KJ692瓦斯抽放监控系统的应用

中煤科工集团常州自动化研究院 王树丰

详细介绍了KJ692瓦斯抽放系统的架构、组成以及V锥管道流量计及GLW30热线式气体流量计两种监测方式的主要特点，指出瓦斯抽放系统在煤矿安全生产方面具有重要作用。

矿井瓦斯是指煤矿井下以甲烷为主的各种有害气体的总称。瓦斯具有燃烧和爆炸性，当空气中的瓦斯气体达到一定浓度时，遇到火源或火星就可能燃烧或爆炸，造成重大损失。煤矿瓦斯是煤矿重要灾害源之一，瓦斯治理列为煤矿安全工作的重中之重，瓦斯抽放装置将煤层中瓦斯气体预先抽出，减少煤层瓦斯气体含量，从而有效减小瓦斯突出的几率，故瓦斯抽放装置作为瓦斯治理的有效手段也越来越受到重视，国家提出了“先抽后采，以抽定采”的方针。因此，《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》规定，特定条件下的煤矿必须安装瓦斯抽放系统及瓦斯抽放监控系统。

一、系统工作原理

图1 系统逻辑示意图

KJ692矿井瓦斯抽放监控系统(图1)可将安全与生产监测信息综合在一起，实现综合利用。同时系统还可以汇接其他监测系统，实现信息共享和局部环节的自动化控制。整个系统是典型的三级网络架构，是一种先进的集散型微处理机系统。其先进可靠的软件、总线型的分站和传感器使系统具有领先的技术水平。局部传感器及其连接线的故障不会影响系统的正常工作，从而确保整个系统的可靠性。

二、系统组成

KJ692矿井瓦斯抽放监控系统主要设备包括监控主机、分站及电源箱、显示控制柜、防爆PLC控制箱、管道参数传感器、环境参数传感器、供水参数传感器等(图2)。管道参数传感器包括管道流量、管道压力、管道温度、管道瓦斯和管道一氧化碳等传感器。环境传感器包括环境瓦斯、环境一氧化碳、环境温度等传感器。供水参数传感器包括缺水、水位、水温等传感器。

图2 系统设备

三、两种监测流量方式

1.V锥管道流量计(图3)

图3 V锥管道流量计

V锥流量检测技术是对传统流量计技术的突破，V锥流量检测是基于密闭管道中能量相互转换的伯努利定律研发而成的，目前广泛应用于煤炭、石化、热能、供水等领域。具有如下特点：(1)抗干扰能力强，不易受电磁干扰，可用于管道振动的场合；(2)可测量低流速低至1m/s；(3)对直管段长度要求低，要求上游0～3D、下游0～1D即可；(4)测量元件不与被测介质直接接触，调校方便；(5)设备具有自清洁功能，不易堵塞。

2.GLW30热线式气体流量传感器

GLW30热线式气体流量传感器有如下特点：(1)可测乙炔以外的所有气体；(2)可同时测试管道内气体流量、压力和温度值；(3)双行液晶显示屏可显示累积流量、瞬时流量、温度和压力值；(4)可以独立运行，也可以并入瓦斯抽放监控系统；(5)量程比大，适于更低流速检测；(6)可在线不断流装卸，维护方便；(7)隔离结构抗干扰性能优异；(8)低功耗，毫瓦级。

3.多种管道流量传感器各参数对比(表1)

表1 多种管道流量传感器各参数对比

四、系统功能

1.控制功能

根据不同的需要，KJ692矿井瓦斯抽放监控系统可以选择自动、手动两种控制模式。系统可就地和远程对抽放泵、水泵、电动阀等进行控制，将流量、瓦斯浓度、水位、温度等抽放泵参数送到显示柜集中监测。当环境中瓦斯超限或设备故障时，装置发出声光报警信号。当环境中瓦斯浓度传感器超过断电点时或开关量传感器状态变化时，装置自动执行断电，或通过手动按钮，装置执行断电。基于PLC控制箱(控制分站)完成对冷却水是否断流、轴温、电机绕组温度、设备运行状态等的检测，完成对设备启停、冷却水自动循环和逻辑保护控制。

煤矿对系统的控制，提供无源的控制触点，而且对常开、常闭状态及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需要。系统设置有远程、集中控制方式。

2.管道参数监测

对井上下抽采管道内气体的流量、温度、压力、甲烷浓度、一氧化碳浓度等进行连续监测，自动计算管道标况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、打印各类数据和报表。采用流量、温度等传感器监测管道参数，当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。

3.环境参数监测

对瓦斯泵房和管道走廊的环境瓦斯浓度、环境温度等采用甲烷浓度传感器、温度传感器等进行连续监测，当监测点所测参数超过设定报警值时，可及时发出声光警报信号。

4.工况参数监测

对真空泵轴温、电机轴温、真空泵开停状态、阀门开闭状态等进行连续监测。采用温度传感器、开停传感器、压力传感器等监测抽采泵工作参数，当监测点数据超过设定报警值时及时发出声光警报信号。

5.供水参数监测

对真空泵供水状态、热水池水位、水温、冷却水池水位、水温等进行连续监测。采用供水传感器、压力传感器、液位传感器、温度传感器等监测真空泵的供水状态。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。

五、系统的高可靠性及扩展性

系统使用先进、成熟、实用的技术，具有可靠性高、扩展性强等特点。

1.可靠性

系统在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都保证了稳定的高质量。系统高效稳定的运行能力，能提供全年不间断的连续运作。能适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的环境。

2.扩展性

随着矿井生产规模的扩大，井下瓦斯抽放管道的逐步延伸，用户所需的监测点会随之增加。为此，系统在设计上考虑了可扩展性，以方便用户随时添加监控分站及传感器。系统所有设备符合通用标准，分站、传感器均符合200～1000Hz、1～5mA信号制式，具有良好的开放性。软件具备OPC过程控制通用接口，能与矿井综合自动化平台无缝接入，从而可以将监测数据源源不断地上传到工业网络平台，真正实现数据共享。

KJ692煤矿瓦斯抽放监控系统在全国大部分地区都有使用，效果良好，受到用户的一致好评。