选煤厂瓦斯监控系统的基本要求与设计技术

选煤厂的瓦斯通常存在着一定的复杂性、多变性、突发性及不稳定性的一系列安全问题，因此选煤厂的瓦斯监控系统已经成为了不可或缺的安全措施。

一、煤中瓦斯的赋存和解吸形式及危害

选煤厂之所以存在瓦斯是因为煤体存在、携带瓦斯所致。煤具有复杂的孔隙结构，有着发达的、大小不同的孔隙和裂隙，这些形状不一、大小不同的孔隙和裂隙构成巨大的自由空间和孔隙内表面，在这些空间内存在大量瓦斯。煤体内的瓦斯有两种存在形式，空隙内的游形式和表面的吸附形式，并保持一定的平衡状态。煤炭在运输、储藏、洗选加工等过程中，煤体结构和环境都在不断发生变化，瓦斯存在的平衡状态被打破，煤体中吸附的瓦斯会转为游离状态并逐渐溢出。当溢出的瓦斯处于通风不畅或密闭空间或高大空间时，便容易形成瓦斯积聚。

瓦斯积聚后需要满足一定的条件才会产生爆炸或闪爆。瓦斯爆炸需要同时具备三个要素：一是浓度，不是任何浓度的瓦斯都会发生爆炸，在空气中只有当瓦斯的浓度（瓦斯的体积分数）在5%-16%时，才会产生爆炸，大于或小于该浓度都不会产生爆炸；二是高温或火源引爆，引爆温度为650-750℃，电焊、明火、碰撞摩擦、电弧等都可引爆瓦斯；三是空气中的氧气浓度（氧气的体积分数），氧气浓度：不低于12％，氧气浓度低于12％时，瓦斯就失去爆炸性。上述三个条件缺一不可，缺少其中任何一个条件，瓦斯就不会发生爆炸。瓦斯积聚后周围空气中的氧气浓度一般都大于12%，因此只要有引爆条件即可产生爆炸。

二、选煤厂瓦斯监控设计的基本要求

选煤厂的瓦斯监控设计应该从如下几个方面进行考虑，优化设计。

（1）监控位置、区域的确定：监控位置、区域不仅要满足规程规范的要求，还要结合选煤厂工艺的具体情况考虑，综合考虑，尽可能做到完善。在煤仓内煤仓底部及溜槽口、矸石仓内矸石仓顶部底部及溜槽口、皮带机头等也应作为瓦斯探测监控点进行监控。以及其他可能形成瓦斯积聚的区域。瓦斯检测传感器应布置在瓦斯释放量大并且容易出现瓦斯积聚的地点，严禁装在进出风口，确保瓦斯测量结果的准确和代表性。

（2）消除产生瓦斯爆炸的条件：产生瓦斯爆炸的三个条件中，氧气浓度属于不可控条件，不予控制。可控的是瓦斯浓度和引爆火源，对监测点进行瓦斯监控，根据检测到的瓦斯浓度值进行报警同时进行风机联动，强制通风，以降低瓦斯浓度；还要切断电源避免产生引爆火源。

（3）瓦斯监控系统软件必须需具备风电闭锁、瓦电闭锁、解锁复电功能。

（4）报警装置应采用防爆的声光报警器。

（5）瓦斯监控系统应能与数字化选煤厂对接或与选煤厂集控系统对接，满足数据上传、方便相关人员适时监控、掌握、提取监控数据；系统必须具备可以自动生成日报表、周报表的功能；监控系统必须形成环网，并要具备对环网断线功能的监测；分站之间干线、分站与传感器之间干线、分站电源的电源线必须使用阻燃电缆，要有屏蔽层，具有MA标志，符合瓦斯区使用规定。

（6）瓦斯监控系统应具备一定量的传感器冗余，满足扩展和备用的需要。在各个分站也应设置一定数量的冗余。冗余量定位20%较为合理。

（7）瓦斯监控系统主机应做成双机热备，并设置后备电源，当交流电异常断电后，后备电源应至少坚持两个小时。

（8）瓦斯监控系统应具备雷接地模块，对系统进行接地处理。

三、选煤厂瓦斯监控系统的设计

选煤厂瓦斯监控系统设计可采用两种方式，一是完全独立的监控系统，只与选煤厂数字化系统或集控系统进行数据上传。二是瓦斯监控系统与选煤厂数字化系统或集控系统相结合或融为一体。目前开发的各类瓦斯监控系统较多，如KJ系列瓦斯监控系统等。瓦斯监控系统可监控瓦斯、温度、负压、氧气、烟雾、风机开停等环境参数，以及各机电设备开停和馈电、断电状态等生产运行参数。系统都配接有很大监控容量，监控分站可设置几十个。采用RS485或CAN总线、FSK总线或以太网，以太网的传输的速率可达10M/100M。

独立瓦斯监控系统都具有风电瓦斯闭锁功能和瓦斯超限断电功能；分站能实现风电瓦斯闭锁、瓦斯超限断电的功能；系统软件大多采用先进的数据存储技术，解决了数据维护的困难；瓦斯监控系统还具有短信发送功能，将异常数据发送到管理人员的手机上；独立瓦斯监控系统分站的模拟量端口与开关量端口可互换，具有大屏幕液晶显示功能；监控设备、配套传感器、执行器种类齐全，传感器配有遥控器，调校方便、使用寿命长；系统向外提供统一的数据接口，支持TCP/IP协议，可直接接入工业以太网，实现远程集中监控，可与集控系统、企业局域网综合管理信息系统连接，便于管理部门联网监管以及与其它数据分析系统实现资源共享。

独立监控系统复杂、线路多、探头多、节点多、维修量多，工程量大，造价高。为了简化系统，降低造价及维护工作量，选煤厂瓦斯监控系统可与选煤厂集控系统相结合进行设计，共用网络。其优点是瓦斯监控系统由集控系统的PLC进行控制，采用工业以太网、现场总线及TCP／IP通信协议，传输速度快，可以实现及时实时将瓦斯监控数据上传到煤矿或集团监控总站；采用PLC控制监控系统可节省或简化庞大的瓦斯监控系统，PLC控制可以方便地实现瓦斯联锁保护功能，避免了瓦斯监控系统布置和拆卸的不便，而且PLC控制系统更方便检修维护。

选煤厂瓦斯监控系统与全厂集控系统相结合的设计思路体现在如下几个方面。充分结合选煤厂的实际情况，利用甲烷检测仪、声光报警器、轴流风机、可编程控制器和PLC技术相结合完成符合实际情况的瓦斯监控系统的设计，充分分析被控对象和明确系统控制要求、合理选择PLC型号、确定系统的I/O设备的数量及种类进行控制流程设计、控制程序设计。瓦斯探测器选择本安型不间断电源和输出信号为4-20mA的类型，即可将信号接至PLC，并在PLC内设定控制的瓦斯浓度值。使用瓦斯探测器的精确检测技术，提高瓦斯监控的精确度，控制瓦斯抽排风机启停和运行监视，当现场瓦斯浓度超过安全设定值，风机自动投入运行，低于设定值，风机退出运行。

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