论文部分内容阅读
【摘 要】我国煤矿瓦斯灾害严重，在煤炭开采过程中，瓦斯事故多发，严重制约了煤炭的开采。瓦斯是煤矿造成事故的主要原因。为此，国家相关职能部门先后提出了瓦斯治理的十二字方针“先抽后采，监测监控，以风定量”，“通风可靠，抽采达标，监控有效，管理到位”的煤矿瓦斯综合治理十六字工作体系，在煤炭瓦斯治理方面取得了显著效果，但瓦斯治理还存在突出问题。随着瓦斯抽放在煤矿生产中重要性不断提高，对于抽放管路内瓦斯气体的各种参数的准确性要求不断提高，传统的人工观测不能实时观测抽放数据，因此需要一套能实时记录管道内瓦斯的各种参数，能够有效的反应井下各抽放地点的抽放数据的监空系统。
【关键词】瓦斯：瓦斯抽放；抽放数据
阳煤集团三矿位于山西阳泉，是阳煤集团下属主要矿井之一，始建于1950年，此前已有多年开采历史，是一个多井口组成的大型煤矿。现拥有地质储量1.7亿吨，可采储量为1.05亿吨。矿井核定生产能力300万吨，该矿井绝对瓦斯涌出量为168.52m?/min，为高瓦斯矿井。该矿主要采用邻近层抽放解决回采期间的瓦斯，以人工观测的方式来观测抽放数据，不能真实全面反应各抽放地点的抽放情况，而且人工观测数据观测由于人为主观原因造成数据观测不准确的可能性较大。瓦斯监控系统监测业务需要具备相关的管道瓦斯抽采参数监测功能和业务管理功能。管道瓦斯监测参数主要包括：管道甲烷的浓度、流量、温度、压力和一氧化碳，并提供纯流量、混合量、累计量等相关计量业务。管网监控业务主要包括数据采集、业务分析、在线监测、事件回放、曲线分析。
1、瓦斯抽采管网监控系统的优点
瓦斯抽采管网监控系统在设计上充分考虑了测点、测点与测点间的业务逻辑关系，在很大程度上与基于测点的监控系统有明显区别，具备以下优势：
①在线监测与计量支、干、主管道瓦斯浓度、流量、压力、温度等参数，用以分别评价各个工作面、各个抽采区及整个矿井的瓦斯抽采效果，为优化抽采系统方案，提供可靠的数据依据。②在线监测与计量单个监测点的参数，实时监测与分析各个参数的变化趋势，当抽采管道存在漏、堵等异常情况时，系统提供及时的诊断与告警。③在线监测与计量多个监测点的参数，实时监测与对比分析多个监测点之间的相同参数（流量、浓度）的变化趋势，管段间存在气体泄漏情况时，系统通过文本、图形化等方式及时定位泄漏点，并提供及时告警。④通过分析不同监测点之间的关联关系，建立业务分析模型，为设备故障、管段异常、工作面瓦斯抽采异常提供处置方案。⑤对瓦斯抽采参数进行实时在线的文本监控、曲线监控、系统图监控、拓扑图监控、电子图纸监控，为煤矿领导提供全面而直观的井下管道瓦斯抽采场景展示。⑥提供矿井各个监测点的管道瓦斯流量、浓度、温度、负压、日纯流量、日混合流量、月纯流量、月混合流量、年纯流量、年混合流量等报表信息。⑦选择适合应用于本矿高尘、低流速的传感器，并根据现场条件予以技术完善。可监测流速低至1m/s的流量传感器，并且要阻力小、安装标校方便。
2、CGWZ-100（A）型抽采管网监控系统应用
2.1系统的组成
瓦斯抽采管网监控系统包括三部分：井下瓦斯抽采监控网络系统、传输网络系统、地面监控服务器系统。
2.2井下瓦斯抽采监控网络系统
井下瓦斯抽采管网监控系统主要承担着将各个测点的监测数据实时地传输到所属的分站中，并由分站接入传输网络系统进行数据上传。部署在瓦斯抽采管道各个测点的传感器设备，通过矿用线缆连接到所属区域的隔爆兼本安型分站上，实现井下瓦斯抽采监控网络工作状况和环境参数的监测部署和建设。
2.3传输网络系统
传输网络系统主要承载着监控中心服务器系统对井监控网络系统的控制信息和业务信息的传输；通过工业以太环网系统将实时数据传输到地面监控系统，通过数据库、智能指挥平台等分析、归类、总结出各种数据报表及其他各种功能供我们查阅、打印、分析各种实时和历史的数据。
2.4监控中心机房服务器系统
地面服务器系统地面监控部分：机柜、客户端、数据服务器、应用指挥平台、备用电池等。其中机房设备主要包括数据库服务器、UPS不间断电源、光力智能数据汇聚平台和网络交换机。这些设备集成在一个机柜里。除此之外，还有一台监控主机在检测机房调度室，用以展示、查询和打印实时监测数据及数据报表等。
3.安装技术要求
3.1安装部位管径长度
传感器安装区域应无强电磁环境，如大型风机、电动机、变电器等。管道气体流量传感器前后应有足够长的直管段，要求如下：进气上游侧最短直管段长度≥7D；出气下游侧最短直管段长度≥4D。浓度、流量、温度、负压和一氧化碳传感器在管道上的孔应开在离抽放泵较远的下游抽放管道上，其中D代表管道内径。
3.2安装部位开孔尺寸
传感器可直接安装于传感器焊接凸台上。传感器焊接凸台共计三个，其中流量传感器和一氧化碳的焊接凸台在管道上的开孔孔径为Φ78mm，综合安装座开孔孔径为Φ78mm。另外一个凸台也焊接到管道上作为备用口预留。
3.3测点安装部位插入深度
光力流量传感器可适用于不同管径的抽采管道，且采用插入式安装方式。传感器安装时插入深度为管道内径大小的1/3处，现场安装根据管道的管径大小决定传感器导管的接入深度。在安装流量传感器时，需要注意传感器导管插入管道后，流量传感器上的方向标与管道气流方向保持一致。
4.应用效果
4.1经济效益分析
井下的瓦斯抽采管线长达数千米甚至是数十千米，抽采钻孔泄漏或抽采支管道、主管道泄漏的问题很难避免，一旦泄漏需要及时进行漏点定位，否则会有大量的空气被吸入抽采管道，一方面会浪费大量的电能、并且会使漏气区域的煤层瓦斯抽采效果不达标。更严重是---吸入抽采管道的空气会将局部管段内的瓦斯气体稀释，如果达到爆炸限（CH4浓度达到5%～16%），一旦遇到明火或静电将会产生连环爆炸，会沿着瓦斯管网传播，像点燃的鞭炮一样连续爆炸，直至地面泵房，对矿井内人员、巷道、设备设施将造成无法估量的毁灭破坏。从这个角度看，经济效益不可估量。
4.2社会效益分析
瓦斯抽采系统监测起到了非常良好的作用，对以后的管道瓦斯监测有很好的推广价值，同时该项目对保证井下瓦斯抽放系统安全运行具有良好的效果，对提高煤炭行业安全生产能起到重要的作用，能及时发现、捕捉管网系统的泄漏点或堵塞点，提示报警，以利管理人员及时处理，对确保煤矿安全生产具有重大意义。
通过对阳煤三矿各个抽放地点的人工观测数据和瓦斯抽采管网监控系统的数据进行对比，通过对管道内甲烷的浓度、流量、抽放压力，抽放流量、混合量、纯量的对比，误差率不超过10%，可以使用瓦斯抽采管网监控系统进行瓦斯抽放数据观测，同时减少井下用工量，提高煤矿抽采观测水平。
阳煤三矿井下各工作面抽放数据人工观测和监控系统数据对比表：通过对以上不同测点的测量和數据比对分析，KJ370瓦斯抽采监测系统显示据与“标准机”和“光干涉瓦斯鉴定器”所测数据比较接近，误差在允许范围内，符合国家的相关计量标准。说明本项目采用监测传感器在含尘、含水环境条件下，可以准确测量管道流量和瓦斯浓度，达到了预期效果。
5.结语
通过建立井下瓦斯抽采管网监控系统，基于先进的抽采管道瓦斯传感监测技术，可实时在线监测井下各主管道、干管道、支管道、独立区域管道监测点瓦斯的浓度、流量、温度、压力以及一氧化碳等综合参数。监控系统集成了强大业务分析功能，为分析各个监测管道参数的变化趋势及管段间异常提供了翔实的数据依据。
监控系统不仅提供各个支管道、主干管道瓦斯抽采的计量，还提供各个瓦斯抽采区域的瓦斯抽采效果评价分析功能，从而为优化瓦斯抽采方案，满足瓦斯抽采达标分析评价要求，提供坚实的、可信的数据支撑，进而为指导煤矿安全生产发挥重要作用。
【关键词】瓦斯：瓦斯抽放；抽放数据
阳煤集团三矿位于山西阳泉，是阳煤集团下属主要矿井之一，始建于1950年，此前已有多年开采历史，是一个多井口组成的大型煤矿。现拥有地质储量1.7亿吨，可采储量为1.05亿吨。矿井核定生产能力300万吨，该矿井绝对瓦斯涌出量为168.52m?/min，为高瓦斯矿井。该矿主要采用邻近层抽放解决回采期间的瓦斯，以人工观测的方式来观测抽放数据，不能真实全面反应各抽放地点的抽放情况，而且人工观测数据观测由于人为主观原因造成数据观测不准确的可能性较大。瓦斯监控系统监测业务需要具备相关的管道瓦斯抽采参数监测功能和业务管理功能。管道瓦斯监测参数主要包括：管道甲烷的浓度、流量、温度、压力和一氧化碳，并提供纯流量、混合量、累计量等相关计量业务。管网监控业务主要包括数据采集、业务分析、在线监测、事件回放、曲线分析。
1、瓦斯抽采管网监控系统的优点
瓦斯抽采管网监控系统在设计上充分考虑了测点、测点与测点间的业务逻辑关系，在很大程度上与基于测点的监控系统有明显区别，具备以下优势：
①在线监测与计量支、干、主管道瓦斯浓度、流量、压力、温度等参数，用以分别评价各个工作面、各个抽采区及整个矿井的瓦斯抽采效果，为优化抽采系统方案，提供可靠的数据依据。②在线监测与计量单个监测点的参数，实时监测与分析各个参数的变化趋势，当抽采管道存在漏、堵等异常情况时，系统提供及时的诊断与告警。③在线监测与计量多个监测点的参数，实时监测与对比分析多个监测点之间的相同参数（流量、浓度）的变化趋势，管段间存在气体泄漏情况时，系统通过文本、图形化等方式及时定位泄漏点，并提供及时告警。④通过分析不同监测点之间的关联关系，建立业务分析模型，为设备故障、管段异常、工作面瓦斯抽采异常提供处置方案。⑤对瓦斯抽采参数进行实时在线的文本监控、曲线监控、系统图监控、拓扑图监控、电子图纸监控，为煤矿领导提供全面而直观的井下管道瓦斯抽采场景展示。⑥提供矿井各个监测点的管道瓦斯流量、浓度、温度、负压、日纯流量、日混合流量、月纯流量、月混合流量、年纯流量、年混合流量等报表信息。⑦选择适合应用于本矿高尘、低流速的传感器，并根据现场条件予以技术完善。可监测流速低至1m/s的流量传感器，并且要阻力小、安装标校方便。
2、CGWZ-100（A）型抽采管网监控系统应用
2.1系统的组成
瓦斯抽采管网监控系统包括三部分：井下瓦斯抽采监控网络系统、传输网络系统、地面监控服务器系统。
2.2井下瓦斯抽采监控网络系统
井下瓦斯抽采管网监控系统主要承担着将各个测点的监测数据实时地传输到所属的分站中，并由分站接入传输网络系统进行数据上传。部署在瓦斯抽采管道各个测点的传感器设备，通过矿用线缆连接到所属区域的隔爆兼本安型分站上，实现井下瓦斯抽采监控网络工作状况和环境参数的监测部署和建设。
2.3传输网络系统
传输网络系统主要承载着监控中心服务器系统对井监控网络系统的控制信息和业务信息的传输；通过工业以太环网系统将实时数据传输到地面监控系统，通过数据库、智能指挥平台等分析、归类、总结出各种数据报表及其他各种功能供我们查阅、打印、分析各种实时和历史的数据。
2.4监控中心机房服务器系统
地面服务器系统地面监控部分：机柜、客户端、数据服务器、应用指挥平台、备用电池等。其中机房设备主要包括数据库服务器、UPS不间断电源、光力智能数据汇聚平台和网络交换机。这些设备集成在一个机柜里。除此之外，还有一台监控主机在检测机房调度室，用以展示、查询和打印实时监测数据及数据报表等。
3.安装技术要求
3.1安装部位管径长度
传感器安装区域应无强电磁环境，如大型风机、电动机、变电器等。管道气体流量传感器前后应有足够长的直管段，要求如下：进气上游侧最短直管段长度≥7D；出气下游侧最短直管段长度≥4D。浓度、流量、温度、负压和一氧化碳传感器在管道上的孔应开在离抽放泵较远的下游抽放管道上，其中D代表管道内径。
3.2安装部位开孔尺寸
传感器可直接安装于传感器焊接凸台上。传感器焊接凸台共计三个，其中流量传感器和一氧化碳的焊接凸台在管道上的开孔孔径为Φ78mm，综合安装座开孔孔径为Φ78mm。另外一个凸台也焊接到管道上作为备用口预留。
3.3测点安装部位插入深度
光力流量传感器可适用于不同管径的抽采管道，且采用插入式安装方式。传感器安装时插入深度为管道内径大小的1/3处，现场安装根据管道的管径大小决定传感器导管的接入深度。在安装流量传感器时，需要注意传感器导管插入管道后，流量传感器上的方向标与管道气流方向保持一致。
4.应用效果
4.1经济效益分析
井下的瓦斯抽采管线长达数千米甚至是数十千米，抽采钻孔泄漏或抽采支管道、主管道泄漏的问题很难避免，一旦泄漏需要及时进行漏点定位，否则会有大量的空气被吸入抽采管道，一方面会浪费大量的电能、并且会使漏气区域的煤层瓦斯抽采效果不达标。更严重是---吸入抽采管道的空气会将局部管段内的瓦斯气体稀释，如果达到爆炸限（CH4浓度达到5%～16%），一旦遇到明火或静电将会产生连环爆炸，会沿着瓦斯管网传播，像点燃的鞭炮一样连续爆炸，直至地面泵房，对矿井内人员、巷道、设备设施将造成无法估量的毁灭破坏。从这个角度看，经济效益不可估量。
4.2社会效益分析
瓦斯抽采系统监测起到了非常良好的作用，对以后的管道瓦斯监测有很好的推广价值，同时该项目对保证井下瓦斯抽放系统安全运行具有良好的效果，对提高煤炭行业安全生产能起到重要的作用，能及时发现、捕捉管网系统的泄漏点或堵塞点，提示报警，以利管理人员及时处理，对确保煤矿安全生产具有重大意义。
通过对阳煤三矿各个抽放地点的人工观测数据和瓦斯抽采管网监控系统的数据进行对比，通过对管道内甲烷的浓度、流量、抽放压力，抽放流量、混合量、纯量的对比，误差率不超过10%，可以使用瓦斯抽采管网监控系统进行瓦斯抽放数据观测，同时减少井下用工量，提高煤矿抽采观测水平。
阳煤三矿井下各工作面抽放数据人工观测和监控系统数据对比表：通过对以上不同测点的测量和數据比对分析，KJ370瓦斯抽采监测系统显示据与“标准机”和“光干涉瓦斯鉴定器”所测数据比较接近，误差在允许范围内，符合国家的相关计量标准。说明本项目采用监测传感器在含尘、含水环境条件下，可以准确测量管道流量和瓦斯浓度，达到了预期效果。
5.结语
通过建立井下瓦斯抽采管网监控系统，基于先进的抽采管道瓦斯传感监测技术，可实时在线监测井下各主管道、干管道、支管道、独立区域管道监测点瓦斯的浓度、流量、温度、压力以及一氧化碳等综合参数。监控系统集成了强大业务分析功能，为分析各个监测管道参数的变化趋势及管段间异常提供了翔实的数据依据。
监控系统不仅提供各个支管道、主干管道瓦斯抽采的计量，还提供各个瓦斯抽采区域的瓦斯抽采效果评价分析功能，从而为优化瓦斯抽采方案，满足瓦斯抽采达标分析评价要求，提供坚实的、可信的数据支撑，进而为指导煤矿安全生产发挥重要作用。