瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)測一體化技術(shù)研究與應用

文/肖珷

瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)測一體化技術(shù)研究與應用

文/肖珷

瓦斯抽采是解決煤礦瓦斯突出事故的根本之道，建立和使用瓦斯抽采管網(wǎng)的計量監(jiān)測系統(tǒng)，是客觀評價瓦斯抽采效果及是否達標的重要依據(jù)。平煤股份公司十二礦位于平頂山礦區(qū)東部，是煤與瓦斯突出礦井。近年來，十二礦深入實踐科學發(fā)展觀，大力推進管理和技術(shù)創(chuàng)新，全方位綜合治理瓦斯，通過安裝KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測管道瓦斯的濃度、流量、壓力、溫度及一氧化碳濃度等參數(shù)，實現(xiàn)了煤礦井下瓦斯抽采連續(xù)在線監(jiān)測，優(yōu)化了瓦斯抽采方案，大幅提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。本文就KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在十二礦的應用進行了闡述。

一、系統(tǒng)簡介

KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)包括KJ2008監(jiān)測軟件、KJ370隔爆兼本安型分站和KJ370-J型數(shù)據(jù)通訊接口以及相關(guān)傳感器，具有模擬量，開關(guān)量，累計量采集、傳輸、存儲、處理顯示、打印,以及聲光報警、控制等功能，用來監(jiān)測管道甲烷濃度、環(huán)境甲烷濃度、壓力、流量、溫度、饋電狀態(tài)等。系統(tǒng)安裝完成后可實現(xiàn)地面實時在線監(jiān)測井下各個監(jiān)測點的抽采參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)抽采參數(shù)，有利于提高抽采效率。

系統(tǒng)由各管道瓦斯監(jiān)測點濃度、流量、壓力、溫度、CO等各種傳感器←→監(jiān)測主機←→監(jiān)控分站←→環(huán)網(wǎng)交換機←→地面核心交換機←→中心交換機←→智能數(shù)據(jù)匯聚指揮平臺+多應用服務器+監(jiān)控主機+顯示器等組成。精度高、穩(wěn)定性好、易于安裝和維護的瓦斯抽采管網(wǎng)計量監(jiān)控系統(tǒng)是瓦斯治理的保障，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井下瓦斯抽采連續(xù)實時在線監(jiān)測，精確測定瓦斯抽采參數(shù)，同時實現(xiàn)分段計算工作面抽采量、抽采率，為瓦斯抽采效果評價提供依據(jù)，最終實現(xiàn)突出煤層消突、保障安全生產(chǎn)。

二、現(xiàn)場應用與效果

準確評價煤礦瓦斯抽放效果，是預防煤礦瓦斯災害事故發(fā)生的關(guān)鍵。十二礦己15煤層瓦斯賦存量大，自2012年安裝了KJ370瓦斯抽放管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)后，通過連續(xù)監(jiān)測管道瓦斯氣體的濃度、氣體流量、壓力、溫度及一氧化碳濃度等綜合參數(shù)，優(yōu)化瓦斯抽采方案，大大提高了礦井的瓦斯抽采、利用效率，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。具體效果如下：

1.異常預警

根據(jù)一段時間內(nèi)巷道瓦斯的常態(tài)濃度、流量、壓力、溫度、CO常規(guī)參數(shù)，設置預警和報警值，出現(xiàn)異常時及時進行提醒，現(xiàn)場人員根據(jù)監(jiān)控情況可以進行及時、準確的排查處理。如圖1，西翼第二瓦斯治理巷穿層測點2015年1月16日～1月17日各參數(shù)歷史曲線，從圖1中看到管道出現(xiàn)3次明顯的、4次較小的CO濃度突升緩降現(xiàn)象。

圖1 西翼第二瓦斯治理巷穿層測點歷史曲線

通過西翼第二瓦斯治理巷穿層測點與己15-17220進風巷500m本煤層測點CO歷史曲線對比，從圖2可以看出，己15-17220進風巷500m本煤層測點在2015年1月20日13∶00前，現(xiàn)場人員對傳感器進行了一次數(shù)據(jù)對比，CO濃度因為進入空氣，濃度降為0值，之后立即恢復；13∶00巷道迎頭進行放炮作業(yè)，導致CO濃度急劇上升，放炮產(chǎn)生的CO在環(huán)境中擴散，經(jīng)過煤體縫隙滲透到瓦斯鉆孔，被抽采管路吸回，13∶06達到峰值84.35ppm；還有一部分CO經(jīng)縫隙滲透到第二瓦斯治理巷穿層鉆孔中，然后到達第二瓦斯治理巷穿層孔管道內(nèi)，30分鐘后達到峰值22.588ppm。

圖2 西翼第二瓦斯治理巷穿層與測點歷史曲線

2.區(qū)段分析

圖3 己15-17200底抽巷管道甲烷濃度分段變化曲線

截取圖3數(shù)據(jù)可知：2012年 11月 9日己 15-17200底抽巷停采外50m、300m、400m、500m、700m各測點的甲烷濃度分段曲線，在同一抽采管路的不同測點的瓦斯?jié)舛仍谕粫r間段內(nèi)同時上升或下降，驗證了管道傳感器測量數(shù)據(jù)的一致性，說明在不同抽采段的瓦斯?jié)舛却嬖谕档囊?guī)律性。己15-17200底抽巷停采線里500m至700m區(qū)段瓦斯?jié)舛葟?0∶00∶00的較低值逐漸變?yōu)?4∶50∶00以后的最高值，可以推斷該抽采區(qū)段可能受當天采煤工作面卸壓影響，煤層松動明顯，造成瓦斯涌出量增大。

圖4 己15-17220進風巷本煤層500m處測點曲線

截取圖4己15-17220進風巷本煤層500m測點各參數(shù)變化曲線可知：

（1)2015年在1月16日15∶59∶00前后，抽采負壓先降后升，對應的流量、瓦斯和CO濃度出現(xiàn)一次先降后升過程，抽采負壓越大，抽采量越大；抽采負壓下降，抽采量降低。由此可見，可通過加大抽采負壓提高抽采量。

（2)2015年1月17日03∶45∶00前后,負壓小幅上升后下降，流量減小、瓦斯和CO濃度上升后下降。判斷為上游管段閥門關(guān)小后又打開，抽采瓦斯量減小，瓦斯鉆孔漏風減小，濃度增大。

3.漏氣診斷

圖5 己15-17220進風巷本煤層測點歷史曲線

根據(jù)圖5分析如下：

（1)在8∶00～9∶00之間，己15-17220進風巷本煤層管道內(nèi)負壓減小，甲烷濃度減小，混合量增加，在9∶30到達峰值。結(jié)合現(xiàn)場抽放鉆孔排查情況，該區(qū)域出現(xiàn)鉆孔漏氣現(xiàn)象，處理后，抽采負壓在9∶30后逐漸上升，甲烷濃度增大，流量略微下降，說明堵漏有效。

（2)在12∶00左右繼續(xù)增大系統(tǒng)負壓，管道甲烷濃度增大到25%后不再增加，反而有所下降，分析為由于瓦斯在煤層流動需要時間，抽采力應與瓦斯補給的速度相匹配，當預抽區(qū)域瓦斯補給量少于瓦斯抽采能力時，會出現(xiàn)壓力增加濃度反而減小的情況。所以根據(jù)該曲線分析，可找到每個抽采區(qū)域的最佳抽采負壓，通過調(diào)整抽采負壓至最佳，確保瓦斯抽采量最大化。

4.誤差測量

采用人工現(xiàn)場測試的方式存在很多弊病，且人工現(xiàn)場測試是離線狀態(tài)，無法及時地反應測點的異常狀態(tài)。其現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)代替不了測點的抽采持續(xù)狀態(tài)描述，更不能作為當前管網(wǎng)的工作狀態(tài)。KJ370-J型數(shù)據(jù)通訊接口和相關(guān)傳感器具有標定周期長、抗干擾能力強、高精度、高可靠性和使用壽命長的特點，提高了傳感器測量的靈敏性和準確性，且不受壓力、溫度波動的影響，可在高濕、高粉塵、高負壓的環(huán)境下正常工作。

同時，抽采計量系統(tǒng)相對誤差對比分析使對比更有可比性。采用相對誤差進行比較，相對誤差=|監(jiān)測數(shù)據(jù)-人工數(shù)據(jù)|/人工數(shù)據(jù)。用相對誤差的均值來比較監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，均值越小監(jiān)測數(shù)據(jù)越準確；用相對誤差的方差來比較監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，方差越小則監(jiān)測數(shù)據(jù)波動越小，越穩(wěn)定。通過對瓦斯抽采負壓、濃度、混合量和純量的監(jiān)測效果對比，得到西翼第二瓦斯治理巷己15-31010回風巷監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)相對誤差均值與方差比較，見表1、表2。

表1 2014年8月西翼第二瓦斯治理巷抽采參數(shù)與人工計量對比表

表2 2014年11月己15-31010回風巷抽采參數(shù)與人工計量對比表

三、結(jié)論與建議

1.KJ370管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了同時顯示甲烷濃度、負壓、溫度、流量、一氧化碳濃度等參數(shù)；實現(xiàn)了分段監(jiān)測、分段計量，對于抽采區(qū)域存在CO現(xiàn)象可以準確判斷并排除，大大縮小了抽采鉆孔的排查范圍。

2.利用瓦斯監(jiān)控抽采系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了抽采監(jiān)測數(shù)據(jù)的本地顯示，還實現(xiàn)了遠距離傳輸，便于集中管理，統(tǒng)一指揮，并上傳局域網(wǎng)，實現(xiàn)了抽采監(jiān)測與安全監(jiān)測系統(tǒng)一體化的安全管理模式，確保了瓦斯抽采利用。

3.監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工測量誤差均在1%左右，可以為優(yōu)化瓦斯抽采方案提供可靠依據(jù)。

4.管路在嚴重潮濕的環(huán)境下影響流量數(shù)據(jù)的準確性，礦井要加大抽采管路放水管理，防止管路積水。

（作者系平煤股份十二礦礦長）

（責任編輯：周瓊）