礦井地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用

馮書猛

淮北礦業(yè)(集團)有限責任公司臨渙煤礦 安徽 淮北 235000

引言

隨著煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展,煤炭產(chǎn)量大幅度提高,新井投產(chǎn),老井延深,采掘機械化水平提高,因而礦井瓦斯涌出量也隨之增加。因此,進行瓦斯抽采,變害為利,變廢為寶,已勢在必行。礦井地面井抽采瓦斯是在不影響工作面回采的情況下進行的,是瓦斯抽采方法的一種新途徑,為礦井井下通風與抽采減輕了負擔,消除了安全生產(chǎn)隱患,同時也提高了礦井生產(chǎn)能力。因此開展對礦井地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)的研究是非常有必要。

1 風光互補自供電系統(tǒng)

自供電技術(shù)是一種新型供電技術(shù),它是將周圍環(huán)境中的各種能量轉(zhuǎn)化成電能,從而驅(qū)動低功耗電子設(shè)備運作。利用自供電技術(shù),能夠有效實現(xiàn)零電能消耗,節(jié)約安裝和使用成本,保護環(huán)境。太陽能和風能是目前我們主要的開發(fā)和利用的資源。

地面瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)處于比較偏遠的地區(qū),具有利用太陽能和風能的有利條件。風光蓄電互補供電裝置整體結(jié)構(gòu)成熟,應(yīng)用范圍廣,比如地處偏遠山區(qū)的隧道供電和通訊基站等,還有在大功率的發(fā)電系統(tǒng)和小功率的LED照明領(lǐng)域成熟應(yīng)用。風光互補控制器是自供電調(diào)節(jié)的控制核心,利用MPPT技術(shù)高效率地轉(zhuǎn)化風力發(fā)電機和太陽能電池所發(fā)出的電能,還提供了強大的控制功能,比如太陽能電池防反沖和防反接,蓄電池過充電保護、過放電保護、接反保護和開路保護,還有風機自動剎車等多種功能。

2 無線傳輸系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線技術(shù)的迅猛發(fā)展,各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)運而生,無線傳輸技術(shù)應(yīng)用越來越被各行各業(yè)所接受。目前遠距離無線傳輸技術(shù)有GPRS、LoRa擴頻、數(shù)傳電臺、網(wǎng)橋、衛(wèi)星通信和短波通信技術(shù)等,GPRS無線傳輸技術(shù)應(yīng)用成熟、廣泛,適用于煤礦瓦斯抽采監(jiān)測點數(shù)據(jù)的遠程傳輸。

無線傳輸裝置采用藍色雙通道輸入雙通道輸出外殼,其中核心板采用了無線收發(fā)SIM800C 模塊。SIM800C 模塊是一個完整的四頻段GSM/GPRS模塊,緊湊設(shè)計,集成GPRS 和藍牙3.0。可以低功耗實現(xiàn)語音、DTMF、TTS、短信、GPRS數(shù)據(jù)的傳輸。SIM800C板在外圍硬件的設(shè)計上參考了SIM800模塊的硬件設(shè)計指南,對板子的電源、保護和抗干擾上做了更多設(shè)計。電源采用DCDC電源模塊供電,電源穩(wěn)定、效率高。后極磁珠濾波紋波小,支持USB 直接供電,同時帶電源使能引腳,可以控制模塊電源。SIM 卡采用目前主流的MICRO卡座,質(zhì)量更堅固,也不用因為小卡而煩惱,同時添加ESD靜電保護電路。模塊支持3.3V 和5VTTL串口,支持5V－18V的寬工作范圍,使得模塊可以非常方便與其他產(chǎn)品進行連接,從而提供包括語音通話、短信、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和藍牙等功能。無線傳輸裝置輸入端口包括蓄電池電壓和RS232串口信號,輸出端口包括電源、無線串口信號、電源串口信號和無線控制信號。

系統(tǒng)整體基于雙立柱,雙立柱頂端平臺用于支承野外自供電系統(tǒng)及抽采計量裝置,雙立柱側(cè)面平臺用于布置露天分布式多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),同時可供維護人員對抽采計量裝置進行維護。

3 礦井地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

臨渙煤礦9113工作面回采期間瓦斯涌出量20m3/min～30m3/min,瓦斯涌出量大,依靠老塘埋管、高位鉆孔及上向攔截鉆孔難以解決鄰近層大量泄壓瓦斯,保障不了該工作面安全高效回采。為此在距切眼40m 位置處起,設(shè)計地面瓦斯抽采井4口,工程量1892m;同時采用老塘埋管、高位鉆孔、上向攔截鉆孔措施進行瓦斯抽采。礦井東翼建有地面永久抽采系統(tǒng),具備地面抽采條件。地面鉆井穿透被保護層7煤進入保護層9煤底板,在保護層開采期間,地面鉆井對被保護層7煤卸壓區(qū)域瓦斯進行高負壓抽采。

地面鉆井設(shè)計：根據(jù)工作面走向及抽采半徑,共設(shè)計4口地面井,鉆井開孔直徑311mm,終孔直徑129mm,四口地面井工程量1892m。

地面鉆井布置：工作面走向方向地面井間距主要根據(jù)抽采半徑確定,兩淮地區(qū)地面采動井抽采半徑一般為200m,設(shè)計時地面鉆井的抽采半徑取150m。沿工作面走向第一口鉆井距9113 工作面切眼40m,距工作面風巷50m。

9113工作面地面井距離安全監(jiān)控中心站將近10公里,采用傳統(tǒng)有線傳輸方式需布置較長的監(jiān)測線纜,并且受地面流動人員的影響,后期的維護工作量也會很大;瓦斯抽采系統(tǒng)所處自然環(huán)境復(fù)雜,抽放管道及儀器設(shè)備暴露于野外,夏天高溫及雷暴天氣和冬天干燥低溫環(huán)境,對瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)備的適用性要求更高。

針對上述情況,臨渙煤礦與中煤科工集團重慶研究院有限公司合作開發(fā)了地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)。9113工作面地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)安裝有兩個測點,分別安裝于9113－2,和9113－3兩個地面井抽采管路上,當前已實現(xiàn)了兩個地面井數(shù)據(jù)的實時穩(wěn)定測量,測量的數(shù)據(jù)通過4G移動網(wǎng)絡(luò),傳輸?shù)降V端KJ90X系統(tǒng)監(jiān)控軟件上,同時通過公司已有聯(lián)網(wǎng)平臺,將抽采數(shù)據(jù)實時上傳到集團公司,并能夠在手機移動APP上顯示出來。

4 結(jié)論

礦井地面井瓦斯抽采單獨計量監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合煤礦瓦斯抽采實際需求提出,是淮北礦業(yè)抽采四化建設(shè)重要組成部分,有力推進了抽采信息化進步。此系統(tǒng)采用風光互補自供電技術(shù)為系統(tǒng)提供可靠的供電電源,以GPRS無線傳輸,實現(xiàn)云平臺數(shù)據(jù)與礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合;不需敷設(shè)監(jiān)測線纜,減少了后期維護成本。此項目為國內(nèi)首創(chuàng),填補地面井瓦斯抽采計量監(jiān)測空白,具有行業(yè)引領(lǐng)作用,產(chǎn)業(yè)化需求明顯,成果轉(zhuǎn)化程度高、易于推廣。