矿井供水管路流量智能化在线监测系统研究与应用

代 杰

（枣庄矿业（集团）有限责任公司柴里煤矿，山东 枣庄 277519）

矿井供水系统是煤矿不可缺少的重要组成部分，在维护煤矿安全生产中起着十分重要的作用，被称为矿井的“生命线”。老矿井由于矿井自然条件影响，管路长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压等影响而出现跑冒滴漏，造成采掘工作面因管路断裂或水压力不足影响生产的情况时有发生，既浪费了水资源，又影响了矿井正常生产，给企业造成了较大的经济损失。

柴里煤矿目前矿井共敷设供水管路46 000 m，矿井主要轨道、运输大巷、综掘工作面及机采工作面两巷敷设供水管路，按照质量标准安设三通球阀门，主要硐室门口及巷道分叉处均安设防尘三通阀门，矿井防尘管路覆盖到矿井的各采掘工作地点及其他巷道。前期矿井主要靠人工巡线的方法进行泄漏巡查，费时费力，应急能力差，不能实时监控，出现工作面供水不足查找原因困难、处理不及时、影响采掘生产等弊端。

枣矿集团正在开展“三减三提”建设，减少单班下井人员，大力推广智能化、自动化设备，传统的人工巡查方式不能适应矿井发展，需要改变传统的工作方式，利用科学技术来改变现状，提高劳动效率，科学分析，安全管控。

1 矿井供水管路流量智能化在线监测系统

1.1 在线监测系统原理

井下供水管路流量智能化在线监测系统由矿用管道流量传感器、系统上传装置、传输线缆、监测分站、网络交换机组成。井下安装的主部件水流量传感器主要由阀体、水流转子组件、微电脑显示器组成。水流量传感器安装在主供水管路进水端，当水流过水流量传感器时，流量计转速随着流量成线性变化，将输出的脉冲信号反馈给控制器，由控制器显示判断水流量的大小，同时与矿井KJ90X监控系统进行联网，利用监控系统数据上传即能在线检测水量的变化情况。井下现场可以查看流量情况，还可以在KJ90X矿井安全监控系统中心站查看流量变化曲线。

1.2 电动阀门远程控制

在矿用管道流量传感器前段安装电动控制阀门，实现远程在线控制阀门开关，控制管路流量。当需要对管路实施关闭或打开时，在地面实施远程控制。

1.3 管道流量传感器

基于法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁场内运动时，在与磁场方向、运动方向相互垂直方向的导体两端会产生感应电动势。电动势的大小与导体运动速度和磁场的磁感应强度大小成正比。管道流量传感器能实时监测管道流量情况。

2 现场应用

2.1 在线监测系统组成

利用矿井KJ90X型安全监控系统和水流量传感器组成矿井供水在线监测系统。该系统能实时监控主供水管路供水流量，根据流量曲线判定矿井各地点供水情况。根据日常用水量，在线监控系统上设置各个地点用水最高值，当出现最高值报警时，可以快速判定跑水区段，便于快捷安排人员处理。矿井KJ90X型安全监控系统具有稳定性强、安全高效的特点，实现24 h全天候值班监控，结合水流量传感器，能够实时监控矿井供水流量。

2.2 矿用管道流量传感器安装

根据井下各采区供水管路系统布置情况及主、分支管路情况，经过对供水系统管网研判，分为三个层级安装矿用管路流量传感器，选择监测最准确、安装简便、对流量传感器不利影响最小的地点进行安装。第一层级为柴里煤矿大井污水处理站水管入井工程孔和袁堂水源水管入井工程孔管路下口安装流量压力传感器，用于监测主水源情况；第二层级为各采区主供水管路末端安装流量压力传感器，用于监测主供水管路水量情况；第三层级为主分支管路上安装流量压力传感器，用于监测供水分支管路水量情况。整个供水网络监控成为一个树状拓扑结构，能够更为直观地掌握各主、支管路的水量变化情况。借助于KJ90X煤矿安全监控系统，完成监测数据的上传，并形成独立显示页面，能够清晰准确地查看井下各供水主、支管路的水量情况，并实现超流量等异常情况的预警功能。

2.3 电动阀门远程控制

在每一个矿用管道流量传感器前端安装电动控制阀门，实现远程在线控制阀门开关，当需要对管路实施关闭时，在地面可以实施远程控制，能第一时间对出现流量异常的管路远程关闭阀门，减少用水浪费。

2.4 供水流量上下限值确定

根据现场实际情况，在矿井供水管路网络中，由于各管路的供水流向是固定的，在工作面生产期间，管路的流量基本保持在一定的范围之内波动，通过对比每日的流量变化数据并进行长时间的积累分析，就可以得出工作面正常生产期间供水量的波动范围。而当出现管路破裂或管路阀门被关闭时，管路流量也会随之增大或减少，偏离正常水量的波动范围，工作人员就可以根据管路流量的变化情况准确了解管路出现的状况并准确判断故障点及时处理。

2.5 供水事故判定

矿井供水管路流量智能化在线监测系统是通过安装在管道上的流量传感器对管道风水流量进行监测，通过人工分析和计算机推理得出矿井管路是否存在管路因断裂或阀门误关等原因造成的采煤工作面、掘进迎头供水不足的问题。

2.6 动态监控

采用重庆煤科院研发的矿用管路流量传感器，以KJ90X矿井安全监控系统为平台，实现实时监测曲线，供水流量更为直观，实现独立页面显示及远程控制。矿井供水在线监测系统能对各主要供水地点实施全面监控，对分析矿井供水状况提供相关技术参数。

3 结论

（1）矿井供水管路流量智能化在线监测系统能实现矿井主要供水管路在线监测，实施动态观测，做到全面掌控矿井供水实时运行状态，实现了矿井安全供水和科学供水。

（2）采用对供水管路实时监测的方法，测定矿井井下供水管网主、支路流量变化情况，综合分析不同时间段（生产期间和检修期间）的水量变化进行对比，掌握不同时间段的用水量。

（3）矿井供水管路流量智能化在线监测系统对比每日的流量变化数据并进行长时间的积累分析，就可以得出工作面正常生产期间供水量的波动范围，为供水设计提供可靠技术参数。

（4）而当出现管路破裂或管路阀门被关闭时，管路流量也会随之增大或减少，偏离正常水量的波动范围，工作人员就可以根据管路流量的变化情况准确了解管路出现的状况，准确判断故障点，及时供水处理，保障采掘工作面安全生产。