新桥选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统的研究和应用
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【摘要】：煤矿瓦斯也即是指天然气。植物在成煤过程中生成的大量气体，煤矿瓦斯又称煤层气。腐植型的有机质，被细菌分解，可生成瓦斯；其后随着沉积物埋藏深度增加，在漫长的地质年代中，由于煤层经受高温、高压的作用，进入煤的碳化变质阶段，煤中挥发分减少，固定碳增加，又生成大量瓦斯，保存在煤层或岩层的孔隙和裂隙内。中国煤矿术语中的瓦斯是从英语gas译音转化而来，往往单指CH4（甲烷，也称沼气）。地下开采时，瓦斯由煤层或岩层内涌出，污染矿内空气。每吨煤、岩含有的瓦斯量称煤、岩的瓦斯含量，主要决定于煤的变质程度、煤层赋存条件、围岩性质、地质构造和水文地质等因素。当局部区域瓦斯含量在达到一定的浓度的范围时就存在爆炸危险，因此瓦斯治理在煤矿企业中是重中之重也势在必行。选煤厂煤仓由于需要存储大量的煤炭，且煤仓之内的环境较为密封，因此选煤厂之中瓦斯聚集主要存在于煤仓之中，选煤厂的瓦斯治理的重点也在于煤仓。传统的煤仓瓦斯治理主要是抽风机人工手动排放，费时费力且效果不佳，随着PLC技术以及瓦斯监控系统的日益完善自动化技术的日益提高使得瓦斯自动治理排放成为可能。
【关键词】：瓦斯治理 选煤厂 煤仓 PLC
一、选煤厂煤仓瓦斯治理现状
新桥选煤厂隶属于河南能源化工集团永煤公司，为跳汰选煤工艺，其煤仓瓦斯治理采用的是煤仓顶部主流风机抽放的方式进行，也即是采用5.5kw抽风机由岗位人员根据瓦斯浓度手动控制轴流风机对煤仓内瓦斯进行处理。手动控制瓦斯抽放需要岗位人员时刻关注瓦斯测量数据，一旦不能及时把握瓦斯含量即可能出现轴流风机常时间无功开机，造成电能浪费，或忘开抽风机，造成瓦斯浓度过高，进而影响正常生产的现象发生。且新桥选煤厂采用四、零点两班生产，八点班维修的生产安排模式，在白天检修时间无法兼顾轴流风机的运行，进而有可能造成煤仓瓦斯含量较高的情况出现。
选煤厂原有瓦斯抽放装置的控制是通过岗位人员手动控制瓦斯抽放的开启、停止，并通过岗位人员目测瓦斯传感器的数值来决定开启时间和关闭时间。主控室调度需要时刻同岗位操作人员进行联系，以确定煤仓内瓦斯含量，以便掌握瓦斯治理情况，互相之间的沟通占用了大量的时间，给提高设备的整体作业率带来了大量的不便。人工就地操作和监控，需要占用岗位人员的工作时间，而且增加岗位人员的劳动强度、致使劳动效率低，很难达到安全运转和合理运行，无法保证工艺指标和经济效益。选煤厂瓦斯自动排放系统研究的目的就是实现瓦斯抽放系统的完全自动化，同时使大量的人力资源得到解放，提高了生产效率和经济效益。因此，实现瓦斯自动排放系统的自动化，不仅是选煤厂安全生产的需要，还是选煤厂现代化管理的需要。
三、选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统设计思路
结合河南能源化工集团新桥选煤厂实际情况，利用甲烷检测仪、可编程控制器和PLC技术相结合完成符合自己实际使用情况的煤仓瓦斯排放系统的自动化控制系统，对煤仓瓦斯排放系统自动化控制系统进行详细的研究与设计，以实现煤仓瓦斯排放系统的自动化控制。其主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求、PLC选型、确定系统的I/O设备的数量及种类、控制流程设计、控制程序设计。使用甲烷检测仪的精确检测技术，可以提高煤仓瓦斯监控的精确度，确保煤仓瓦斯得到及时治理；同时降低工人劳动强度，保护岗位操作人员身体健康；杜绝生产安全事故的发生；提高自动化控制水平和信息化管理水平，保障安全生产的顺利进行，提升企业形象，提高企业产值和竞争力。
四、选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统工作原理以及系统概述
解决瓦斯抽放问题，经研究决定自行设计制作煤仓瓦斯自动抽放系统，本系统包含：甲烷检测仪、PLC中央处理器、声光报警器、轴流风机以及文本显示器共五个部分。系统框图如下：
系统核心部件采用先进本安元件YT-95H-CH4-A固定式甲烷监测仪、TD400C文本显示器、S7-200 222CN可编程控制器，性能灵敏可靠，可准确实现煤仓瓦斯浓度实时监测、声光预警、控制瓦斯抽排风机启停和运行监视，且具系统联网监控功能。当现场瓦斯浓度超过安全设定值（0.2%），风机自动投入运行，低于设定值，风机退出运行。
五、选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统设计简介
选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统主要包括CPU模块、传感器部分、数字量输出部分以及电源模块。其中传感器部分主要为先进本安元件YT-95H-CH4-A固定式甲烷监测仪；数字量输出部分包括：风机开启、停止、风机运行时间统计以及报警等。选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统使用的是S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。因此，本系统软件使用STEP 7-Micro/WIN 编程软件，其是西门子公司专门为 S7-200系列设计和开发的编程软件。它的功能强大、简单易学，即可用来开发用户程序，又可用来实时监控用户程序的执行状态，还可以使 PLC 与微机进行文件的上传、下载。在自动卸料系统中防破碎的程序设计中，为了确保系统的可靠性，提高程序的执行速度和精度，节约系统资源，这里采用梯形图进行程序设计。程序的功能由多个子程序完成，其主要的子程序有自动、手动运行子程序，在实际应用过程中可根据生产需要转换控制方式。
六、选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统的应用实例及效果分析
选煤厂煤仓瓦斯自动排放系统现在在新桥选煤厂末原煤仓、原煤仓进行了安装和使用，取得了良好的效果。其主要效果有以下几个方面：
1、对仓内瓦斯浓度进行准确的实时监测，实现了仓内瓦斯的及时排放，确保安全生产的延续性；
2、瓦斯自动排放系统可自动运行，可实现无人值守，提高自动化水平；
3、功能齐全，具有煤仓瓦斯浓度实时监测、声光预警、自动启停和运行监视等功能；
4、系统性能灵敏可靠，能够根据瓦斯含量及时控制系统运行，避免轴流风机无功运行，节约了电力消耗和减少了设备的损耗；
5、符合现今减人提效以及降低生产成本的大形势，具有较好的推广应用前景。
七、结论
本课题主要是结合河南煤化集团新桥选煤厂实际情况，利用先进本安元件YT-95H-CH4-A固定式甲烷监测仪、可编程控制器和PLC技术相结合完成符合自己实际使用情况的瓦斯自动排放系统，对瓦斯自动排放系统进行详细的研究与设计，实现瓦斯排放系统的自动化控制，且PLC具有运行可靠、操作简易、开发灵活等特点，两者结合，提高了瓦斯排放系统的智能化程度。瓦斯排放系统的研究与应用实现了瓦斯抽放系统的全自动运行，获得了良好的经济和社会效益。
总之，新桥选煤厂瓦斯排放系统的研究与设计适应了当前经济形势及创新的需要，符合新桥选煤厂安全生产实际需要。