井下供水壓風(fēng)管路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目方案

一、系統(tǒng)概況

1.1 項(xiàng)目背景

煤礦井下供水、壓風(fēng)管路（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)水管路）多數(shù)為建礦期間敷設(shè)安裝，由于井下自然條件惡劣，管路長(zhǎng)期受淋水侵蝕、巷道變形、礦井采動(dòng)壓等影響而出現(xiàn)跑冒滴漏堵，造成采煤工作面、掘進(jìn)工作面因風(fēng)、水壓力不足影響生產(chǎn)的情況時(shí)有發(fā)生。并且，井下風(fēng)水管路目前采取人工巡查的方法進(jìn)行檢查，存在效率低、人力、物力耗費(fèi)大、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)水管路的供水、壓風(fēng)情況、出現(xiàn)突發(fā)事件難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、檢查人員容易發(fā)生漏查等等問(wèn)題。為此，建設(shè)煤礦井下供水壓風(fēng)管路智能監(jiān)測(cè)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(shè)的組成部分。

1.2 項(xiàng)目概況

根據(jù)井下風(fēng)水管路的實(shí)際分布情況，建立壓風(fēng)供水管路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)井下供水、壓風(fēng)管路重要節(jié)點(diǎn)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)管路參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、欠壓報(bào)警，最大限度地降低因水、風(fēng)壓力不足對(duì)采掘工作面生產(chǎn)的影響。通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)管路的實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理管路故障，確保供水、供風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保證礦井的正常安全生產(chǎn)，又能合理調(diào)配水資源，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

二、建設(shè)要求

2.1 建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)綜合管網(wǎng)建立智能檢測(cè)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管路運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；安裝流量、壓力等傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將各測(cè)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)在系統(tǒng)中展示；通過(guò)測(cè)點(diǎn)的邏輯關(guān)系，構(gòu)建事故分析算法，形成一套有效的報(bào)警機(jī)制，發(fā)生事故，直接在系統(tǒng)中報(bào)警提示，根據(jù)報(bào)警信息，下發(fā)命令，及時(shí)止漏，縮短影響范圍，并能實(shí)時(shí)調(diào)控管道水流量及壓力，從而形成監(jiān)測(cè)、管理一體化的信息化管路系統(tǒng)集成。

2.2 建設(shè)依據(jù)

井下供水壓風(fēng)管路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，將依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)(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(shù)規(guī)范；

（3）GB 51024-2014《煤礦安全生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

（4）GB/T 2887-2011電子計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范；

（5）GB 3836.1-2021爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求；

（6）GB 3836.2-2021爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第2部分：隔爆型“d”；

（7）GB 3836.4-2021爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第4部分：本質(zhì)安全型“i”；

（8）GB/T 9969-2008工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū) 總則；

（9）DB14/T 2060-2020《智能煤礦建設(shè)規(guī)范》；

（10）MT/T 286-1992煤礦通訊、自動(dòng)化產(chǎn)品型號(hào)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(cè)試方法；

（12）MT/T 899-2000煤礦用信息傳輸裝置；

（13）AQ 1043-2007 礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志標(biāo)識(shí)；

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

2.3 建設(shè)原則

根據(jù)實(shí)際需求分布管網(wǎng)檢測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)具有擴(kuò)容性、兼容性，保證增加后續(xù)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)投資最小化、接入便捷化，避免重復(fù)投資。

三、功能介紹

（1）數(shù)據(jù)采集功能

系統(tǒng)具有流速、風(fēng)速、風(fēng)量、流量、風(fēng)壓的采集、顯示及報(bào)警功能;

（2）存儲(chǔ)和查詢功能

流速、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值；

流速、風(fēng)速、風(fēng)壓報(bào)警及解除報(bào)警時(shí)刻及狀態(tài)；

設(shè)備故障/恢復(fù)正常工作時(shí)刻及狀態(tài)等。                               

（3）顯示功能

系統(tǒng)具有列表顯示功能。顯示內(nèi)容包括：地點(diǎn)、名稱、監(jiān)測(cè)值、傳感器工作狀態(tài)；

系統(tǒng)具有流量、壓力、風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)速實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示功能。并設(shè)時(shí)間標(biāo)尺，可顯示出對(duì)應(yīng)時(shí)間標(biāo)尺值和時(shí)間；

（4）打印功能

系統(tǒng)具有報(bào)表打印功能。報(bào)表包括：設(shè)備故障、報(bào)警報(bào)表等報(bào)表。

（5）人機(jī)對(duì)話功能

系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話功能，以便于參數(shù)修改等。

（6）自診斷功能

系統(tǒng)具有自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)傳感器、分站等故障時(shí)，報(bào)警并記錄故障時(shí)間和故障設(shè)備，以供查詢及打印。

（7）數(shù)據(jù)記錄功能

系統(tǒng)具有歷史數(shù)據(jù)記錄功能。

（8）其他功能

系統(tǒng)應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能；

系統(tǒng)應(yīng)具有軟件自監(jiān)視功能；

系統(tǒng)應(yīng)具有軟件容錯(cuò)功能；

系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)時(shí)多任務(wù)功能。

四、建設(shè)方案

4.1 總體方案

在礦井壓風(fēng)供水管路上適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)安裝流量計(jì)、壓力傳感器、傳輸裝置等，對(duì)管路系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行全面采集數(shù)據(jù)分析。

（1）傳感器安裝位置

在供水管路適當(dāng)位置安裝流量計(jì)14臺(tái)，壓力傳感器共14臺(tái)，在壓風(fēng)管路適當(dāng)位置安裝壓力傳感器14臺(tái)，數(shù)據(jù)采集器和礦用直流穩(wěn)壓電源各7個(gè)。管路管徑為：DN300、DN200、DN150、DN100、DN80，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況匹配數(shù)量。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)、礦用本安型壓力傳感器、礦用本安型數(shù)據(jù)采集器、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、傳輸線纜、工業(yè)以太網(wǎng)傳輸及交換機(jī)、接線盒等組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

各測(cè)點(diǎn)的礦用多聲道超聲流量計(jì)及礦用壓力傳感器，通過(guò)RS485將流量及壓力信號(hào)傳輸至礦用通訊分站，借助井下交換機(jī)及環(huán)網(wǎng)，通訊分站將采集的流量及壓力信號(hào)傳輸至地面服務(wù)器，監(jiān)控軟件運(yùn)行于地面服務(wù)器，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、整理等，并提供查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及報(bào)警、地圖顯示等功能。并且，用戶在系統(tǒng)軟件界面操作，借助地面服務(wù)器，環(huán)網(wǎng)，交換機(jī)及數(shù)據(jù)采集器，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、管理一體化的信息化管路系統(tǒng)集成。

4.2 主要設(shè)備選型與技術(shù)參數(shù)

4.2.1 礦井管道流量壓力監(jiān)控系統(tǒng)

（1）主機(jī)： i5代以上處理器；

（2）內(nèi)存： 8G及以上；

（3）硬盤：1T及以上；

（4）系統(tǒng)：Windows 10

（5）顯示器：24寸

（6）打印機(jī)：A4，黑白激光打印機(jī)

（7）組態(tài)軟件

（8）具有礦井管道流量壓力監(jiān)控系統(tǒng)礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書(shū)

4.2.2 LCZ200/680DY礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)

LCZ200/680DY礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)為河北捷騰測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

（1）技術(shù)特色

LCZ200/680DY型礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)采用了32位 DSP技術(shù)，在信號(hào)的處理上采用了完全數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)接收到的超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，能較好的分析出干擾信號(hào)頻譜，并將之屏蔽掉，加之后期不再單純依賴過(guò)零點(diǎn)求取時(shí)差，而是采用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行時(shí)差計(jì)算，因此其具有相當(dāng)強(qiáng)的抗干擾的能力。 

當(dāng)流體中含有固體顆粒、氣泡、直管段不足導(dǎo)致接收信號(hào)幅值隨著流量的變化發(fā)生抖動(dòng)。尤其在直管段不足時(shí)，或其前端有不完全打開(kāi)的閥門、靠近T型管出口時(shí)接收信號(hào)不僅幅值變化劇烈，其在時(shí)間軸上波動(dòng)也很大。采用單片機(jī)的過(guò)零檢測(cè)時(shí)差的方式也不能很好地完成正逆程對(duì)峰，會(huì)造成很大測(cè)量誤差。LCZ200/680DY型礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)對(duì)正逆程接收的超聲波信號(hào)進(jìn)行高速AD數(shù)字化處理，并進(jìn)行包絡(luò)的軟件相關(guān)計(jì)算分析，使得超聲流量計(jì)對(duì)接收的超聲波信號(hào)抖動(dòng)不敏感，不再取決于正逆程信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，輔以軟件數(shù)字計(jì)算正逆程時(shí)差，大大提高了超聲流量計(jì)的抗干擾能力，降低了對(duì)超聲流量計(jì)的安裝選點(diǎn)要求，極大拓寬了超聲流量計(jì)的使用范圍，其測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性較同類產(chǎn)品更好，國(guó)內(nèi)真正意義上的全數(shù)字化超聲流量計(jì)。

考慮到煤礦井下一般不能動(dòng)火焊接、不能停產(chǎn)、不能截?cái)喙艿篮附臃ㄌm，插入式和管段式礦用超聲流量計(jì)及礦用電磁流量計(jì)不適合井下安裝。另外，單聲道礦用超聲流量計(jì)的測(cè)量精度、穩(wěn)定性、可靠性較差、日常維護(hù)量較大，等原因，也不是特別適合井下流量測(cè)量，三聲道、四聲道價(jià)格較貴。綜合考慮，雙聲道礦用超聲流量計(jì)較適合井下流量測(cè)量。

（2）礦用隔爆兼本安型多聲道超聲流量計(jì)技術(shù)參數(shù)：

  1）流量計(jì)精度等級(jí)：不低于1.0級(jí)；

  2）礦用流量計(jì)自帶管道壓力傳感器，可在測(cè)量流量的同時(shí)測(cè)量管道壓力；壓力傳感器供電、數(shù)據(jù)傳輸均通過(guò)流量計(jì)主機(jī)完成；

  3）主機(jī)處理器必須采用DSP及多聲道測(cè)流，測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定。多組冗余聲道設(shè)計(jì)，即使某一探頭出現(xiàn)故障，流量計(jì)仍能工作，大大提高了儀表運(yùn)行的可靠性；

 ４）全不銹鋼探頭，防水、防摔、防撞擊，比塑料探頭堅(jiān)固、耐用、可靠，有效避免了長(zhǎng)途物流運(yùn)輸及安裝過(guò)程中磕碰、掉落等損壞，適合煤礦井下惡劣工況使用；

 ５）按鍵操作：磁感應(yīng)棒操作，簡(jiǎn)單可靠，不打開(kāi)外殼可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、查詢等操作；

 ６）流速范圍：0.3m/s-5m/s；

 ７）傳感器連接方式，外夾式、插入式；

８）漢字顯示，具有瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、狀態(tài)信息等顯示功能；

９）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及掉電保護(hù)功能，存儲(chǔ)時(shí)間不少于10年，存儲(chǔ)空間不少于3年數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；

  1０）信號(hào)輸出：模擬量：4-20mA；數(shù)字量：頻率輸出，輸出范圍可任意設(shè)置；

  1１）通訊接口類型：RS485。協(xié)議保證能與管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)兼容，且能根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)要求定制協(xié)議；

  1２）電源：交流127V，電壓范圍100-240V，適應(yīng)井下電壓波動(dòng)工況要求；

  1３）防爆標(biāo)志：Exd[ib]IMb，防爆型式：隔爆兼本安型，產(chǎn)品具備防爆證及煤安證。

4.2.3 GPD80F礦用本安型壓力傳感器

●傳輸距離：≥100m；

●探頭固定方式：M20*1.5或者M(jìn)14*1.5標(biāo)準(zhǔn)壓力；

●測(cè)量范圍：風(fēng)壓-0.1～0.8MPa，0～10MPa；

●輸出信號(hào)：4-20mA二線制；

●檢測(cè)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(hù)等級(jí)不低于IP65。

產(chǎn)品具有煤安證和防爆證。

4.2.4  YHC24礦用本安型數(shù)據(jù)采集器

（1）具有傳感器采集巡檢功能，最大能夠?qū)崟r(shí)采集16個(gè)傳感器數(shù)據(jù)上傳，可采集模擬量(4-20mA/頻率)數(shù)據(jù)；具有以太網(wǎng)傳輸接口及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。

（2）輸入信號(hào)：

l 2路電平型開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入：高電平≥2.5V,導(dǎo)通；低電平≤1V，截止；

l 2路模擬量輸入信號(hào)（4～20）mA；

l 2路頻率輸入;200～1000Hz。

（3）輸出信號(hào)：

l 1路（4～20）mA模擬量輸出信號(hào)傳輸，傳輸距離1km

（4）RS485信號(hào)接口：

l 接口數(shù)量：2路；

l 傳輸方式：RS485，半雙工；

l 傳輸速率：2400bps；

l 最大傳輸距離：2km（使用MHYVR電纜，芯線截面積不小于1.5mm²）。

（5）以太網(wǎng)電信號(hào)接口

l 接口數(shù)量：1路；

l 傳輸方式：TCP/IP協(xié)議；

l 傳輸速率：100Mbps；

l 最大傳輸距離：100m（使用MHSYVP-5 4*2*0.5煤礦用通訊電纜）；

產(chǎn)品具有煤安證和防爆證。

4.2.5  KDW660/24B礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源

（1）交流供電輸入：

l 額定輸入電壓：AC127V/AC660V，視在功率≤250VA。

（2）直流電源輸出：

l 1路DC12V電源輸出：額定輸出電壓：DC12V；額定工作電流：1.4A。

l 1路DC18V電源輸出：額定輸出電壓：DC18V；額定工作電流：0.6A。

l 1路DC24V電源輸出：額定輸出電壓：DC24V；額定工作電流：0.4A。

（3）電源后備電池在額定負(fù)載下工作時(shí)間不小于4h；轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于1 s；電源可提供第三方檢測(cè)報(bào)告；

（4）電源具有限流、限壓、短路保護(hù)和故障消除后自動(dòng)恢復(fù)的功能；

產(chǎn)品具有煤安證和防爆證。

4.3 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)中組態(tài)軟件通過(guò)用戶名和密碼即可實(shí)現(xiàn)登錄，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、處理等操作，手機(jī)APP也可同時(shí)登錄操作，隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要功能是把風(fēng)、水流量及壓力集成到一個(gè)界面顯示，能夠按要求查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以用表格、曲線、報(bào)表、圖形等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和可視化輸出，并可進(jìn)行相應(yīng)的編輯、打印、存儲(chǔ)等操作。并且，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)異常的管道進(jìn)行預(yù)警，提醒人工排查，檢查異常管道是否存在跑冒滴漏堵問(wèn)題。

4.3.1監(jiān)控系統(tǒng)軟件界面（手機(jī)APP可同步登錄操作）

1）打開(kāi)桌面軟件后進(jìn)入登錄界面，登錄界面需要輸入正確的賬號(hào)和密碼才能登錄成功。

2）登陸成功后，進(jìn)入主界面，可以查看實(shí)時(shí)流量、流速、累積量、壓力、在線狀態(tài)、是否報(bào)警等數(shù)據(jù)。

3）在歷史數(shù)據(jù)中，可以查詢歷史流量、流速、累積量、壓力等數(shù)據(jù)。

4）點(diǎn)擊實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線，可生成數(shù)據(jù)對(duì)比曲線圖，更清晰的對(duì)比數(shù)據(jù)變化

5）點(diǎn)擊報(bào)警信息，可查看實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)，也可根據(jù)時(shí)間或多條件查詢，進(jìn)行精細(xì)化歷史報(bào)警數(shù)據(jù)查詢。

6）圖形曲線及數(shù)據(jù)列表，支持打印功能

7）位置信息，圖形化展示各儀表安裝位置，以及在界面上實(shí)時(shí)顯示與所安裝儀表相對(duì)應(yīng)的流量、流速數(shù)據(jù)。

4.4 預(yù)期效果

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）通過(guò)安裝高精度流量、壓力等傳感器，設(shè)置分段檢測(cè)點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)，對(duì)供水管路的流量及壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將井下各個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并實(shí)時(shí)計(jì)算出它們的準(zhǔn)確值。

（2）應(yīng)用環(huán)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器通過(guò)井下交換機(jī)與環(huán)網(wǎng)連接，把數(shù)據(jù)通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控服務(wù)器，在地面監(jiān)控器上可直觀看到實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，抗干擾能力強(qiáng)，通信流暢、穩(wěn)定。

（3）應(yīng)用智能分站控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)管路瞬時(shí)流量、壓力值等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，上位機(jī)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。

（4）應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，服務(wù)器軟件通過(guò)環(huán)網(wǎng)采集儀表數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理、分析對(duì)比并顯示，用數(shù)據(jù)庫(kù)保存歷史記錄，并可顯示各歷史數(shù)據(jù)的模擬曲線。支持統(tǒng)計(jì)報(bào)表的查詢。

五、設(shè)備清單

本設(shè)備清單為主要設(shè)備清單，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確保功能完整性，補(bǔ)充設(shè)備及相關(guān)材料，并完善配置。