[发明专利]井下瓦斯抽采管路浓度自动调控预警方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，尤其涉及井下瓦斯抽采管路中瓦斯浓度的调控和隐患预警方法。

背景技术

近十年来，我国煤炭产量由10亿吨增加到30亿吨，开采深度逐年加大，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井越来越多。国家规定，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井必须实施瓦斯抽采，抽采不达标不允许开采。井下瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要手段之一，是高突矿井高产高效的重要的安全保证，也是瓦斯利用的基础和前提，同时也是煤矿安全生产和节能减排的需要。

煤矿井下钻孔瓦斯抽采，通常是向煤层施工大量的钻孔，然后进行封孔和联孔，最终汇入巷道内的抽采管路。我国绝大多数煤层属于低透气煤层，瓦斯抽采困难，且抽采钻孔存在较为严重封孔漏气、联孔漏气现象，目前尚未解决。钻孔漏气后，会导致瓦斯抽采总体浓度降低，若抽采管路内的瓦斯浓度处在爆炸限之内（甲烷含量5%-16%），将会给抽采管路安全带来威胁，国内已出现过瓦斯爆炸导致抽采管路爆炸而使事故扩大化的案例。

若瓦斯抽采浓度过低，达不到可利用浓度，低浓度瓦斯将被迫排入大气，不仅增加了温室气体的排放，同时也是一种能源资源的浪费。国外早期的鲁尔矿区，为了瓦斯利用和管路安全，定期对抽采管路进行关停和启动，以期获得安全的可利用瓦斯浓度。国内某些矿区为了提高管路抽采浓度，基本上是靠关孔，发现哪个钻孔抽采浓度低不经分析就关闭，一个钻孔漏气有时就要通过关闭整条巷道的抽采系统来处理，造成极大的浪费，起不到消突作用，也为以后采煤留下安全隐患。

上述做法虽然可以在一定程度上提高瓦斯抽采浓度，但由于关孔使瓦斯未得到充分释放，既降低了资源利用效率又给煤矿开采留下了安全隐患，同时这部分瓦斯直接排入大气还会加重温室效应，污染大气环境。

总之，由于钻孔封孔存在漏气问题，加之钻孔深度的差别、煤层透气性的变化以及封孔质量的差异，使得本煤层钻孔的瓦斯抽采浓度存在以下问题：

1、没有从煤层自身条件，透气性、瓦斯含量、瓦斯压力等结合点去整体考虑瓦斯浓度控制；

2、同一区域不同钻孔的抽采浓度有高有低，而瓦斯浓度衰减速度有快有慢，差别较大；

3、抽采负压要多大全凭经验，没有具体的浓度控制理论和使用方法作指导，过于片面和草率。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是改变现有瓦斯抽采管路中瓦斯浓度的人工调节和盲目调控的现状，解决瓦斯抽采管路负压与瓦斯浓度和流量的匹配问题；目的是提供一种井下瓦斯抽采管路浓度自动调控预警系统及其使用方法，提高和稳定抽采管路内的瓦斯浓度，并对抽采管路的隐患实施预警。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

井下瓦斯抽采管路浓度自动调控预警方法，它包括如下步骤：

①、将信号采集单元和执行单元组装为一体，安装在瓦斯抽采管路上；所述的信号采集单元包括管路负压传感器、瓦斯浓度传感器、一氧化碳传感器和管路流量测试仪；所述的执行单元由电动阀门构成；

②、操作执行单元，确定管路瓦斯浓度与抽采负压之间的最长负压滞后时间、最高管路瓦斯浓度，从而得到管路瓦斯浓度与抽采负压的变化曲线图；

③、根据获得的最长负压滞后时间和最高管路瓦斯浓度，设定预警瓦斯浓度和预警负压滞后时间；所述的预警瓦斯浓度设定值低于最高管路瓦斯浓度值，且高于抽采瓦斯所要求的最低值；预警负压滞后时间为最长负压滞后时间的1.5～2倍；

④、实时采集当前瓦斯浓度值和负压值；若当前瓦斯浓度值大于最高管路瓦斯浓度，则提示最高管路瓦斯浓度有误，重新执行步骤②；若当前瓦斯浓度值小于最高管路瓦斯浓度，但是大于预警瓦斯浓度设定值，则保持电动阀门开度不变；若当前瓦斯浓度值小于预警瓦斯浓度设定值，则发出报警，同时搜索最佳抽采负压，然后在最佳抽采负压上继续抽采瓦斯；

⑤、系统正常运转后，定期重复步骤②～④。

信号采集单元的管路负压传感器、瓦斯浓度传感器、一氧化碳传感器和管路流量测试仪集成安装于一节管道内，并将该节管道安装于电动阀门装置负压较低的一侧。

在所述的步骤②中，最长负压滞后时间的测定是将电动阀门开度从开90%以上关闭到开10%以下，同时在管路末端注入少量一氧化碳并计时开始，当位于电动阀门旁的一氧化碳传感器检测到CO时，计时结束。

在所述的步骤②中，通过每次关闭1%~5%角度的电动阀门，等待最长负压滞后时间后，记录管道浓度值和管道负压值，重复这个过程可得到管路瓦斯浓度与抽采负压的变化曲线图，从而确定最高管路瓦斯浓度对应的负压。