碱沟煤矿关于建立瓦斯抽采管网监控系统的技术方案.docx

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碱沟煤矿关于建立瓦斯抽采管网监控系统的技术方案

碱沟煤矿瓦斯抽采管网监控系统技术方案

神新公司碱沟煤矿

2013-10

目录

第一章业务分析2

1.1碱沟矿现状及分析2

1.1.1碱沟矿瓦斯抽采现状2

1.1.2测点部署需求3

1.1.3监测业务需求3

1.1.4网络通信需求3

1.2系统建设的意义及作用3

第二章系统介绍4

系统结构4

2.1.1井下瓦斯抽采监控网络系统4

2.1.2传输网络系统4

2.1.3监控中心机房服务器系统5

系统功能5

2.2.1监控业务管理软件功能5

2.2.2管道瓦斯监测设备功能6

2.2.3监控分站功能6

2.3主要设备技术参数6

2.3.1监测感知设备6

2.3.2监控分站7

2.3.3光纤环网交换机7

第三章碱沟矿测点部署方案8

3.1管网监控系统拓扑图8

3.2工作面测点与分站部署8

3.3地面泵站测点与分站部署9

3.4测点与分站部署一览表9

第四章设备配置清单11

4.1瓦斯抽采管网监控系统配置清单11

第一章业务分析

随着我国经济高速持续的发展，对能源的需求日益扩大，而煤炭资源作为我国重要的基础能源，在国民经济发展中具有重要的作用。

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。

瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯突出事故的根本之道，而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。

为进一步推进煤矿瓦斯先抽后采、综合治理，强化和规范煤矿瓦斯抽采，实现煤矿瓦斯抽采达标，国家发展改革委、国家安全监管总局、国家能源局、国家煤矿安监局2011年10月16日颁布了《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，要求建立能够对瓦斯抽采进行流量、浓度、压力和温度等综合参数检测的在线瓦斯抽采管网监控系统，对于瓦斯矿井特别是高瓦斯矿井，必须做到“抽采达标后方可开采”的行业标准。

碱沟矿尚未建立独立的瓦斯抽采管网系统，为及时准确的对瓦斯抽采区域及全矿的抽采效果进行评价，迫切需要建立一套瓦斯抽采管网计量监控系统。

1.1碱沟矿现状及分析

为了做好矿井瓦斯抽采管网监控系统的建设，达到四部委163号文件对管道瓦斯抽采效果的评价分析要求和国家职能部门关于管网监控系统的管理要求，充分考虑了煤矿领导对瓦斯抽采管网监控系统的建设目标。

碱沟煤矿位于天山北麓中部地带距乌鲁木齐北门28公里，是一个年设计产量60万吨的国有重点煤矿，是新疆玛纳斯电业集团公司及A区煤的主要供煤单位。

1.1.1碱沟矿瓦斯抽采现状

目前，2011年3月碱沟煤矿建立西一+541m水平井下移动式瓦斯抽放泵站（西一+541m井下移动式瓦斯抽放系统泵型号为2BEC40，安装2台水环真空泵，单台额定抽采能力为110m3/min），根据矿井抽采需要，2012年建立地面永久瓦斯抽采泵站（地面永久瓦斯抽放系统泵型号为2BEC52，安装4台水环式真空泵，单台额定抽采能力为235m3/min）。

2013年4月初西一移动式瓦斯抽放系统停抽，转为地面瓦斯抽放。

1.1.2测点部署需求

瓦斯抽采监控系统应该考虑在抽放泵站、主管道、干管道、支管道、工作面、独立区域和钻场部署测点，实现对指定测点、管段、区域的抽采效果计量和评价。

目前，碱沟矿需要与瓦斯监控相关测点部署位置为地面泵站负压侧、西一541煤层瓦斯抽放巷、西一518煤层瓦斯抽放巷、西一495煤层瓦斯抽放巷。

1.1.3监测业务需求

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、曲线分析。

●数据采集完成对井下管道瓦斯抽采监测数据的及时搜集。

●业务分析是指根据采集的数据进行分析和诊断，发现异常，及时告警，完成对抽采效果的参考评价。

●在线监测以不同形式完成对监测对象的实时监视，发现异常及时告警。

●曲线分析将相互关联监测点的相同参数和同一监测点的不同参数进行实时监测，便于分析管段之间的漏、堵等异常情况。

1.1.4网络通信需求

根据目前碱沟煤矿井下通信现状，在瓦斯抽采监控系统井下管道瓦斯监测数据上传过程中，在井下中央变电所和地面机房各部署一台环网交换机，从机房至井下中央变电所敷设光缆组建光纤通信网络，井下分站就近接入交换机上传监测数据，实现瓦斯抽采管网监控系统和地面服务器中心系统、业务管理系统之间的数据和业务通信连接。

1.2系统建设的意义及作用

通过建立井下瓦斯抽采管网监控系统，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。

同时，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。

监控系统的建立不仅可对各个支管道、主干管道瓦斯抽采的计量，还可对各个瓦斯抽采区域的瓦斯抽采效果进行评价分析，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。

第二章

系统介绍

2.1系统结构

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。

2.1.1井下瓦斯抽采监控网络系统

井下瓦斯抽采监控网络系统主要由管道流量传感器、管道红外甲烷浓度传感器、管道温度传感器、管道压力传感器等组成的测点监测设备以及用于现场数据采集、汇聚、上传、控制、对传感器供电的分站、电源箱等设备组成。

通过布置在瓦斯抽采管道上的监测感知设备实现对监测点流量、浓度、压力、温度和一氧化碳的实时监测，将各个测点监测数据通过矿用线缆连接到所属区域的隔爆兼本安型分站上，由分站接入传输网络系统进行数据上传。

从而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。

2.1.2传输网络系统

传输网络系统担负着将井下瓦斯抽采监测网络系统的监测数据按照采集要求及时传输到煤矿监控中心机房的采集设备中，并将人工或者自动控制指令及时分发给现场分站。

传输网络系统主要包括传输线路和传输设备,传输网络系统主要承载着监控中心服务器系统对矿井监控网络系统的控制信息和业务信息的传输。

针对碱沟矿的情况，通过建设从调度室到井下变电所的光纤网络上传井下管道瓦斯监测数据，在调度监控室内实现对井下管道瓦斯监测数据的集中展示。

2.1.3监控中心机房服务器系统

监控中心机房服务器系统主要由部署在煤矿监控机房的服务器设备、监控中心的监控设备和监控业务管理软件组成。

●监控机房的服务器设备包括多应用服务器设备、网络交换设备等，按照行业安全要求，多应用服务器使用双机热备份方式进行数据备份存储。

●监控设备主要包括监控主机，监控主机主要部署C/S和B/S业务管理软件。

●监控业务管理软件主要由设备部署与系统配置；实时在线监控；业务报表分析功能模块组成。

2.2系统功能

瓦斯抽采管网监控系统包括井下管网测点监测设备、现场分站设备组成的井下管网监控系统，使用光纤网络传输系统，以及设备部署与系统配置模块、监控业务管理模块（包括C/S版和B/S版）构成的监控软件服务器系统。

2.2.1监控业务管理软件功能

监控业务管理软件主要包括四个方面的业务：

设备部署与系统配置；实时在线监控与曲线分析；历史事件回放和业务报表分析。

●设备部署与系统配置：

设备部署主要完成监控系统中的测点、测点关联的传监测感知设备、测点关联的现场分站的位置部署，测点之间的位置关联和业务关联。

系统支持在线定义或修改系统中各种传感器及分站的部署位置、控制通道、上下限报警值、断电值和复电值等，并且允许授权用户自行定义或删除分站和传感器。

系统具备授权操作权限的功能，防止非相关人员操作。

●实时监控：

主要包括文本明细监控、曲线监控、测点曲线监控，具备基于系统图、拓扑图、电子图纸的实时监控能力，并图形化、直观化地实现煤矿下属的监控分站、测点和传感器的展示。

从而为矿领导提供直观而全面的井下管道瓦斯抽采信息的展示。

●曲线分析：

提供在线的实时曲线展示和历史数据曲线展示。

实时曲线展示，在线地显示煤矿中监测点的瓦斯流量、浓度、温度、负压等监测值，通过实时在线的单个测点测值的展示，可直观了解该监测点各个参数的变化趋势，便于梳理测点异常和测点设备异常发现。

●报表分析：

提供表格、图形等报表格式，可周期性形成煤矿井下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。

2.2.2管道瓦斯监测设备功能

CGWZ-100（A）管道瓦斯气体综合参数测定仪，由主机、甲烷浓度传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器组成。

CGWZ-100（A）具备本地数码显示功能，甲烷浓度、温度和压力测量参数都可在主机上同时显示，流量传感器单独显示流量测量数据。

GTH500煤矿用一氧化碳传感器，对瓦斯抽放管内一氧化碳浓度进行检测，适应在含尘、高湿的环境下长期稳定可靠工作。

2.2.3监控分站功能

KJ370F隔爆兼本安型分站具备电源管理、数据采集、数据存储、状态监控、瓦斯风电闭锁、数据上传等六大功能。

分站可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道、多制式的信号采集功能和通讯功能，及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。

2.3主要设备技术参数

2.3.1监测感知设备

主要技术参数

●流量：

管径为DN300时，0～100m3/min（精度±3%FS，量程可根据管径不同进行相应扩展）

●甲烷：

0～100%（精度±10%FS）

●压力：

0kPa～200kPa（绝压）或负压0-100kPa（精度±1.5%FS）

●温度：

-10℃～＋50℃（精度±1℃）

●一氧化碳：

测量范围：

0～500ppm（可扩展为0～1000ppm）（测量误差：

0～100ppm范围：

±4ppm;（100～500）ppm范围：

真实值的±5%）

2.3.2监控分站

KJ370F隔爆兼本安型分站是针对煤矿瓦斯抽采管网监控系统设计的专用分站，具备电源管理、数据采集、数据存储、状态监控、瓦斯风电闭锁、数据上传等六大功能。

主要技术参数

●输入电压：

127V/220V/380V/660V

●输出电压：

+18VDC（8路）,本质安全型

●工作电压等级：

+12VDC

●传感器输入端口：

16个（+18VDC；模拟量、开关量可任意互换）

●断电控制输出口：

8个（近程、远程各4个）

●输入信号等级：

200Hz～1000Hz或1200Hz～2000Hz（高浓度）、1mA或5mA（电流开关量）4～20mA（电流型模拟量）、1～5V（电压型模拟量）、0～5V（电压型模拟量）、1～5V（电压型开关量）、0～5V（电压型开关量）。

●通讯方式：

RS485总线

●通讯频率：

2400波特

●通讯距离：

2km（对传感器）、5km（远程断电）、10km（对地面中心站）

2.3.3光纤环网交换机

KJJ31光纤环网交换机用于监控系统数据交换传送，具备以太网或RS485通信接口的设备接入环网。

环网交换机取得MA标志，通信接口为2个冗余光纤以太网口，6个传输通信口，备用电源工作时间不小于2h。

第三章碱沟矿测点部署方案

结合目前碱沟煤矿井下瓦斯抽采的现状和通信情况，具体的监测点部署方案如下：

3.1管网监控系统拓扑图

从上图可以看出，在数据传输方面，从地面机房敷设光缆至井下中央变电所，在中央变电所和地面机房各部署一台交换机上传数据；在测点部署方面，需要部署4台分站和8个监测点可较好地有地面泵站负压侧、西一541煤层瓦斯抽放巷、西一518煤层瓦斯抽放巷、西一495煤层瓦斯抽放巷等区域的管道瓦斯抽采效果进行评价和计量。

3.2工作面测点与分站部署

结合目前碱沟矿的具体情况，需要进行瓦斯抽采管网监控的位置有地面泵站负压侧、西一541煤层瓦斯抽放巷、西一518煤层瓦斯抽放巷、西一495煤层瓦斯抽放巷等区域，其监测点的具体安装位置如下：

●西一541煤层瓦斯抽放巷监测：

部署2个测点，测点安装在西一541煤层瓦斯抽放巷口高、低压管道上，管道管径为DN355，监测点将有效计量和评价西一541煤层的瓦斯抽采效果，分站F1安装在西541瓦斯抽放硐室。

两个监测点共用分站F1，到分站的距离约为100米。

●西一518煤层瓦斯抽放巷监测：

部署2个测点，测点安装在西一518煤层瓦斯抽放巷口高、低压管道上，管道管径为DN355，监测点将有效计量和评价西一518煤层的瓦斯抽采效果，分站F2安装在西541瓦斯抽放硐室。

两个监测点共用分站F2，到分站的距离约为200米。

●西一495煤层瓦斯抽放巷监测：

部署2个测点，测点安装在西一495煤层瓦斯抽放巷口高、低压管道上，管道管径为DN355，监测点将有效计量和评价西一495煤层的瓦斯抽采效果，分站F3安装在西541瓦斯抽放硐室。

两个监测点共用分站F3，到分站的距离约为300米。

3.3地面泵站测点与分站部署

●地面泵站主管监测：

部署2个测点，测点分别安装在地面泵站负压侧的高、低压瓦斯抽采管道上，管道管径为DN355，两个监测点将有效计量和评价整个煤矿的瓦斯抽采效果，分站安装在斯抽放泵站内，两个监测点共用分站F4，监测点到分站F4的距离约为200米。

3.4测点与分站部署一览表

表5-1接入交换机位置：

495中央变电所

序号

分站

分站位置

分站间距离

测点

序号

测点位置

分站距离测点

管径

1

分站F1

西541瓦斯抽放硐室

距离分站F2约10米

1

西一541煤层瓦斯抽放巷口低压管道上

100米

DN355（PE管道）

2

西一541煤层瓦斯抽放巷口高压管道上

100米

DN355（PE管道）

2

分站F2

西541瓦斯抽放硐室

距离分站F3约10米

3

西一518煤层瓦斯抽放巷口低压管道上

200米

DN355（PE管道）

4

西一518煤层瓦斯抽放巷口高压管道上

200米

DN355（PE管道）

3

分站F3

西541瓦斯抽放硐室

距离中央变电所约600米

5

西一495煤层瓦斯抽放巷口低压管道上

300米

DN355（PE管道）

6

西一495煤层瓦斯抽放巷口高压管道上

300米

DN355（PE管道）

4

分站F4

地面泵房内

距离调度机房800米

7

地面泵站低负压管道

200米

DN355（PE管道）

8

地面泵站高负压管道

200米

DN355（PE管道）

以上测点与分站的具体安装位置，根据在测点与分站安装过程中的实际情况，做出相应的调整。

出于良好的抽采效果评价，井下监控网络4台分站8个测点，分别对地面泵站负压侧、西一541煤层瓦斯抽放巷、西一518煤层瓦斯抽放巷、西一495煤层瓦斯抽放巷管道进行瓦斯浓度、流量、压力、温度和一氧化碳的监测和计量。

在上述方案中，分站可考虑一定备用量以满足日后工作面拓展的监测上传需要，即：

共计5台分站。

按照以上方案，能够在有限的建设成本投资基础上，达到较好的瓦斯抽采效果评价与分析。

第四章设备配置清单

4.1瓦斯抽采管网监控系统配置清单

序号

产品名称

规格及型号

单位

数量

单价（元）

金额（元）

备注

1

监控系统软件

KJ370

套

1

10000

10000

设备部署与系统配置

2

智能汇聚指挥平台

台

1

15000

15000

数据采集、分析

3

多应用服务器

研华ACP-2010MB0/500G硬盘/4G内存

台

2

7500

15000

数据存储与管理

4

双机热备份软件

套

1

14445

14445

备份管网监测数据

5

网络交换机

华为，S2700-9TP-SI（AC）

台

1

750

750

6

UPS电源

STK，2KVA/2h

套

1

7790

7790

含电池和电池柜，提供2小时不间断供电

7

机柜

套

1

6350

6350

8

打印机

HP1106

台

1

1100

1100

报表打印

9

音箱

台

1

390

390

声音报警

10

监控主机

研华IPC-610/500G硬盘/2G内存/键盘/鼠标/22吋显示器

台

1

7550

7550

监控软件B/S或C/S部署

11

通信线路避雷器

个

2

1500

3000

12

电源避雷器

WLDM8-20KA

个

2

190

380

13

监测分站及电源

KJ370F

台

5

19000

114000

含一套备用

14

地面环网接入器

CJJ02

台

1

32000

32000

地面

15

矿用环网接入器

KJJ31

台

1

39000

39000

井下

16

煤矿用聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套通信电缆

4芯（MHYV1*4*7/0.52）

km

5

6400

32000

主通信电缆

17

煤矿用聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套通信电缆

8芯（MHYV4*2*7/0.52）

km

3

10800

32400

传感器电缆

18

煤矿用阻燃通信光缆

铠装8芯

km

1.2

5550

6660

19

煤矿用橡套移动电缆

MY3*4+1*4/0.38/0.66KV

km

0.1

10000

1000

20

本安型接线盒

JHH-4四通

个

30

100

3000

21

本安型接线盒

JHH-2两通

个

50

50

2500

22

管道瓦斯气体综合参数测定仪

CGWZ-100（A）对流量、瓦斯浓度、压力、温度四个参数进行监测

套

8

76000

608000

23

煤矿用一氧化碳传感器

GTH500

台

8

5700

45600

24

辅料

管道焊接套、探头堵帽、扳手、喇叭扳手、光纤跳线等未列物料

项

1

2000

2000

总价

玖拾玖万玖仟玖佰壹拾伍元整（999915元）

注意事项：

◆在瓦斯抽采管网监控系统数据上传过程中，通过敷设光缆，地面和井下各部署一台交换机组建光纤通信网络上传管道瓦斯监测数据。