一、系统概况
　　1.1项目背景
　　煤矿井下供水、压风管路（以下简称风水管路）多数为建矿期间敷设安装，由于井下自然条件恶劣，管路长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压等影响而出现跑冒滴漏堵，造成采煤工作面、掘进工作面因风、水压力不足影响生产的情况时有发生。并且，井下风水管路目前采取人工巡查的方法进行检查，存在效率低、人力、物力耗费大、不能实时监测风水管路的供水、压风情况、出现突发事件难以及时发现、检查人员容易发生漏查等等问题。为此，建设煤矿井下供水压风管路智能监测系统十分必要，也有利于提高煤矿的信息化和智能化水平，也是智慧矿山建设的组成部分。
　　1.2项目概况
　　根据井下风水管路的实际分布情况，建立压风供水管路智能监测系统。对井下供水、压风管路重要节点建立监测点，进行远程实时监控，实现管路参数动态监测、实时显示、欠压报警，最大限度地降低因水、风压力不足对采掘工作面生产的影响。通过该系统对管路的实时检测和调控，可以及时发现并处理管路故障，确保供水、供风系统稳定运行，保证矿井的正常安全生产，又能合理调配水资源，达到节能降耗的目的。
　　
　　二、建设要求
　　2.1建设目标
　　通过对综合管网建立智能检测分析系统，实现对管路运行情况进行实时监测；安装流量、压力等传感器，通过数据采集设备，将各测点运行状态在系统中展示；通过测点的逻辑关系，构建事故分析算法，形成一套有效的报警机制，发生事故，直接在系统中报警提示，根据报警信息，下发命令，及时止漏，缩短影响范围，并能实时调控管道水流量及压力，从而形成监测、管理一体化的信息化管路系统集成。
　　2.2建设依据
　　井下供水压风管路智能监测系统项目建设过程中，将依据以下标准(包括但不限于)：
　　（1）《煤矿安全规程》2022版；
　　（2）GB/T34697智慧矿山信息系统通用技术规范；
　　（3）GB51024-2014《煤矿安全生产智能监控系统设计规范》；
　　（4）GB/T2887-2011电子计算机场地通用规范；
　　（5）GB3836.1-2021爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求；
　　（6）GB3836.2-2021爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”；
　　（7）GB3836.4-2021爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”；
　　（8）GB/T9969-2008工业产品使用说明书总则；
　　（9）DB14/T2060-2020《智能煤矿建设规范》；
　　（10）MT/T286-1992煤矿通讯、自动化产品型号编制方法和管理办法；
　　（11）MT/T772-1998煤矿监控系统主要性能测试方法；
　　（12）MT/T899-2000煤矿用信息传输装置；
　　（13）AQ1043-2007矿用产品安全标志标识；
　　（14）MT209-90《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》。
　　2.3建设原则
　　根据实际需求分布管网检测点，系统具有扩容性、兼容性，保证增加后续检测点时投资最小化、接入便捷化，避免重复投资。
　　三、功能介绍
　　（1）数据采集功能
　　系统具有流速、风速、风量、流量、风压的采集、显示及报警功能;
　　（2）存储和查询功能
　　流速、风速、风压、风量的实时监测值；
　　流速、风速、风压报警及解除报警时刻及状态；
　　设备故障/恢复正常工作时刻及状态等。
　　（3）显示功能
　　系统具有列表显示功能。显示内容包括：地点、名称、监测值、传感器工作状态；
　　系统具有流量、压力、风量、风压、风速实时曲线和历史曲线显示功能。并设时间标尺，可显示出对应时间标尺值和时间；
　　（4）打印功能
　　系统具有报表打印功能。报表包括：设备故障、报警报表等报表。
　　（5）人机对话功能
　　系统具有人机对话功能，以便于参数修改等。
　　（6）自诊断功能
　　系统具有自诊断功能。当系统传感器、分站等故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。
　　（7）数据记录功能
　　系统具有历史数据记录功能。
　　（8）其他功能
　　系统应具有网络通讯功能；
　　系统应具有软件自监视功能；
　　系统应具有软件容错功能；
　　系统应具有实时多任务功能。
　　四、建设方案
　　4.1总体方案
　　在矿井压风供水管路上适当地点安装流量计、压力传感器、传输装置等，对管路系统运行情况进行全面采集数据分析。
　　（1）传感器安装位置
　　在供水管路适当位置安装流量计14台，压力传感器共14台，在压风管路适当位置安装压力传感器14台，数据采集器和矿用直流稳压电源各7个。管路管径为：DN300、DN200、DN150、DN100、DN80，根据现场实际情况匹配数量。
　　（2）系统结构
　　系统由矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计、矿用本安型压力传感器、矿用本安型数据采集器、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、传输线缆、工业以太网传输及交换机、接线盒等组成。
　　系统结构图如下：

　　各测点的矿用多声道超声流量计及矿用压力传感器，通过RS485将流量及压力信号传输至矿用通讯分站，借助井下交换机及环网，通讯分站将采集的流量及压力信号传输至地面服务器，监控软件运行于地面服务器，进行相关数据存储、分析、整理等，并提供查询、统计报表及报警、地图显示等功能。并且，用户在系统软件界面操作，借助地面服务器，环网，交换机及数据采集器，实时远程监测、管理一体化的信息化管路系统集成。
　　4.2主要设备选型与技术参数
　　4.2.1矿井管道流量压力监控系统
　　（1）主机：i5代以上处理器；
　　（2）内存：8G及以上；
　　（3）硬盘：1T及以上；
　　（4）系统：Windows10
　　（5）显示器：24寸
　　（6）打印机：A4，黑白激光打印机
　　（7）组态软件
　　（8）具有矿井管道流量压力监控系统矿用产品安全标志证书
　　4.2.2LCZ200/680DY矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计
　　LCZ200/680DY矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计为河北捷腾测控技术有限公司生产。
　　（1）技术特色
　　LCZ200/680DY型矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计采用了32位DSP技术，在信号的处理上采用了完全数字化信号处理技术，对接收到的超声信号进行数字滤波，能较好的分析出干扰信号频谱，并将之屏蔽掉，加之后期不再单纯依赖过零点求取时差，而是采用数学算法进行时差计算，因此其具有相当强的抗干扰的能力。
　　当流体中含有固体颗粒、气泡、直管段不足导致接收信号幅值随着流量的变化发生抖动。尤其在直管段不足时，或其前端有不完全打开的阀门、靠近T型管出口时接收信号不仅幅值变化剧烈，其在时间轴上波动也很大。采用单片机的过零检测时差的方式也不能很好地完成正逆程对峰，会造成很大测量误差。LCZ200/680DY型矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计对正逆程接收的超声波信号进行高速AD数字化处理，并进行包络的软件相关计算分析，使得超声流量计对接收的超声波信号抖动不敏感，不再取决于正逆程信号的过零点，辅以软件数字计算正逆程时差，大大提高了超声流量计的抗干扰能力，降低了对超声流量计的安装选点要求，极大拓宽了超声流量计的使用范围，其测量的准确性与稳定性较同类产品更好，国内真正意义上的全数字化超声流量计。
　　考虑到煤矿井下一般不能动火焊接、不能停产、不能截断管道焊接法兰，插入式和管段式矿用超声流量计及矿用电磁流量计不适合井下安装。另外，单声道矿用超声流量计的测量精度、稳定性、可靠性较差、日常维护量较大，等原因，也不是特别适合井下流量测量，三声道、四声道价格较贵。综合考虑，双声道矿用超声流量计较适合井下流量测量。
　　（2）矿用隔爆兼本安型多声道超声流量计技术参数：
　　1）流量计精度等级：不低于1.0级；
　　2）矿用流量计自带管道压力传感器，可在测量流量的同时测量管道压力；压力传感器供电、数据传输均通过流量计主机完成；
　　3）主机处理器必须采用DSP及多声道测流，测量准确、稳定。多组冗余声道设计，即使某一探头出现故障，流量计仍能工作，大大提高了仪表运行的可靠性；
　　４）全不锈钢探头，防水、防摔、防撞击，比塑料探头坚固、耐用、可靠，有效避免了长途物流运输及安装过程中磕碰、掉落等损坏，适合煤矿井下恶劣工况使用；
　　５）按键操作：磁感应棒操作，简单可靠，不打开外壳可进行参数设置、查询等操作；
　　６）流速范围：0.3m/s-5m/s；
　　７）传感器连接方式，外夹式、插入式；
　　８）汉字显示，具有瞬时流量、累计流量、状态信息等显示功能；
　　９）具有数据存储及掉电保护功能，存储时间不少于10年，存储空间不少于3年数据存储量；
　　1０）信号输出：模拟量：4-20mA；数字量：频率输出，输出范围可任意设置；
　　1１）通讯接口类型：RS485。协议保证能与管网监控系统兼容，且能根据监控系统要求定制协议；
　　1２）电源：交流127V，电压范围100-240V，适应井下电压波动工况要求；
　　1３）防爆标志：Exd[ib]IMb，防爆型式：隔爆兼本安型，产品具备防爆证及煤安证。
　　4.2.3GPD80F矿用本安型压力传感器
　　●传输距离：≥100m；
　　●探头固定方式：M20*1.5或者M14*1.5标准压力；
　　●测量范围：风压-0.1～0.8MPa，0～10MPa；
　　●输出信号：4-20mA二线制；
　　●检测精度：0.2%；
　　●工作电压及电流：额定工作电压DC12～24V，工作电流≤40mA或锂电池供电；
　　外壳采用不锈钢材料，防护等级不低于IP65。
　　产品具有煤安证和防爆证。
　　4.2.4YHC24矿用本安型数据采集器
　　（1）具有传感器采集巡检功能，最大能够实时采集16个传感器数据上传，可采集模拟量(4-20mA/频率)数据；具有以太网传输接口及其他相关标准传输协议。
　　（2）输入信号：
　　l2路电平型开关量信号输入：高电平≥2.5V,导通；低电平≤1V，截止；
　　l2路模拟量输入信号（4～20）mA；
　　l2路频率输入;200～1000Hz。
　　（3）输出信号：
　　l1路（4～20）mA模拟量输出信号传输，传输距离1km
　　（4）RS485信号接口：
　　l接口数量：2路；
　　l传输方式：RS485，半双工；
　　l传输速率：2400bps；
　　l最大传输距离：2km（使用MHYVR电缆，芯线截面积不小于1.5mm2）。
　　（5）以太网电信号接口
　　l接口数量：1路；
　　l传输方式：TCP/IP协议；
　　l传输速率：100Mbps；
　　l最大传输距离：100m（使用MHSYVP-54*2*0.5煤矿用通讯电缆）；
　　产品具有煤安证和防爆证。
　　4.2.5KDW660/24B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源
　　（1）交流供电输入：
　　l额定输入电压：AC127V/AC660V，视在功率≤250VA。
　　（2）直流电源输出：
　　l1路DC12V电源输出：额定输出电压：DC12V；额定工作电流：1.4A。
　　l1路DC18V电源输出：额定输出电压：DC18V；额定工作电流：0.6A。
　　l1路DC24V电源输出：额定输出电压：DC24V；额定工作电流：0.4A。
　　（3）电源后备电池在额定负载下工作时间不小于4h；转换时间不大于1s；电源可提供第三方检测报告；
　　（4）电源具有限流、限压、短路保护和故障消除后自动恢复的功能；
　　产品具有煤安证和防爆证。
　　4.3系统软件
　　本系统中组态软件通过用户名和密码即可实现登录，进行数据查询、处理等操作，手机APP也可同时登录操作，随时随地查看数据。系统主要功能是把风、水流量及压力集成到一个界面显示，能够按要求查看实时数据及历史数据，监测数据可以用表格、曲线、报表、图形等方式实现数字显示和可视化输出，并可进行相应的编辑、打印、存储等操作。并且，通过分析监测数据，对数据异常的管道进行预警，提醒人工排查，检查异常管道是否存在跑冒滴漏堵问题。
　　4.3.1监控系统软件界面（手机APP可同步登录操作）
　　1）打开桌面软件后进入登录界面，登录界面需要输入正确的账号和密码才能登录成功。

　　2）登陆成功后，进入主界面，可以查看实时流量、流速、累积量、压力、在线状态、是否报警等数据。

　　3）在历史数据中，可以查询历史流量、流速、累积量、压力等数据。

　　4）点击实时曲线、历史曲线，可生成数据对比曲线图，更清晰的对比数据变化

　　5）点击报警信息，可查看实时报警数据，也可根据时间或多条件查询，进行精细化历史报警数据查询。

　　6）图形曲线及数据列表，支持打印功能

　　7）位置信息，图形化展示各仪表安装位置，以及在界面上实时显示与所安装仪表相对应的流量、流速数据。

　　4.4预期效果
　　该系统可实现以下功能：
　　（1）通过安装高精度流量、压力等传感器，设置分段检测点，采集数据，对供水管路的流量及压力数据进行监测，将井下各个测点的数据转化为数字量，并实时计算出它们的准确值。
　　（2）应用环网技术，把数据传输给数据采集器，数据采集器通过井下交换机与环网连接，把数据通过以太环网传输到地面监控服务器，在地面监控器上可直观看到实时运行数据，传输采用标准的通信协议，抗干扰能力强，通信流畅、稳定。
　　（3）应用智能分站控制技术，通过对采集到的现场管路瞬时流量、压力值等信息进行数据对比，上位机安装专用监控软件，可以从地面直观的监控到井下的用水情况。
　　（4）应用计算机信息技术，服务器软件通过环网采集仪表数据，对数据处理、分析对比并显示，用数据库保存历史记录，并可显示各历史数据的模拟曲线。支持统计报表的查询。
　　五、设备清单

　　本设备清单为主要设备清单，需根据现场实际情况，确保功能完整性，补充设备及相关材料，并完善配置。