煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法及装置与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法及装置。

背景技术：

煤矿瓦斯预抽采一般属于未卸压煤层的瓦斯抽放，其抽采方式主要有本煤层抽采和邻近层抽采。在不受人为因素以及采动影响干扰的情况下，对于预抽钻孔，抽采瓦斯的浓度与钻孔的瓦斯涌出量和因钻孔封孔质量不佳而造成的钻孔漏气量有关。当钻孔漏气量过大时，就会造成抽采瓦斯浓度的降低。

增加抽采负压，能够增加钻孔的瓦斯涌出量，但同时也会增加钻孔漏气，抽采负压过大，往往就会使钻孔漏气量大于钻孔瓦斯的涌出量。因此，通过调节抽采负压，使钻孔瓦斯涌出量与钻孔漏气量相平衡，可以使钻孔瓦斯浓度达到最大。

多个钻孔组成一个钻场，由于各钻孔位于同一区域，煤层地质和瓦斯赋存条件基本一致，因此钻场的抽采负压控制规律与单钻孔的基本一致。通过调节钻场抽采负压，提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量，既大大提高了煤矿开采的安全系数，又能提高抽采瓦斯利用率，减少因瓦斯排空而造成的环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法，以提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量，并提高瓦斯抽采利用率。

本发明提供一种煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法，实时监测瓦斯浓度，判断瓦斯浓度范围是否在浓度阈值范围内；若大于浓度阈值范围的上限设定值，则按照一定的步幅提高抽采负压；若小于浓度阈值范围的下限设定值，则按照一定的步幅降低抽采负压；若在浓度阈值范围内，启动稳压模式。

进一步地，实时监测抽采负压，进入稳压模式后，判断抽采负压是否在抽采负压阈值范围内，若大于负压阈值上限设定值，则降低抽采负压到设定范围；若小于负压阈值范围下限设定值，则增大抽采负压到设定范围；若在负压阈值范围内，则保持现状。

进一步地，所述瓦斯浓度阈值范围为c-2％～c+2％，c为控制浓度。

进一步地，所述抽采负压阈值范围为P-1％～P+1％，P为控制抽采负压。

本发明还提供一种煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置，所述装置包括至少一套管道瓦斯实时监测装置和对应套数的管道调压阀，以及瓦斯抽采自动控制装置；瓦斯抽采自动控制装置与管道瓦斯实时监测装置信号连接，与管道调压阀控制连接；管道瓦斯实时监测装置实时监测抽采管道的瓦斯浓度，瓦斯抽采自动控制装置采集所述瓦斯浓度信号，并判断瓦斯浓度范围是否在浓度阈值范围内；若大于浓度阈值范围的上限设定值，则控制调压阀按照一定的步幅提高抽采负压；若小于浓度阈值范围的下限设定值，则控制调压阀按照一定的步幅降低抽采负压；若在浓度阈值范围内，启动稳压模式。

进一步地，瓦斯信号传感装置实时监测抽采负压，进入稳压模式后，瓦斯抽采自动控制装置采集所述抽采负压信号，并判断抽采负压是否在抽采负压阈值范围内，若大于负压阈值范围的上限设定值，则控制管道调压阀降低抽采负压到设定范围；若小于负压阈值范围的下限设定值，则控制调压阀增大抽采负压到设定范围；若在负压阈值范围内，则保持现状。

进一步地，所述瓦斯浓度阈值范围为c-2％～c+2％，c为控制浓度。

进一步地，所述抽采负压阈值范围为P-1％～P+1％，P为控制抽采负压。

本发明的有益效果是：该方法及装置通过调控抽采负压，使钻孔瓦斯涌出量与钻孔漏气量相平衡，使钻孔瓦斯浓度达到最大值，即瓦斯抽采浓度的最优状态；对抽采负压进行自动调控，稳定最优抽采负压值，保证抽采系统的稳定。既大大提高了煤矿开采的安全系数，又能提高抽采瓦斯利用率，减少因瓦斯排空而造成的环境污染问题。

附图说明

图1是煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置图；

图2是煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法流程图；

图3是另一种煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步的详细说明。

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法实施例1：

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法流程图如图2所示，过程如下：

a.系统各装置按要求安装并连接完毕；

b.自动控制装置启动，并进入“调压模式”；

c.自动控制装置采集管道监测装置监测信号，并判断瓦斯浓度是否上升，若上升，则进入d，否则进入f；

d.判断瓦斯浓度上升是否超过2％，若超过，进入e，否则进入i；

e.控制调压阀，提高抽采负压0.1kpa，并回到b；

f.判断瓦斯浓度是否降低，若降低，进入g，否则进入i；

g.判断瓦斯浓度降低是否超过2％，若超过，进入h，否则进入i；

h.控制调压阀，降低抽采负压0.1kpa，并回到b；

i.启动“稳压模式”。

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法实施例2：

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控方法流程图如图2所示，方法如下：

a.系统各装置按要求安装并连接完毕；

b.自动控制装置启动，并进入“调压模式”；

c.自动控制装置采集管道监测装置监测信号，并判断瓦斯浓度是否上升，若上升，则进入d，否则进入f；

d.判断瓦斯浓度上升是否超过2％，若超过，进入e，否则进入i；

e.控制调压阀，提高抽采负压0.1kpa，并回到b；

f.判断瓦斯浓度是否降低，若降低，进入g，否则进入i；

g.判断瓦斯浓度降低是否超过2％，若超过，进入h，否则进入i；

h.控制调压阀，降低抽采负压0.1kpa，并回到b；

i.启动“稳压模式”；

j.判断抽采负压是否下降，若下降，进入k，否则进入m；

k.判断抽采负压下降是否超过1％，若超过，进入l，否则进入n；

l.控制调压阀，使抽采负压增大回到正常范围内，并回到b；

m.判断抽采负压是否上升，若上升，进入o，否则进入n；

n.维持抽采负压不变，并回到b；

o.判断抽采负压上升是否超过1％，若超过，进入p，否则进入n；

p.控制调压阀，使抽采负压降低回到设定范围内，并回到b。

在此实施例中，在不同阶段，当抽采负压达到最佳值时，如果抽采负压还在上下波动，不仅会影响整个控制系统的稳定性，更重要的是影响瓦斯抽采效率。而且，由于抽采管路长时间的腐蚀，往往会出现管道漏气情况；另外由于抽采管道有大量粉尘和水汽，凝结在管壁上，导致管路阻力的增大等，都会导致抽采负压的变化。该稳压模式，就是当管路的抽采负压达到最优负压值时，会自动保证管路抽采负压持续稳定在正常范围内，防止出现频繁变化和波动。

在此实施例中，瓦斯浓度判断的阈值范围为c-2％～c+2％，抽采负压阈值范围设置为P-1％～P+1％。可根据实际系统情况，设置不同的阈值范围。

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置实施例1：

本发明所述的煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置如图1所示，装置包括管道瓦斯实时监测装置1、管道调压阀2以及瓦斯抽采自动控制装置3；瓦斯抽采自动控制装置3与管道瓦斯实时监测装置1信号连接，与管道调压阀2控制连接。

管道瓦斯实时监测装置1用来实时监测抽采管道的瓦斯浓度、抽采负压和流量；管道调压阀2用来调节抽采管道压力；瓦斯抽采自动控制装置3用来采集管道监测装置的信号、分析控制逻辑并控制管道调压阀进行抽采负压自动调节。

在各装置按照要求安装并连接完毕的基础上，瓦斯抽采自动控制装置3启动，进入“调压模式”。自动控制装置3采集管道监测装置1的监测信号，并判断瓦斯浓度是否上升，若上升则判断瓦斯浓度上升是否超过2％，若超过则提高抽采负压0.1kpa，若未超过2％，则启动“稳压模式”；若瓦斯浓度并未上升，则判断瓦斯浓度是否下降，若下降则判断瓦斯浓度下降是否超过2％，若超过则降低抽采负压0.1kpa，若未超过则启动“稳压模式”；若瓦斯浓度不变则同样启动“稳压模式”。

进入“稳压模式”后，判断抽采负压是否下降，若下降则判断抽采负压是否超过1％，若超过则瓦斯抽采自动控制装置3控制管道调压阀2，使抽采负压增大回到设定范围，若未超过1％则维持抽采负压不变；若抽采负压未下降，则判断抽采负压是否上升，若上升则判断抽采负压上升是否超过1％，若超过则瓦斯抽采自动控制装置3控制管道调压阀2，使抽采负压降低回到设定范围，若未超过1％则维持抽采负压不变；若抽采负压不变则维持现状。

煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置实施例2：

在上述实施例中，采用一个控制装置控制一个管道瓦斯实时监测装置和管道调压阀，还可以一个控制装置同时控制多个管道瓦斯实时监测装置和对应的管道调压阀，实现一个装置，多测点控制。装置图如图3所示为四个抽采钻场，分别配备四个管道瓦斯实时监测装置和四个与之对应的调压阀，以及一个瓦斯抽采自动控制装置，由这一个瓦斯抽采自动控制装置来控制四个瓦斯监测装置和四个调压阀。在工作状态时，瓦斯抽采自动控制装置进行循环采样，根据每一个管道瓦斯实时监测装置的信号分别控制对应的调压阀。每个抽采场的调控方法如煤矿瓦斯预抽采钻场抽采瓦斯浓度自动调控装置实施例1。