專利名稱：一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦礦井采空區(qū)煤層氣抽采技術(shù)，特別提供了一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法。
背景技術(shù)：
在我國煤礦行業(yè)，礦井采空區(qū)煤層氣的抽采，已是煤礦安全生產(chǎn)、節(jié)能減排、瓦斯利用不可或缺的エ藝環(huán)節(jié)，煤層氣抽采效果的好壞，直接影響到煤礦的安全穩(wěn)定生產(chǎn)、提高節(jié)能減排水平、高效利用瓦斯；目前我國煤礦采空區(qū)煤層氣的抽采方法既傳統(tǒng)又落后，且五花入門，技術(shù)手段參差不齊，大多數(shù)礦井的抽采控制エ藝簡單，在采空區(qū)的形成過程中，預(yù)埋帶有吸入ロ的抽放管道，在回風(fēng)巷和采掘工作面瓦斯超標(biāo)的情況下，利用礦井移動式抽放泵站或瓦斯集輸系統(tǒng)，對該采空區(qū)進(jìn)行煤層氣抽采，以降低作業(yè)環(huán)境的瓦斯?jié)舛?，確保煤礦安全生產(chǎn)；即使在設(shè)有地面抽放泵站和瓦斯集輸系統(tǒng)的礦井，也只對地面抽放設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而對井下具有多個采空區(qū)的礦井，進(jìn)行有選擇性的智能化煤層氣抽采控制尚 無先例，在這種情況下多數(shù)是采用人為干預(yù)，隨意性較大，缺乏科學(xué)管理機制，在抽放能力一定的情況下，系統(tǒng)的抽放效率得不到優(yōu)化，同時也制約了采空區(qū)煤層氣抽采技術(shù)的發(fā)展，給礦井安全生產(chǎn)帶來事故隱患。目前我國煤礦對于采空區(qū)煤層氣的抽采方法主要是利用礦用移動式泵站或建設(shè)井下固定式抽采管網(wǎng)，對各個采空區(qū)的煤層氣進(jìn)行抽采，而抽采與否的主要參考指標(biāo)，就是采空區(qū)和工作面及回風(fēng)巷的CH4濃度是否超標(biāo)。這種抽采方式存在很多問題(1)由于參考數(shù)據(jù)只有瓦斯?jié)舛醛`項，不能全面客觀地反映煤層氣的變化情況，對于一些影響正常抽采的氣體成份以及溫度指標(biāo)，沒有監(jiān)測手段，致使抽采過程中存在諸多安全隱患；(2)多數(shù)礦井同時存在多個采掘工作面所形成的多個采空區(qū)，對于這些位置的煤層氣抽采，基本上都采用單獨抽采方式，即使設(shè)有固定式瓦斯集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的礦井，也是采用人為干預(yù)的方法，來確定其中某個采空區(qū)是否進(jìn)行抽采；這種單獨和人為干預(yù)的抽采方式，大大地降低了抽采設(shè)備和管網(wǎng)的利用率，難以實現(xiàn)抽采エ藝的系統(tǒng)化，制約了抽采效果的優(yōu)化控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明特別提供一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，該方法在應(yīng)用實踐中，基本上克服了現(xiàn)有抽采技術(shù)中，存在的各采空區(qū)獨立行事、抽采控制參數(shù)単一化，抽采過程無安全控制保障、基本上解決了抽采效率低的問題，達(dá)到了本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)，在抽采能力一定的情況下，最大限度地發(fā)揮了系統(tǒng)的利用率和抽采效率。本發(fā)明所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，利用礦用移動式泵站或建設(shè)井下固定式抽采管網(wǎng)，根據(jù)采空區(qū)和工作面及回風(fēng)巷的CH4濃度是否超標(biāo)，判斷是否對各個采空區(qū)的煤層氣進(jìn)行抽采，其中，所述控制方法對煤層氣中制約抽采的こ烯、一氧化碳、氧氣氣體成分和氣體溫度進(jìn)行實時監(jiān)測。本發(fā)明所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其中，所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的安全控制指標(biāo)的設(shè)定こ烯探測是根據(jù)煤層氣中是否含有こ烯氣體成份，是判定采空區(qū)即將發(fā)生煤火的可靠指標(biāo)，一旦探測到有C2H4的存在，PLC監(jiān)控分站立即發(fā)出關(guān)閉閥門的指令，停止該支路的抽采；CO檢測是根據(jù)煤層氣中ー氧化碳含量的變化，直接反應(yīng)采空區(qū)中煤質(zhì)的氧化程度，當(dāng)一氧化碳含量大于等于60ppm吋，就有發(fā)生煤火的潛在可能，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；02與氣體溫度的檢測是根據(jù)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度判斷，當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度大于70°C吋，說明采空區(qū)內(nèi)部的溫度非常高，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度在40 70°C之間，說明采空區(qū)內(nèi)部溫度較高，大量抽采會增加采空區(qū)內(nèi)的氧氣含量，加速煤質(zhì)的氧化進(jìn)程，有引起煤火的可能性，此時當(dāng)氧氣含量大于7%吋，PLC監(jiān)控分站應(yīng)減小閥門開度，降低抽采量。本發(fā)明所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其中，所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的抽采控制指標(biāo)的設(shè)定利用PLC監(jiān)控分站對各分支采空區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)PLC監(jiān)控分站，對上述安全控制指標(biāo)進(jìn)行巡檢后，沒有超標(biāo)時，該支路采空區(qū)的煤層 氣抽采工作將正常進(jìn)行；在主抽采管線的抽采功率一定的情況下，各支路的抽采量，由PLC監(jiān)控分站來進(jìn)行智能化控制，它將根據(jù)該采空區(qū)的甲烷濃度(O 100%)的大小，通過調(diào)節(jié)該支路的電動調(diào)節(jié)閥開度(O 100%)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對支路的抽采量進(jìn)行智能化控制。本發(fā)明所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)在井下抽采主管道與連接各采空區(qū)的支路管線處，加裝可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的礦用隔爆型電動調(diào)節(jié)閥門，在采空區(qū)預(yù)埋的煤層氣抽采管道出口處，依次安裝礦用本安型溫度、こ烯探測、ー氧化碳濃度、氧氣濃度、高濃甲烷傳感器。針對上述問題本發(fā)明所提出的解決方法是(I)對煤層氣中制約抽采的其他氣體成分和氣體溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，其中的氣體包括こ烯、一氧化碳、氧氣；當(dāng)煤層氣中出現(xiàn)こ烯(C2H4)氣體時，說明采空區(qū)內(nèi)殘煤溫升過高，即將發(fā)生燃燒，此時應(yīng)立即停止抽采；煤層氣中ー氧化碳含量的變化，直接反應(yīng)采空區(qū)中煤質(zhì)的氧化程度，當(dāng)超過安全極限值時，就有發(fā)生煤火的可能，應(yīng)立即停止抽采；為避免采空區(qū)內(nèi)煤質(zhì)氧化過快，當(dāng)抽采氣體溫度過高，氧氣濃度過大時，應(yīng)減少抽采量或停止抽采；(2)基于固定式集輸管網(wǎng)系統(tǒng)，利用PLC監(jiān)控分站對各分支采空區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，在各項安全監(jiān)測指標(biāo)正常的情況下，根據(jù)各支路甲烷濃度的大小，對支路的抽采量進(jìn)行智能化控制(調(diào)節(jié)各支路出口電動調(diào)節(jié)閥的開度)，提高抽采系統(tǒng)的抽采率。本發(fā)明所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的安全控制指標(biāo)的設(shè)定
こ烯探測煤層氣中是否含有こ烯氣體成份，是判定采空區(qū)即將發(fā)生煤火的可靠指標(biāo)，一旦探測到有C2H4的存在，PLC監(jiān)控分站立即發(fā)出關(guān)閉閥門的指令，停止該支路的抽采；CO檢測煤層氣中一氧化碳含量的變化，直接反應(yīng)采空區(qū)中煤質(zhì)的氧化程度，當(dāng)ー氧化碳含量大于等于60ppm時，就有發(fā)生煤火的潛在可能，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；
02與氣體溫度的檢測當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出口溫度大于70°C吋，說明采空區(qū)內(nèi)部的溫度非常高，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出口溫度在40 70°C之間，說明采空區(qū)內(nèi)部溫度較高，大量抽采會增加采空區(qū)內(nèi)的氧氣含量，加速煤質(zhì)的氧化進(jìn)程，有引起煤火的可能性，此時當(dāng)氧氣含量大于7%吋，PLC監(jiān)控分站應(yīng)減小閥門開度，降低抽米量。


圖I為采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的抽采控制指標(biāo)PID設(shè)定；
圖2為采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的系統(tǒng)安裝布置示意總 圖3為采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的控制程序流程總圖。
圖2中虛線部分為采空區(qū)煤層氣高效抽采智能化控制方法的現(xiàn)場具體實施的設(shè)備布置圖。
具體實施例方式本實施例所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，利用礦用移動式泵站或建設(shè)井下固定式抽采管網(wǎng)，根據(jù)采空區(qū)和工作面及回風(fēng)巷的CH4濃度是否超標(biāo)，判斷是否對各個采空區(qū)的煤層氣進(jìn)行抽采，其中，所述控制方法對煤層氣中制約抽采的こ烯、ー氧化碳、氧氣氣體成分和氣體溫度進(jìn)行實時監(jiān)測。本實施例所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其中，所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的安全控制指標(biāo)的設(shè)定こ烯探測是根據(jù)煤層氣中是否含有こ烯氣體成份，是判定采空區(qū)即將發(fā)生煤火的可靠指標(biāo)，一旦探測到有C2H4的存在，PLC監(jiān)控分站立即發(fā)出關(guān)閉閥門的指令，停止該支路的抽采；C0檢測是根據(jù)煤層氣中ー氧化碳含量的變化，直接反應(yīng)采空區(qū)中煤質(zhì)的氧化程度，當(dāng)一氧化碳含量大于等于60ppm吋，就有發(fā)生煤火的潛在可能，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；02與氣體溫度的檢測是根據(jù)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度判斷，當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度大于70°C吋，說明采空區(qū)內(nèi)部的溫度非常高，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出ロ溫度在40 70°C之間，說明采空區(qū)內(nèi)部溫度較高，大量抽采會增加采空區(qū)內(nèi)的氧氣含量，加速煤質(zhì)的氧化進(jìn)程，有引起煤火的可能性，此時當(dāng)氧氣含量大于7%吋，PLC監(jiān)控分站應(yīng)減小閥門開度，降低抽采量。本實施例所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其中，所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的抽采控制指標(biāo)的設(shè)定利用PLC監(jiān)控分站對各分支采空區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)PLC監(jiān)控分站，對上述安全控制指標(biāo)進(jìn)行巡檢后，沒有超標(biāo)時，該支路采空區(qū)的煤層氣抽采工作將正常進(jìn)行；在主抽采管線的抽采功率一定的情況下，各支路的抽采量，由PLC監(jiān)控分站來進(jìn)行智能化控制，它將根據(jù)該采空區(qū)的甲烷濃度(O 100%)的大小，通過調(diào)節(jié)該支路的電動調(diào)節(jié)閥開度(O 100%)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對支路的抽采量進(jìn)行智能化控制。本實施例所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)在井下抽采主管道與連接各采空區(qū)的支路管線處，加裝可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的礦用隔爆型電動調(diào)節(jié)閥門，在采空區(qū)預(yù)埋的煤層氣抽采管道出口處，依次安裝礦用本安型溫度、こ烯探測、ー氧化碳濃度、氧氣濃度、高濃甲烷傳感器。
權(quán)利要求
1.一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，利用礦用移動式泵站或建設(shè)井下固定式抽采管網(wǎng)，根據(jù)采空區(qū)和工作面及回風(fēng)巷的CH4濃度是否超標(biāo)，判斷是否對各個采空區(qū)的煤層氣進(jìn)行抽采，其特征在于所述控制方法對煤層氣中制約抽采的乙烯、一氧化碳、氧氣氣體成分和氣體溫度進(jìn)行實時監(jiān)測。
2.按照權(quán)利要求I所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其特征在于所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的安全控制指標(biāo)的設(shè)定乙烯探測是根據(jù)煤層氣中是否含有乙烯氣體成份，是判定采空區(qū)即將發(fā)生煤火的可靠指標(biāo)，一旦探測到有C2H4的存在，PLC監(jiān)控分站立即發(fā)出關(guān)閉閥門的指令，停止該支路的抽采；CO檢測是根據(jù)煤層氣中一氧化碳含量的變化，直接反應(yīng)采空區(qū)中煤質(zhì)的氧化程度，當(dāng)一氧化碳含量大于等于60ppm時，就有發(fā)生煤火的潛在可能，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；02與氣體溫度的檢測是根據(jù)采空區(qū)預(yù)埋管路出口溫度判斷，當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出口溫度大于70°C時，說明采空區(qū)內(nèi)部的溫度非常高，PLC監(jiān)控分站應(yīng)立即關(guān)閉閥門，停止該采空區(qū)的抽采工作；當(dāng)采空區(qū)預(yù)埋管路出口溫度在40 70°C之間，說明采空區(qū)內(nèi)部溫度較高，大量抽采會增加采空區(qū)內(nèi)的氧氣含量，加速煤質(zhì)的氧化進(jìn)程，有引起煤火的可能性，此時當(dāng)氧氣含量大于7%時，PLC監(jiān)控分站應(yīng)減小閥門開度，降低抽采量。
3.按照權(quán)利要求I所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其特征在于所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法的抽采控制指標(biāo)的設(shè)定利用PLC監(jiān)控分站對各分支采空區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)PLC監(jiān)控分站，對上述安全控制指標(biāo)進(jìn)行巡檢后，沒有超標(biāo)時，該支路采空區(qū)的煤層氣抽采工作將正常進(jìn)行；在主抽采管線的抽采功率一定的情況下，各支路的抽采量，由PLC監(jiān)控分站來進(jìn)行智能化控制，它將根據(jù)該采空區(qū)的甲烷濃度(0 100%)的大小，通過調(diào)節(jié)該支路的電動調(diào)節(jié)閥開度(0 100%)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對支路的抽采量進(jìn)行智能化控制。
4.按照權(quán)利權(quán)利要求I所述采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，其特征在于所述控制方法的控制系統(tǒng)在井下抽采主管道與連接各采空區(qū)的支路管線處，加裝可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的礦用隔爆型電動調(diào)節(jié)閥門，在采空區(qū)預(yù)埋的煤層氣抽采管道出口處，依次安裝礦用本安型溫度、乙烯探測、一氧化碳濃度、氧氣濃度、高濃甲烷傳感器。
全文摘要
一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，利用礦用移動式泵站或建設(shè)井下固定式抽采管網(wǎng)，根據(jù)采空區(qū)和工作面及回風(fēng)巷的CH4濃度是否超標(biāo)，判斷是否對各個采空區(qū)的煤層氣進(jìn)行抽采，其中，所述控制方法對煤層氣中制約抽采的其它氣體成分和氣體溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，其中氣體成分包括乙烯、一氧化碳、氧氣；本發(fā)明特別提供一種采空區(qū)煤層氣高效抽采智能控制方法，該方法在應(yīng)用實踐中，基本上克服了現(xiàn)有抽采技術(shù)中，存在的各采空區(qū)獨立行事、抽采控制參數(shù)單一化，抽采過程無安全控制保障、基本上解決了抽采效率低的問題，達(dá)到了本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)，在抽采能力一定的情況下，最大限度地發(fā)揮了系統(tǒng)的利用率和抽采效率。
文檔編號E21F7/00GK102681494SQ20111005550
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者孫凡, 李鐵良, 祝釗, 趙克濤, 陳騁 申請人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院