时显现当前各管道的瓦斯流量、浓度、温度、负压等参数的监测值，也能随时调取显示煤矿中监测点任一历史时间段瓦斯管路的参数。

另外，系统能够提供多个监测点的甲烷、流量、压力、温度、一氧化碳等相关逻辑参数，并通过变化曲线实现动态演示。通过在线实时比较不同监测点参数，全面了解不同监测点务逻辑关系并自动判断，便于发现管段泄漏、管段阻塞等异常，达到辅助决策的目的[3]。

3.3 数据分析

表中统计了当天所有监测点的管道瓦斯流量、浓度、负压、温度的平均值及标况下的混量、纯量的累计值，表格的样式及内容都可以根据需求自己在管理软件中改变和添加，极大地简化了工作流程。同时统计了当月所有监测点的管道瓦斯流量、浓度、温度、负压的平均值及标况下的混量、纯量的累计值。

4 系统的应用分析

为验证系统是否满足了低流速测量下限的能力，查询并分析了长平矿2017 年3 月20 日的抽采报表，见表1。

对以上测点各个测量流速段测点数分布统计，建立直方图如图2 所示。

表1 长平煤矿2017 年03 月20 日多点瓦斯抽采报表

由图2 和表1 最后一栏流速分布数量统计可以看出：

图2 流速分布数量图

1）有1 个测点低于1 m/s 的流量可测量，实现了测量下限1 m/s 的技术要求；

2）流速在1～2 m/s 范围内有2 个测点；

3）有4 个测点的瓦斯流速在0～3 m/s 之间，约占已装15 个测点的26.7%，说明选择流速下限低是非常必要的；

4）安装测点的瓦斯流速大致在0.5～23.6 m/s 范围内，说明选择流速测量范围宽的传感器是非常必要的。

5 结论

本项目在长平矿建立了一套瓦斯抽采管网监控系统，在地面瓦斯抽采泵站及井下瓦斯抽采主管、干管及支管的各区域安装了15 套管道瓦斯传感器，实现了对井下瓦斯抽采管网各监测点管道瓦斯浓度、流量、压力、温度等参数的在线监测，能够分别计量各个工作面、各个抽采区及整个矿井的瓦斯抽采量，可监测流速低至1 m/s 的流量传感器，并且阻力小、安装标校方便，有效解决了管网抽采前端低流速监测的难题。