瓦斯抽采管网监测一体化技术研究与应用

文/肖珷

瓦斯抽采管网监测一体化技术研究与应用

文/肖珷

瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯突出事故的根本之道，建立和使用瓦斯抽采管网的计量监测系统，是客观评价瓦斯抽采效果及是否达标的重要依据。平煤股份公司十二矿位于平顶山矿区东部，是煤与瓦斯突出矿井。近年来，十二矿深入实践科学发展观，大力推进管理和技术创新，全方位综合治理瓦斯，通过安装KJ370瓦斯抽放管网监控系统，连续监测管道瓦斯的浓度、流量、压力、温度及一氧化碳浓度等参数，实现了煤矿井下瓦斯抽采连续在线监测，优化了瓦斯抽采方案，大幅提高了矿井的瓦斯抽采、利用效率，实现了安全生产。本文就KJ370瓦斯抽放管网监控系统在十二矿的应用进行了阐述。

一、系统简介

KJ370瓦斯抽放管网监控系统包括KJ2008监测软件、KJ370隔爆兼本安型分站和KJ370-J型数据通讯接口以及相关传感器，具有模拟量，开关量，累计量采集、传输、存储、处理显示、打印,以及声光报警、控制等功能，用来监测管道甲烷浓度、环境甲烷浓度、压力、流量、温度、馈电状态等。系统安装完成后可实现地面实时在线监测井下各个监测点的抽采参数，根据监测数据调节抽采参数，有利于提高抽采效率。

系统由各管道瓦斯监测点浓度、流量、压力、温度、CO等各种传感器←→监测主机←→监控分站←→环网交换机←→地面核心交换机←→中心交换机←→智能数据汇聚指挥平台+多应用服务器+监控主机+显示器等组成。精度高、稳定性好、易于安装和维护的瓦斯抽采管网计量监控系统是瓦斯治理的保障，不仅能够实现煤矿井下瓦斯抽采连续实时在线监测，精确测定瓦斯抽采参数，同时实现分段计算工作面抽采量、抽采率，为瓦斯抽采效果评价提供依据，最终实现突出煤层消突、保障安全生产。

二、现场应用与效果

准确评价煤矿瓦斯抽放效果，是预防煤矿瓦斯灾害事故发生的关键。十二矿己15煤层瓦斯赋存量大，自2012年安装了KJ370瓦斯抽放管网监控系统后，通过连续监测管道瓦斯气体的浓度、气体流量、压力、温度及一氧化碳浓度等综合参数，优化瓦斯抽采方案，大大提高了矿井的瓦斯抽采、利用效率，实现了安全生产。具体效果如下：

1.异常预警

根据一段时间内巷道瓦斯的常态浓度、流量、压力、温度、CO常规参数，设置预警和报警值，出现异常时及时进行提醒，现场人员根据监控情况可以进行及时、准确的排查处理。如图1，西翼第二瓦斯治理巷穿层测点2015年1月16日～1月17日各参数历史曲线，从图1中看到管道出现3次明显的、4次较小的CO浓度突升缓降现象。

图1 西翼第二瓦斯治理巷穿层测点历史曲线

通过西翼第二瓦斯治理巷穿层测点与己15-17220进风巷500m本煤层测点CO历史曲线对比，从图2可以看出，己15-17220进风巷500m本煤层测点在2015年1月20日13∶00前，现场人员对传感器进行了一次数据对比，CO浓度因为进入空气，浓度降为0值，之后立即恢复；13∶00巷道迎头进行放炮作业，导致CO浓度急剧上升，放炮产生的CO在环境中扩散，经过煤体缝隙渗透到瓦斯钻孔，被抽采管路吸回，13∶06达到峰值84.35ppm；还有一部分CO经缝隙渗透到第二瓦斯治理巷穿层钻孔中，然后到达第二瓦斯治理巷穿层孔管道内，30分钟后达到峰值22.588ppm。

图2 西翼第二瓦斯治理巷穿层与测点历史曲线

2.区段分析

图3 己15-17200底抽巷管道甲烷浓度分段变化曲线

截取图3数据可知：2012年 11月 9日己 15-17200底抽巷停采外50m、300m、400m、500m、700m各测点的甲烷浓度分段曲线，在同一抽采管路的不同测点的瓦斯浓度在同一时间段内同时上升或下降，验证了管道传感器测量数据的一致性，说明在不同抽采段的瓦斯浓度存在同升同降的规律性。己15-17200底抽巷停采线里500m至700m区段瓦斯浓度从00∶00∶00的较低值逐渐变为14∶50∶00以后的最高值，可以推断该抽采区段可能受当天采煤工作面卸压影响，煤层松动明显，造成瓦斯涌出量增大。

图4 己15-17220进风巷本煤层500m处测点曲线

截取图4己15-17220进风巷本煤层500m测点各参数变化曲线可知：

（1)2015年在1月16日15∶59∶00前后，抽采负压先降后升，对应的流量、瓦斯和CO浓度出现一次先降后升过程，抽采负压越大，抽采量越大；抽采负压下降，抽采量降低。由此可见，可通过加大抽采负压提高抽采量。

（2)2015年1月17日03∶45∶00前后,负压小幅上升后下降，流量减小、瓦斯和CO浓度上升后下降。判断为上游管段阀门关小后又打开，抽采瓦斯量减小，瓦斯钻孔漏风减小，浓度增大。

3.漏气诊断

图5 己15-17220进风巷本煤层测点历史曲线

根据图5分析如下：

（1)在8∶00～9∶00之间，己15-17220进风巷本煤层管道内负压减小，甲烷浓度减小，混合量增加，在9∶30到达峰值。结合现场抽放钻孔排查情况，该区域出现钻孔漏气现象，处理后，抽采负压在9∶30后逐渐上升，甲烷浓度增大，流量略微下降，说明堵漏有效。

（2)在12∶00左右继续增大系统负压，管道甲烷浓度增大到25%后不再增加，反而有所下降，分析为由于瓦斯在煤层流动需要时间，抽采力应与瓦斯补给的速度相匹配，当预抽区域瓦斯补给量少于瓦斯抽采能力时，会出现压力增加浓度反而减小的情况。所以根据该曲线分析，可找到每个抽采区域的最佳抽采负压，通过调整抽采负压至最佳，确保瓦斯抽采量最大化。

4.误差测量

采用人工现场测试的方式存在很多弊病，且人工现场测试是离线状态，无法及时地反应测点的异常状态。其现场采集数据代替不了测点的抽采持续状态描述，更不能作为当前管网的工作状态。KJ370-J型数据通讯接口和相关传感器具有标定周期长、抗干扰能力强、高精度、高可靠性和使用寿命长的特点，提高了传感器测量的灵敏性和准确性，且不受压力、温度波动的影响，可在高湿、高粉尘、高负压的环境下正常工作。

同时，抽采计量系统相对误差对比分析使对比更有可比性。采用相对误差进行比较，相对误差=|监测数据-人工数据|/人工数据。用相对误差的均值来比较监测数据的准确性，均值越小监测数据越准确；用相对误差的方差来比较监测数据的稳定性，方差越小则监测数据波动越小，越稳定。通过对瓦斯抽采负压、浓度、混合量和纯量的监测效果对比，得到西翼第二瓦斯治理巷己15-31010回风巷监测数据与人工监测数据相对误差均值与方差比较，见表1、表2。

表1 2014年8月西翼第二瓦斯治理巷抽采参数与人工计量对比表

表2 2014年11月己15-31010回风巷抽采参数与人工计量对比表

三、结论与建议

1.KJ370管网监测系统实现了同时显示甲烷浓度、负压、温度、流量、一氧化碳浓度等参数；实现了分段监测、分段计量，对于抽采区域存在CO现象可以准确判断并排除，大大缩小了抽采钻孔的排查范围。

2.利用瓦斯监控抽采系统不仅实现了抽采监测数据的本地显示，还实现了远距离传输，便于集中管理，统一指挥，并上传局域网，实现了抽采监测与安全监测系统一体化的安全管理模式，确保了瓦斯抽采利用。

3.监测数据与人工测量误差均在1%左右，可以为优化瓦斯抽采方案提供可靠依据。

4.管路在严重潮湿的环境下影响流量数据的准确性，矿井要加大抽采管路放水管理，防止管路积水。

（作者系平煤股份十二矿矿长）

（责任编辑：周琼）