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摘 要：本文介绍了赵楼煤矿井下制冷降温系统冷冻水在线监测，目的是快速判断管路漏水点的位置，有效缩短处理漏水点的时间，降低了对机组的影响。通过对流量的观测，可以选择最佳的支管规格与空冷器达到优化配置，从而发挥空冷器的最佳降温效果，提高了制冷效率。
关键词：井下降温；冷冻水系统；在线监测；优化配置；降温效果
中图分类号：TD727 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0140-01
1 引 言
赵楼煤矿开采深度较深，综采放顶煤工作面末端、掘进工作面迎头的温度较高，特别是在夏季，热害程度较为严重；因此在井下安装了一套集中制冷装置，以便改善采、掘工作面的工作条件。该系统主要由制冷机组、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、空冷器及电控系统等设备组成。制冷机组蒸发器侧出来的冷冻水经输冷管送至末端空冷器，利用热交换器与采、掘工作面的热空气进行热交换。期间所吸收的热量将使水温上升，再由冷冻水泵使其返回制冷机组再冷，形成冷冻水循环。
冷冻水的正常循环是保证制冷机组运行的基本条件。制冷系统管路分进水管路和分水管路，从总管路向各个采区工作面分支较多。一旦某个分支管路上的阀门出现故障或被人为打开造成循环水流失，将会使制冷机组停止运行，如果问题处理不及时就会对制冷机组造成损伤。目前当系统出现循环水流失以后，无法有效的判断是哪路管路出现问题，不便于系统的维护，给制冷系统运行带来安全隐患。
如何快速的发现并切断制冷系统水网中的问题管路，成为管理人员需要解决的一个难题。赵楼煤矿井下制冷水网监控系统计划在南部大巷设计4处监测点，对水网系统4大分支点处的管道数据进行监测，为井下制冷系统的安全稳定运行提供可靠依据。
2 系统组成及功能
2.1 系统组成
赵楼煤矿井下冷冻水在线监测系统设计主要由制冷硐室监控主站、监控分站、流量传感器、压力传感器、温度传感器、电控闸阀及闸阀控制箱组成。利用超声波在流动液体中顺流向与逆流向传播时的速度差与流体流速成比例的工作原理，在各监测点的冷冻水管路上安装水压、流量自动检测装置，实现对冷冻水管路中的水压，流量的进行实时监控，并通过监测分站采集數据后传输至制冷硐室监控主站。系统数据要传输到地面调度中心。
2.2 系统功能
该系统通过对冷冻水网络中的压力、流量、温度进行实时监控，具体包括以下功能：
（1）实时监测各监测点的水管压力、水体流量、水体温度。
（2）能够在各监测点方便设置报警压力、报警流量、报警温度，当达到报警值时，制冷硐室监测主机会发出声光报警。
（3）能够在监测主站打开和关闭分支故障管路电动阀门。
（4）将各检测点的管道压力和水体流量生成历史曲线，并存储于制冷硐室监控主机，便于事故分析。
（5）能够在监测地点就地显示压力、流量、温度等实时参数；能够就地对电动阀门进行手动、电动开关操作。
（6）压力、流量、温度可设置报警值和动作值，动作于电动阀门关闭。
3 系统监测分站的分配与设备安装
赵楼煤矿井下冷冻水在线监测系统在制冷硐室和地面调度室设置监控主站，在一集轨道偏口、2#大巷3#联络巷偏口、2#大巷4#联络巷偏口、1#大巷9#联络巷偏口四处设置监测分站。每一处监测点分别在进出水管路安装1台水体流量监测装置、1台水压监测装置、1台水温监测装置及1套电动闸阀。监测分站就近接入矿井现有通讯监测分站，再通过矿现有环网实现与监控主站的通讯。系统监测分站及闸阀控制箱采用壁挂式安装，便于安装、拆除。流量计、压力传感器、温度传感器及电动闸阀在安装过程中需要对现有管路进行开孔和切割焊接。
3.1 设备配套的控制、仪表、电气方式、要求及参数
（1）电动阀门公称压力≥4.0MPa，采用法兰盘式连接，配套就地控制箱，具有煤安资质。电动阀门动力电源AC660V，监测分站电源AC127V。电动阀门材料选用不锈钢等耐腐蚀材质，能够方便安装、拆除、反复使用。
（2）流量计采用矿用隔爆兼本安型法兰管段式。压力等级4.0MPa，测量精度0.5级，具有煤安资质，防护等级IP54。
（3）各监测点就近接入矿井现用环网中。
（4）系统具备就地和远控制功能。
（5）可以在监测主站方便地设定各监测点的报警压力、报警流量、报警温度。
（6）可以就地和在监测主站打开和关闭故障管路电动阀门。
3.2 系统目标
（1）将PLC控制系统、计算机网络通信技术和控制系统结合，实现远程监测，保证系统技术方面的先进性。
（2）监测中心计算机可以对系统的运行进行管理、事故跟踪与处理。
（3）采用国际流行的组态软件，画面动态、美观，修改方便，数据保存时间长。
（4）系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据，方便系统扩展及其他系统接入。
4 系统运行效果分析
4.1 社会效益
（1）在冷冻水支管路安装流量监控器，每个支管的流量和压力等数据传输到制冷硐室，可以实时观察到支管流量和压力的变化。
（2）快速判断管路漏水点的位置，有效缩短处理漏水的时间。
（3）减少了停机次数，降低对机组的影响，延长机组寿命。
（4）通过对流量的观测，可以选择最佳的支管规格与空冷器达到优化配置，从而发挥空冷器的最佳降温效果。
（5）矿井“以冷定产”，减少生产影响时间。
（6）停机次数减少，井下职工身体健康得到保障，同时保证了井下安全生产进度。
4.2 经济效益
（1）赵楼煤矿2016年考核商品煤353万t，每月平均出煤29.2万t，每小时平均出煤405t。每年制冷系统运行因出现漏水停机的时间约为1h/月，截至到10月份，合计影响10h/年，影响出煤约4050t/年，平均600元/t计算，合计243万元。井下冷冻水在线监测系统安装运行后，预计每年合计节约243万元。
（2）通过冷冻水在线监测系统的安装，降低了维修人工（10人工/月），预计年节约人工费用约45万元。2016年供水消耗量由2015年的2000m3/d，下降至1780m3/d，年预计节约电费135万元。
收稿日期：2018-3-10
关键词：井下降温；冷冻水系统；在线监测；优化配置；降温效果
中图分类号：TD727 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0140-01
1 引 言
赵楼煤矿开采深度较深，综采放顶煤工作面末端、掘进工作面迎头的温度较高，特别是在夏季，热害程度较为严重；因此在井下安装了一套集中制冷装置，以便改善采、掘工作面的工作条件。该系统主要由制冷机组、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、空冷器及电控系统等设备组成。制冷机组蒸发器侧出来的冷冻水经输冷管送至末端空冷器，利用热交换器与采、掘工作面的热空气进行热交换。期间所吸收的热量将使水温上升，再由冷冻水泵使其返回制冷机组再冷，形成冷冻水循环。
冷冻水的正常循环是保证制冷机组运行的基本条件。制冷系统管路分进水管路和分水管路，从总管路向各个采区工作面分支较多。一旦某个分支管路上的阀门出现故障或被人为打开造成循环水流失，将会使制冷机组停止运行，如果问题处理不及时就会对制冷机组造成损伤。目前当系统出现循环水流失以后，无法有效的判断是哪路管路出现问题，不便于系统的维护，给制冷系统运行带来安全隐患。
如何快速的发现并切断制冷系统水网中的问题管路，成为管理人员需要解决的一个难题。赵楼煤矿井下制冷水网监控系统计划在南部大巷设计4处监测点，对水网系统4大分支点处的管道数据进行监测，为井下制冷系统的安全稳定运行提供可靠依据。
2 系统组成及功能
2.1 系统组成
赵楼煤矿井下冷冻水在线监测系统设计主要由制冷硐室监控主站、监控分站、流量传感器、压力传感器、温度传感器、电控闸阀及闸阀控制箱组成。利用超声波在流动液体中顺流向与逆流向传播时的速度差与流体流速成比例的工作原理，在各监测点的冷冻水管路上安装水压、流量自动检测装置，实现对冷冻水管路中的水压，流量的进行实时监控，并通过监测分站采集數据后传输至制冷硐室监控主站。系统数据要传输到地面调度中心。
2.2 系统功能
该系统通过对冷冻水网络中的压力、流量、温度进行实时监控，具体包括以下功能：
（1）实时监测各监测点的水管压力、水体流量、水体温度。
（2）能够在各监测点方便设置报警压力、报警流量、报警温度，当达到报警值时，制冷硐室监测主机会发出声光报警。
（3）能够在监测主站打开和关闭分支故障管路电动阀门。
（4）将各检测点的管道压力和水体流量生成历史曲线，并存储于制冷硐室监控主机，便于事故分析。
（5）能够在监测地点就地显示压力、流量、温度等实时参数；能够就地对电动阀门进行手动、电动开关操作。
（6）压力、流量、温度可设置报警值和动作值，动作于电动阀门关闭。
3 系统监测分站的分配与设备安装
赵楼煤矿井下冷冻水在线监测系统在制冷硐室和地面调度室设置监控主站，在一集轨道偏口、2#大巷3#联络巷偏口、2#大巷4#联络巷偏口、1#大巷9#联络巷偏口四处设置监测分站。每一处监测点分别在进出水管路安装1台水体流量监测装置、1台水压监测装置、1台水温监测装置及1套电动闸阀。监测分站就近接入矿井现有通讯监测分站，再通过矿现有环网实现与监控主站的通讯。系统监测分站及闸阀控制箱采用壁挂式安装，便于安装、拆除。流量计、压力传感器、温度传感器及电动闸阀在安装过程中需要对现有管路进行开孔和切割焊接。
3.1 设备配套的控制、仪表、电气方式、要求及参数
（1）电动阀门公称压力≥4.0MPa，采用法兰盘式连接，配套就地控制箱，具有煤安资质。电动阀门动力电源AC660V，监测分站电源AC127V。电动阀门材料选用不锈钢等耐腐蚀材质，能够方便安装、拆除、反复使用。
（2）流量计采用矿用隔爆兼本安型法兰管段式。压力等级4.0MPa，测量精度0.5级，具有煤安资质，防护等级IP54。
（3）各监测点就近接入矿井现用环网中。
（4）系统具备就地和远控制功能。
（5）可以在监测主站方便地设定各监测点的报警压力、报警流量、报警温度。
（6）可以就地和在监测主站打开和关闭故障管路电动阀门。
3.2 系统目标
（1）将PLC控制系统、计算机网络通信技术和控制系统结合，实现远程监测，保证系统技术方面的先进性。
（2）监测中心计算机可以对系统的运行进行管理、事故跟踪与处理。
（3）采用国际流行的组态软件，画面动态、美观，修改方便，数据保存时间长。
（4）系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据，方便系统扩展及其他系统接入。
4 系统运行效果分析
4.1 社会效益
（1）在冷冻水支管路安装流量监控器，每个支管的流量和压力等数据传输到制冷硐室，可以实时观察到支管流量和压力的变化。
（2）快速判断管路漏水点的位置，有效缩短处理漏水的时间。
（3）减少了停机次数，降低对机组的影响，延长机组寿命。
（4）通过对流量的观测，可以选择最佳的支管规格与空冷器达到优化配置，从而发挥空冷器的最佳降温效果。
（5）矿井“以冷定产”，减少生产影响时间。
（6）停机次数减少，井下职工身体健康得到保障，同时保证了井下安全生产进度。
4.2 经济效益
（1）赵楼煤矿2016年考核商品煤353万t，每月平均出煤29.2万t，每小时平均出煤405t。每年制冷系统运行因出现漏水停机的时间约为1h/月，截至到10月份，合计影响10h/年，影响出煤约4050t/年，平均600元/t计算，合计243万元。井下冷冻水在线监测系统安装运行后，预计每年合计节约243万元。
（2）通过冷冻水在线监测系统的安装，降低了维修人工（10人工/月），预计年节约人工费用约45万元。2016年供水消耗量由2015年的2000m3/d，下降至1780m3/d，年预计节约电费135万元。
收稿日期：2018-3-10