煤礦井下供水壓風管路智能監(jiān)測系統(tǒng)項目方案

一、系統(tǒng)概況

1.1 項目背景

煤礦井下供水、壓風管路（以下簡稱風水管路）多數為建礦期間敷設安裝，由于井下自然條件惡劣，管路長期受淋水侵蝕、巷道變形、礦井采動壓等影響而出現跑冒滴漏堵，造成采煤工作面、掘進工作面因風、水壓力不足影響生產的情況時有發(fā)生。并且，井下風水管路目前采取人工巡查的方法進行檢查，存在效率低、人力、物力耗費大、不能實時監(jiān)測風水管路的供水、壓風情況、出現突發(fā)事件難以及時發(fā)現、檢查人員容易發(fā)生漏查等等問題。為此，建設煤礦井下供水壓風管路智能監(jiān)測系統(tǒng)十分必要，也有利于提高煤礦的信息化和智能化水平，也是智慧礦山建設的組成部分。

1.2 項目概況

根據煤礦井下風水管路的實際分布情況，建立壓風供水管路智能監(jiān)測系統(tǒng)。對煤礦井下供水、壓風管路重要節(jié)點建立監(jiān)測點，進行遠程實時監(jiān)控，實現管路參數動態(tài)監(jiān)測、實時顯示、欠壓報警，遠程控制，最大限度地降低因水、風壓力不足對采掘工作面生產的影響。通過該系統(tǒng)對管路的實時檢測和調控，可以及時發(fā)現并處理管路故障，確保供水、供風系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保證礦井的正常安全生產，又能合理調配水資源，達到節(jié)能降耗的目的。

二、建設要求

2.1 建設目標

通過對綜合管網建立智能檢測分析控制系統(tǒng)，實現對管路運行情況進行實時監(jiān)測，對供水壓風管路進行三維建模，直觀展現管網系統(tǒng)的布局；安裝流量、壓力等傳感器，通過數據采集設備，將各測點運行狀態(tài)在三維模型中展示；通過測點的邏輯關系，構建事故分析算法，形成一套有效的報警機制，發(fā)生事故，直接在系統(tǒng)中報警提示，根據報警信息，下發(fā)控制命令，遠程控制對應管路的閥門動作，及時止漏，縮短影響范圍，并能實時調控管道水流量及壓力，從而形成監(jiān)測、控制、管理一體化的信息化管路系統(tǒng)集成。

2.2 建設依據

井下供水壓風管路智能監(jiān)測系統(tǒng)項目建設過程中，將依據以下標準(包括但不限于)：

（1）《煤礦安全規(guī)程》2022版；

（2）GB/T 34697 智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術規(guī)范；

（3）GB 51024-2014《煤礦安全生產智能監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)范》；

（4）GB/T 2887-2011電子計算機場地通用規(guī)范；

（5）GB 3836.1-2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分：通用要求；

（6）GB 3836.2-2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分：隔爆型“d”；

（7）GB 3836.4-2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第4部分：本質安全型“i”；

（8）GB/T 9969-2008工業(yè)產品使用說明書 總則；

（9）DB14/T 2060-2020《智能煤礦建設規(guī)范》；

（10）MT/T 286-1992煤礦通訊、自動化產品型號編制方法和管理辦法；

（11）MT/T 772-1998煤礦監(jiān)控系統(tǒng)主要性能測試方法；

（12）MT/T 899-2000煤礦用信息傳輸裝置；

（13）AQ 1043-2007 礦用產品安全標志標識；

（14）MT209-90《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》。

2.3 建設原則

根據實際需求分布管網檢測點，系統(tǒng)具有擴容性、兼容性，保證增加后續(xù)檢測點時投資最小化、接入便捷化，避免重復投資。

三、建設方案

3.1 總體方案

在礦井壓風供水管路上適當地點安裝流量計、壓力傳感器、電控閥門、傳輸裝置等，對管路系統(tǒng)運行情況進行全面采集、控制。

（1）供水管路傳感器安裝位置

安裝位置示意圖如下，電動閥門裝置共4臺，流量計共4臺，壓力傳感器共2臺。供水管路統(tǒng)一管徑為：DN150mm。

●新增下水孔：電動閥門裝置1臺，多聲道超聲流量計1臺，壓力傳感器1臺。

●西翼采區(qū)：電動閥門裝置1臺，多聲道超聲流量計1臺，壓力傳感器1臺。

●東翼采區(qū)：電動閥門裝置1臺，多聲道超聲流量計1臺。

●（3）（5）采區(qū)：電動閥門裝置1臺，多聲道超聲流量計1臺。

（2）壓風管路傳感器安裝位置

壓風管路共4臺電動閥門，4臺壓力傳感器，安裝位置示意圖如下。其中管徑DN250mm為1處,DN150mm為3處。（暫定）

●新增下水孔：電動閥門裝置1臺，壓力傳感器1臺。管徑DN250mm。

●西翼采區(qū)：電動閥門裝置1臺，壓力傳感器1臺。管徑DN150mm。

●東翼采區(qū)：電動閥門裝置1臺，壓力傳感器1臺。管徑DN150mm。

●（3）（5）采區(qū)：電動閥門裝置1臺，壓力傳感器1臺。管徑DN150mm。

（3）系統(tǒng)結構

系統(tǒng)由礦用隔爆兼本安型PLC邊緣一體機、隔爆兼本安型一體式閥門電動裝置、礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計、礦用本安型壓力傳感器、傳輸線纜、工業(yè)以太網傳輸及交換機、接線盒等組成。

系統(tǒng)結構圖如下：

各測點的礦用多聲道超聲流量計及礦用壓力傳感器，通過RS485將流量及壓力信號傳輸至礦用通訊分站，借助井下交換機及環(huán)網，通訊分站將采集的流量及壓力信號傳輸至地面服務器，監(jiān)控軟件運行于地面服務器，進行相關數據存儲、分析、整理等，并提供查詢、統(tǒng)計報表及報警、地圖顯示等功能。同時根據報警信息，對應井下監(jiān)測分站通過RS485向電動閥門控制器下發(fā)控制命令，電動閥門動作，及時止漏，縮短影響范圍。并且，用戶在系統(tǒng)軟件界面操作，借助地面服務器，環(huán)網，交換機及監(jiān)測分站向電動閥門發(fā)送調控指令，實時遠程調控管道水流量及壓力，實現監(jiān)測、控制、管理一體化的信息化管路系統(tǒng)集成。

3.2 主要設備選型與技術參數

3.2.1 礦用隔爆兼本安型PLC邊緣一體機

選用“萬維防爆”KXJ127礦用隔爆兼本安型PLC控制箱。

（1）產品概述：KZX-70T礦用隔爆兼本安型可編程控制箱以KC02-CB本安型可編程控制器與KC01-70T本安型人機界面為控制核心，4只不銹鋼操作按鈕與7.0寸觸摸屏觸摸操作，語音輸出等功能，是一款中型的礦用防爆型控制箱。

（2）產品特點：

●集隔爆與本安兩種防爆型式于一體，結構緊湊、體積小、重量輕。

●采用本安型可編程控制器和本安型人機界面為主要控制部件，安全性能高。

●操作方便，控制方式靈活，適用范圍廣。

●通用性強，項目容易移植。

（3）防爆型式及防爆標志：

防爆型式：礦用隔爆兼本質安全型;防爆標志：Exd[ib]IMb。

（4）與通用控制箱比較：

（5）技術參數：

3.2.2 ZBK礦用隔爆型一體式閥門電動裝置

ZBK隔爆兼本安型一體式閥門電動裝置，是常州蘭陵自動化設備有限公司針對防爆電氣行業(yè)設計研發(fā)的智能型閥門專用控制產品。該產品采用非侵入式一體化結構，是集絕對編碼器技術、可編程單片機技術、紅外遙控技術、液晶顯示、磁控開關等多種最新自動控制技術及先進的制造技術為一體的智能化產品。具有漏電閉鎖保護、短路、斷相、欠壓、過壓、過載保護、相序自適應、人機交互選擇菜單、各種運行狀態(tài)顯示、RS-485總線通訊接口、運行數據打印等新功能。功能全、性能可靠、控制系統(tǒng)先進、體積小、重量輕、使用維護方便，極大簡化了自動化控制系統(tǒng)的配置，無需另配電動閥門控制箱，大幅減少場地空間、工程安裝量和電線電纜，使電動裝置在自動化系統(tǒng)中的應用更為廣泛、可靠。

（1）類型

●防爆型式為隔爆型，防爆標志為“ExdⅠMb”。

●電纜引入裝置型式為壓緊螺母及壓盤式。

（2）主要技術參數

●額定電壓：三相 AC 660V；

●額定頻率：50Hz；

●控制電壓：小于 AC 220V   DC 60V；

●環(huán)境溫度：-20℃～+60℃；

●平均相對濕度：不大于95％RH（+25℃）；

●大氣壓力：80kPa～106kPa；

●通訊口類型：RS485；

●防護等級：IP55；

●爆炸危險的環(huán)境；礦用隔爆dI非采掘工作面；

●無強烈震動和沖擊的地方；

●無破壞金屬和絕緣材料的腐蝕性氣體的地方；

●工作制：電機為短時10分鐘；

●耐受過載電流能力：電動裝置應能承受規(guī)定的過載電流，符合MT/T 661-2011中5.3.4.5、GB/T 14048.4-2010中8.2.4.4和GB/T 5590-2008中8.2.7的規(guī)定；

●短路保護：電動裝置采用電子保護器做短路保護；

●斷相保護性能：電動裝置采用電子保護器做斷相保護；

●相序自糾正：電動裝置可以根據檢測到的電源相序信號，自動調整兩只控制交流接觸器換向，實現相序的自動糾正，保證輸出控制轉向正確；

●欠壓保護：電動裝置當三相交流電源電壓降至額定電壓的85%以下時，主控板實現保護，停止控制輸出，實現對控制對象的保護。當三相交流電源電壓恢復到額定電壓的85%以上時，主控板模塊退出保護，電路正常工作；

●主電路漏電閉鎖保護性能：主電路漏電閉鎖保護應符合表10的規(guī)定：當主電路對地絕緣電阻降低到表6動作值以下時,應實現主電路漏電閉鎖,當上升到動作值的1.5倍時,應解除主電路漏電閉鎖；

●動作特性：在額定控制電壓的75%～110%之間的任何電壓下，電動裝置中的接觸器應能可靠吸合；在額定控制電壓的20%～60%之間處于吸合狀態(tài)的接觸器應能釋放；

●電動裝置必須有手電連鎖機構：現場手動操作時，可自動切斷電動控制回路電源，保證就地操作的安全性；

★ 礦用一體式電動閘閥配套的閥門電動裝置出具國家泵閥產品質量監(jiān)督檢驗中心的不少于 2 萬次壽命試驗報告。

★ 全部產品具有MA證、防爆合格證、生產許可證三證齊全、3C認證；生產廠家具有環(huán)境管理體系證書、職業(yè)健康管理體系證書、質量管理體系證書，符合GB3836-2010等礦用產品標準要求。

3.2.3 LCZ200/680DY礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計

LCZ200/680DY礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計為河北捷騰測控技術有限公司生產。

（1）技術特色

LCZ200/680DY型礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計采用了32位 DSP技術，在信號的處理上采用了完全數字化信號處理技術，對接收到的超聲信號進行數字濾波，能較好的分析出干擾信號頻譜，并將之屏蔽掉，加之后期不再單純依賴過零點求取時差，而是采用數學算法進行時差計算，因此其具有相當強的抗干擾的能力。 

當流體中含有固體顆粒、氣泡、直管段不足導致接收信號幅值隨著流量的變化發(fā)生抖動。尤其在直管段不足時，或其前端有不完全打開的閥門、靠近T型管出口時接收信號不僅幅值變化劇烈，其在時間軸上波動也很大。采用單片機的過零檢測時差的方式也不能很好地完成正逆程對峰，會造成很大測量誤差。LCZ200/680DY型礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計對正逆程接收的超聲波信號進行高速AD數字化處理，并進行包絡的軟件相關計算分析，使得超聲流量計對接收的超聲波信號抖動不敏感，不再取決于正逆程信號的過零點，輔以軟件數字計算正逆程時差，大大提高了超聲流量計的抗干擾能力，降低了對超聲流量計的安裝選點要求，極大拓寬了超聲流量計的使用范圍，其測量的準確性與穩(wěn)定性較同類產品更好，國內真正意義上的全數字化超聲流量計。

考慮到煤礦井下一般不能動火焊接、不能停產、不能截斷管道焊接法蘭，插入式和管段式礦用超聲流量計及礦用電磁流量計不適合井下安裝。另外，單聲道礦用超聲流量計的測量精度、穩(wěn)定性、可靠性較差、日常維護量較大，等原因，也不是特別適合井下流量測量，三聲道、四聲道價格較貴。綜合考慮，雙聲道礦用超聲流量計較適合井下流量測量。

（2）礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計技術參數：

★1)流量計精度等級：不低于1.0級。

★2)礦用流量計自帶管道壓力傳感器，可在測量流量的同時測量管道壓力。壓力傳感器供電、數據傳輸均通過流量計主機完成。

★3) 主機處理器必須采用DSP及多聲道測流，測量更準確、穩(wěn)定。多組冗余聲道設計，即使某一探頭出現故障，流量計仍能工作，大大提高了儀表運行的可靠性。

★4)外夾式探頭能有效解決井下管道陳舊、內部結垢嚴重導致測量信號弱、測量不穩(wěn)定、不準確的問題。

★5)全不銹鋼探頭，防水、防摔、防撞擊，比塑料探頭堅固、耐用、可靠，有效避免了長途物流運輸及安裝過程中磕碰、掉落等損壞，適合煤礦井下惡劣工況使用。

★6)按鍵操作：磁感應棒操作，簡單可靠，不打開外殼可進行參數設置、查詢等操作。

7)流速范圍：0.3m/s-5m/s。

8)傳感器連接方式，外夾式、插入式。

9)漢字顯示，具有瞬時流量、累計流量、狀態(tài)信息等顯示功能

10)具有數據存儲及掉電保護功能，存儲時間不少于10年，存儲空間不少于3年數據存儲量。

11)信號輸出：模擬量：4-20mA；數字量：頻率輸出，輸出范圍可任意設置。

★12)通訊接口類型：RS485。協議保證能與管網監(jiān)控系統(tǒng)兼容，且能滿足監(jiān)控系統(tǒng)通訊要求。

★13)電源：交流127V，電壓范圍100-240V，適應井下電壓波動工況要求。

★14)防爆標志：Exd[ib]IMb，防爆型式：隔爆兼本安型，產品具備防爆證及煤安證。

3.2.4 礦用本安型壓力傳感器

（1）技術參數

●傳輸距離：≥100m；

●探頭固定方式：M20*1.5或者M14*1.5標準壓力；

●測量范圍：風壓-0.1～0.8MPa，0～10MPa；

●輸出信號：4-20mA二線制；

●檢測精度：0.2%；

●工作電壓及電流：額定工作電壓DC12～24V，工作電流≤40mA 或鋰電池供電；

★外殼采用不銹鋼材料，防護等級不低于IP65。

3.3 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件基于B/S（瀏覽器/服務器）架構，操作者所有操作都在瀏覽器內完成，只要數據服務器連接到網絡中，則操作者通過在其他聯網計算機的瀏覽器，輸入本系統(tǒng)服務器的IP地址，即可實現運程登錄，進行數據查詢、處理等操作。系統(tǒng)主要功能是把風、水流量及壓力集成到一個界面顯示，能夠按要求查看實時數據及歷史數據，監(jiān)測數據可以用表格、曲線、報表、圖形等方式實現數字顯示和可視化輸出，并可進行相應的編輯、打印、存儲等操作。并且，可遠程控制電動閥門開度及啟停。通過分析監(jiān)測數據，對數據異常的管道進行預警，提醒人工排查，檢查異常管道是否存在跑冒滴漏堵問題。

3.4 預期效果

該系統(tǒng)可實現以下功能：

（1）可實現對井下供水壓風管路系統(tǒng)進行三維建模，直觀展現管網系統(tǒng)的布局。

（2）智能儀表測量技術。通過安裝高精度流量、壓力等傳感器，設置分段檢測點，采集數據，對供水管路的流量及壓力數據進行監(jiān)測，將井下各個測點的數據轉化為數字量，并實時計算出它們的準確值，實現測點運行狀態(tài)在三維模型中直觀顯示。

（3）應用環(huán)網技術，把數字量傳輸給數據分站，分站通過井下交換機與環(huán)網連接，把數據通過以太環(huán)網傳輸到地面監(jiān)控服務器，在地面監(jiān)控器上可直觀看到實時運行數據，傳輸采用標準的通信協議，抗干擾能力強，通信流暢、穩(wěn)定。

（4）應用智能分站控制技術，通過對采集到的現場管路瞬時流量、壓力值等信息進行數據對比，上位機安裝專用監(jiān)控軟件，可以從地面直觀的監(jiān)控到井下的用水情況。

（5）應用計算機信息技術，服務器軟件通過環(huán)網采集儀表數據，對數據處理、分析對比并顯示，用數據庫保存歷史記錄，并可顯示各歷史數據的模擬曲線。支持統(tǒng)計報表的查詢。

四、設備清單

4.1 設備需求一覽表

本設備清單為主要設備清單，需根據現場實際情況，確保功能完整性，補充設備及相關材料，并完善配置。