何忠义
中煤科工集团重庆研究院有限公司, 重庆 400039
摘要：瓦斯抽采是解决我国高瓦斯矿井瓦斯问题的根本途径，国家以法规的形式明确了瓦斯抽采在瓦斯治理中的重要性。在瓦斯监测方面，监测系统需要实现对各工作面瓦斯抽采的各项参数进行监测，能够对瓦斯抽采计量数据进行综合监测，能准确监测各测点工作状态，对可能存在安全故障和危险的管段进行必要而及时诊断和告警，对工作面的抽采效果进行高质量评价，为优化抽采效果进行决策建议的自动化数据采集、数据及时分析，实现区域抽采计量达标，有利于煤矿企业掌握煤层瓦斯赋存规律，建立科学有效的煤矿瓦斯管理体系。基于此，本篇文章对地面井瓦斯抽采计量监测系统的研究与应用进行研究，以供参考。
关键词：地面井；瓦斯抽采计量监测系统；研究与应用
引言
煤炭与煤层气协调开采是我国瓦斯防治的必然需求。我国煤矿大多为井下开采，特别是近些年随着我国浅部资源减少，煤炭开采向深部延伸，煤炭开采中瓦斯事故时有发生，这严重制约着我国煤炭的开采。长期以来，煤矿井下瓦斯抽采计量均以人工测量、计算为准，但是人工计量存在基础数据测定周期长、精度低的缺点，对专业测量人员技术水平和工作责任心要求较高，随着矿井生产规模不断扩大，测量人员日趋紧缺。
1煤与瓦斯抽采治理技术应用的必要性
矿下瓦斯的抽采活动包含的工作内容是非常多的，例如：有关通风的技术和事宜、预测技术和相关事宜、瓦斯动力状态等等。在我国煤炭资源较为充足的区域在地理条件上都非常复杂，这便在很大程度上提升了瓦斯抽采活动的困难性。在煤炭采掘工作中，瓦斯气体属于煤矿中最高级别的危险因素之一，就近年来我国出现的各种煤矿安全事故来讲，瓦斯事故带来的伤亡人数依然是最高的，极易给煤矿开采和矿产领域的整体发展带来重大影响。瓦斯含量过高的煤层采掘工作面，上覆岩层极易受到损坏，岩层容易直接塌陷到矿井采空的区域中，同时在上方塌陷部分出现常见的裂缝区域，上部相邻层的瓦斯和煤层内潜在的瓦斯极易顺延裂缝向外流出，而后汇集在一定空间范围内，强化了瓦斯的浓度。如果不能有效处理瓦斯问题，便会潜藏下巨大的安全风险，最终出现无法挽回的损失。
2瓦斯抽放系统现状
目前建立了地面永久抽放泵站，布置了高、低负压两套抽采系统。目前主要存在问题是抽采在线监测系统不完善，仅在地面泵站高低负压管道入口、回风巷巷口高负压管，9113工作面安设一套抽采测点，其他巷道及各抽采单元、钻场硐室均未安设抽采测点；原抽采系统计量准确性较差，低流速情况下无法测得有效数据，严重影响抽采计量统计；目前市场上的监控系统与原系统接口协议不一致，无法实现有效通讯。因此迫切需要重新设计瓦斯抽采管道监测系统，确保瓦斯抽采动态可控。
3地面井瓦斯抽采计量监测系统的研究与应用
3.1地面井瓦斯抽采计量监测系统的研究
3.1.1系统主要功能
系统采用循环自激式管道流量传感器后，系统抗干扰能力更强，测量下限值更低，最低可监测1m/s流速下的抽采气流量。系统包括如下功能：（1）实时监测。抽采实时列表能够实时统计各个监控点的累计量，并在表格设置中选择要显示的累计量功能，方便工作人员观察和对比，超出上下限的监控值会用红色及声音报警。通过列表可以清晰直观的查看当前测点瓦斯抽采的相关累计量等统计信息，界面显示直观大方，可以根据不同的需要显示不同类型的统计信息。（2）动态显示。系统既能够实时显现当前各管道的瓦斯流量、浓度、温度、负压等参数的监测值，也能随时调取显示煤矿中监测点任一历史时间段瓦斯管路参数，通过在线实时比较不同监测点参数，全面了解不同监测点务逻辑关系并自动判断，便于发现管段泄漏、管段阻塞等异常，达到辅助决策的要求。（3）数据分析。此外系统还可以记录分析当天所有监测点的管道瓦斯流量、浓度、负压、温度的平均值及标况下的混量、纯量的累计值，间接给出大数据分析结果，表格的样式及内容都可以根据需求自己在管理软件中改变和添加，极大的简化了工作流程。
3.1.2计量监控装置工艺
计量监控装置采用集成化箱式设计，由防护箱、蓄电池、风光互补智能控制器、无线收发器模块、浇封兼本安直流电源、矿用本安型显示屏等组成，各大模块功能有机地组合在可移动的钢结构防护箱，整体性强，维护方便。箱体外壳、顶盖采用冷轧钢板进行折弯、组焊成型，前门采用铰链或专用附件连接成形，前门与箱体之间采用发泡密封技术密封，壳体设计上保留了百叶窗孔，同时加大控制器散热面积，采用加强空气对流的方法散热，采用防腐设计和特殊喷涂处理，可适用于多种恶劣环境。计量监控装置防护箱如图1。
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3.1.3其他辅助技术措施
（1）加强重点区域管理。除工作面上隅角外，要加强乳化液泵站、采空区、采煤机及其他电气设备处瓦斯浓度的检查，同时对抽采异常的钻孔、检查孔等重点管理。（2）加强监测监控。同时在工作面两巷及端头安设分站及传感器，全面监测工作面瓦斯、一氧化碳等的浓度情况，全天24h不间断监控。（3）合理通风。通风是降低工作面瓦斯浓度的最有效、最直接和最经济的方法。在工作面两巷及下山的合理位置设置采区测风站和采煤工作面临时测风站，定时测风。当监测到工作面瓦斯浓度出现异常时，及时调节风量，加大测风频率，确保风量充足。
3.2现场应用情况
在某公司9113工作面4号地面井DN250抽排管道上进行地面井抽采监测系统试验。自2019年11月16日至2019年12月15日测量地面井抽采标况流量、管道压力（数据图略）。为检验地面井抽采监测系统计量数据的可靠性及准确度，在试验管道上预留了1个对比测试孔，用于CD3（A）瓦斯抽放参数测定仪人工测试数据，分别在11月16日、11月26日和12月14日对标况流量管道压力进行对比测试，流量参数测量对比见表1。
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从测量地面井抽采标况流量、管道压力数据分析可知，标况纯流量随着抽采时间推进，气体混合流量呈现明显下降趋势，管道压力随着抽采时间推进，抽出瓦斯的阻力越来越大，管道负压越来越大。根据表1分析可知，地面井监控系统计量的标况纯量、管道压力和管道温度与人工采用CD3（A）瓦斯抽放参数测定仪测定的数据基本一致，测试结果在合理误差范围内，验证了地面监控系统计量的准确性。整套设备自2019年11月16日运行1个月以来，全套设备没有出现过任何故障及不正常现象；在线抽采检测设备的管道流量、压力、温度测量结果和人工测量结果数据吻合；从中心站记录曲线上看，该套检测设备监测的数据变化均能与实际施工情况、环境条件相对应，测量准确性和稳定性较好。
结束语
总而言之，瓦斯抽采计量监测系统能够根据监测数据或人工导入的相关参数，进行动态化的评判，评估计算结果能够通过图表的形式直观呈现，保障了生产安全。
参考文献
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作者简介：何忠义（1981--），重庆江津人，工程师，大专，2003年毕业于重庆工业职业技术学院，主要从事瓦斯监测系统现场应用技术、仪器仪表等方面的研究与技术推广等工作。