采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法及系统与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法及系统。

背景技术：

煤层裂隙发育，能够增加煤层透气性，有利于增加煤层瓦斯涌出，此时适当提高抽采负压，能够很好的提高瓦斯抽采效率。而煤层裂隙过于发育，就会造成抽采钻孔封孔质量的下降，大大增加钻孔漏气，甚至造成钻孔失效情况，此时如果抽采负压过大，钻孔漏风量会远大于钻孔瓦斯涌出量，使瓦斯抽采效率极低，造成资源的浪费。因此对于裂隙发育不同的煤层，需要调整不同的抽采负压，以保证抽采效率。

在煤矿，采用“边采边抽”瓦斯抽采方式的情况普遍存在，工作面正常开采，在工作面推进的前方进行瓦斯抽采。对于在采工作面，由于受到采动影响的作用，整个工作面会出现煤层裂隙不发育、煤层裂隙发育和煤层裂隙发育明显三个区域，离回采工作面越近，裂隙越发育。而随着工作面推进，某一区域也会经历裂隙不发育、裂隙发育、裂隙发育明显三个阶段。因此，要保证瓦斯抽采的高效率，对于煤层的不同区域、同一区域的不同阶段，必须对抽采负压进行动态调整。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法，用以解决现有采煤工作面控制系统针对性不强，瓦斯抽采效率和质量不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法，可以实时监测各个抽采场瓦斯的抽采信息，所述抽采信息包括抽采混合总流量、瓦斯浓度和抽采负压，判断抽采混合总流量变化：

若上升，则计算和比较抽采混合总流量上升速度与抽采瓦斯纯量上升速度，若抽采混合总流量上升速度大于抽采瓦斯纯量上升速度，则降低抽采负压；若抽采混合总流量上升速度小于抽采瓦斯纯量上升速度，则提高抽采负压；否则启动稳压模式；

若降低，则计算和比较抽采混合总流量下降速度与抽采瓦斯纯量下降速度，若抽采混合总流量下降速度大于抽采瓦斯纯量下降速度，则提高抽采负压；若抽采混合总流量下降速度小于抽采瓦斯纯量下降速度，则降低抽采负压；否则启动稳压模式；

若不变，则启动稳压模式。

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。

本发明还提供一种采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统，所述系统包括用于放置在每个需进行瓦斯抽采的采煤工作面的至少一套管道瓦斯信号传感装置和对应套数的管道调压阀和瓦斯抽采动态控制装置，以及工作面控制主机；工作面控制主机控制连接各个瓦斯抽采动态控制装置，各个瓦斯抽采动态控制装置控制连接对应的管道调压阀，信号连接管道瓦斯实时监测装置；管道瓦斯实时监测装置实时监测各个抽采场瓦斯的抽采信息，所述抽采信息包括各抽采混合总流量、瓦斯浓度和抽采负压，判断抽采混合总流量变化：

若上升，则计算和比较抽采混合总流量上升速度与抽采瓦斯纯量上升速度，若抽采混合总流量上升速度大于抽采瓦斯纯量上升速度，则控制调压阀降低抽采负压；若抽采混合总流量上升速度小于抽采瓦斯纯量上升速度，则控制调压阀提高抽采负压；否则启动稳压模式；

若降低，则计算和比较抽采混合总流量下降速度与抽采瓦斯纯量下降速度，若抽采混合总流量下降速度大于抽采瓦斯纯量下降速度，则控制调压阀提高抽采负压；若抽采混合总流量下降速度小于抽采瓦斯纯量下降速度，则控制调压阀降低抽采负压；否则启动稳压模式；

若不变，则启动稳压模式。

进一步地，瓦斯实时监测装置实时监测抽采负压，进入稳压模式后，瓦斯抽采动态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。

本发明还提供一种采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统，所述系统包括用于放置在每个需进行瓦斯抽采的采煤工作面的至少一套管道瓦斯信号传感装置和对应套数的管道调压阀，以及工作面控制主机；工作面控制主机控制连接各管道调压阀，信号连接各瓦斯实时监测装置；管道瓦斯实时监测装置实时监测各个抽采场瓦斯的抽采信息，所述抽采信息包括各抽采混合总流量、瓦斯浓度和抽采负压，判断抽采混合总流量变化：

若上升，则计算和比较抽采混合总流量上升速度与抽采瓦斯纯量上升速度，若抽采混合总流量上升速度大于抽采瓦斯纯量上升速度，则控制调压阀降低抽采负压；若抽采混合总流量上升速度小于抽采瓦斯纯量上升速度，则控制调压阀提高抽采负压；否则启动稳压模式；

若降低，则计算和比较抽采混合总流量下降速度与抽采瓦斯纯量下降速度，若抽采混合总流量下降速度大于抽采瓦斯纯量下降速度，则控制调压阀提高抽采负压；若抽采混合总流量下降速度小于抽采瓦斯纯量下降速度，则控制调压阀降低抽采负压；否则启动稳压模式；

若不变，则启动稳压模式。

进一步地，瓦斯实时监测装置实时监测抽采负压，进入稳压模式后，工作面控制主机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：本发明通过对采煤工作面不同抽采场及同一抽采场的不同阶段分别进行独立的自动控制，以瓦斯抽采受裂隙发育影响最直接的体现参数抽采混合量和瓦斯抽采纯量作为调控依据，执行抽采负压的动态调控。本发明针对采煤工作面推进过程裂隙的发育规律，动态调整抽采负压，提高了抽采效率和抽采质量。

附图说明

图1是采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统图；

图2是采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法流程图；

图3是采煤工作面瓦斯抽采动态调控其他形式系统图。

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。

采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法实施例1：

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“动态调压模式”；

c.自动控制装置采集管道监测装置监测信号，计算并判断Q_总是否上升，若上升，则进入d，否则进入f；

d.判断VQ_总是否大于VQ_纯，若大于，进入e，否则进入f；

e.控制阀门，降低抽采负压，并回到b；

f.判断VQ_总是否小于VQ_纯，若小于，进入i，否则进入k；

g.判断Q_总是否降低，若降低，进入h，否则进入k；

h.判断VQ`<sub>总</sub>是否大于VQ`_纯，若大于，进入i，否则进入j；

i.控制阀门，提高抽采负压，并回到b；

j.判断VQ`<sub>总</sub>是否小于VQ`_纯，若小于，进入e，否则进入k；

k.启动“稳压”模式。

采煤工作面瓦斯抽采动态调控方法实施例2：

采煤工作面瓦斯抽采动态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“动态调压模式”；

c.自动控制装置采集管道监测装置监测信号，计算并判断Q_总是否上升，若上升，则进入d，否则进入f；

d.判断VQ_总是否大于VQ_纯，若大于，进入e，否则进入f；

e.控制阀门，降低抽采负压，并回到b；

f.判断VQ_总是否小于VQ_纯，若小于，进入i，否则进入k；

g.判断Q_总是否降低，若降低，进入h，否则进入k；

h.判断VQ`<sub>总</sub>是否大于VQ`_纯，若大于，进入i，否则进入j；

i.控制阀门，提高抽采负压，并回到b；

j.判断VQ`<sub>总</sub>是否小于VQ`_纯，若小于，进入e，否则进入k；

k.启动“稳压”模式；

l.判断抽采负压是否下降，若下降，进入m，否则进入o；

m.判断抽采负压下降是否超过1％，若超过，进入n，否则进入p；

n.控制阀门，使抽采负压增大回到正常范围内，并回到b；

o.判断抽采负压是否上升，若上升，进入q，否则进入p；

p.维持抽采负压不变，并回到b；

q.判断抽采负压上升是否超过1％，若超过，进入r，否则进入p；

r.控制阀门，使抽采负压降低回到正常范围内，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后，如果抽采负压上下波动，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，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。

采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统实施例1：

本发明所述的采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统图如图1所示，针对煤层裂隙发育不同情况，在煤层裂隙不发育、煤层裂隙发育和煤层裂隙发育明显三个区域分别设置一个管道瓦斯实时监测装置1、一个管道调压阀2以及一个瓦斯抽采动态控制装置3，该系统还包括工作面控制主机4。工作面控制主机4控制连接各个瓦斯抽采动态控制装置，各个瓦斯抽采动态控制装置控制连接对应的管道调压阀，信号连接瓦管道斯信号传感装置。

管道瓦斯实时监测装置1用来实时监测抽采管道的流量、瓦斯浓度和抽采负压；管道调压阀2用来调节抽采管道压力；瓦斯抽采动态控制装置3用来采集管道信号传感装置的信号、自动分析控制逻辑并控制管道调压阀进行抽采负压自动调节；工作面控制主机4为采煤工作面瓦斯抽采动态调控核心装置，具有瓦斯抽采动态控制装置3信号的采集、工作面瓦斯抽采主管道监测信息的采集、工作面达标评价分析、对瓦斯抽采动态控制装置3的管理以及对工作面整体抽采负压规律的自学习和自应用等功能。

在各装置按照要求安装并连接完毕的基础上，系统启动，进入“动态调压模式”。瓦斯抽采动态控制装置3实时监测各个抽采场瓦斯的抽采信息，抽采信息包括抽采混合总流量、瓦斯浓度和抽采负压，并判断抽采瓦斯总流量Q_总变化：

若Q_总上升，则计算和比较抽采混合总流量上升速度VQ_总与抽采瓦斯纯量上升速度VQ_纯，若VQ_总>VQ_纯，则瓦斯抽采动态控制装置3控制管道调压阀2降低抽采负压，若VQ_总<VQ_纯，则控制管道调压阀2提高抽采负压，否则进入“稳压模式”；

若Q_总降低，则计算和比较抽采混合总流量下降速度VQ`<sub>总</sub>与抽采瓦斯纯量下降速度VQ`_纯，若VQ`<sub>总</sub>>VQ`_纯，则瓦斯抽采动态控制装置3控制管道调压阀2提高抽采负压，若VQ`<sub>总</sub><VQ`_纯，则控制管道调压阀2降低抽采负压，否则进入“稳压模式”；

若Q_总不变，则进入稳压模式。

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％，若超过则瓦斯抽采动态控制装置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％，若超过则瓦斯抽采动态控制装置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。

在本实施例中，在采煤工作面配备了三套瓦斯抽采动态控制装置、管道瓦斯实时监测装置和调压阀，需指出，这只是该系统的典型配置，可根据实际需要，在每个工作面配备所需套数的瓦斯抽采控制装置、管道瓦斯实时监测装置和调压阀。

采煤工作面瓦斯抽采动态调控系统实施例2：

在上述实施例中，工作面控制主机同时接入多个采煤工作面的瓦斯抽采动态控制装置，再由瓦斯抽采动态控制装置控制对应的管道调压阀来实现自动控制。还可以不使用瓦斯抽采动态控制装置，由工作面控制主机直接接入多个管道瓦斯实时监测装置和管道调压阀，实现自动控制，系统图如图3所示。

针对煤层裂隙发育不同情况，在煤层裂隙不发育、煤层裂隙发育和煤层裂隙发育明显三个区域分别设置一个管道瓦斯实时监测装置1、一个管道调压阀2，该系统还包括工作面控制主机4。工作面控制主机4控制连接各个管道调压阀，信号连接各个瓦管道斯信号传感装置。

管道瓦斯实时监测装置1用来实时监测抽采管道的流量、瓦斯浓度和抽采负压；管道调压阀2用来调节抽采管道压力；工作面控制主机4为采煤工作面瓦斯抽采动态调控核心装置。

在各装置按照要求安装并连接完毕的基础上，装置启动，进入“动态调压模式”。工作面控制主机4实时监测各个抽采场瓦斯的抽采信息，抽采信息包括抽采混合总流量、瓦斯浓度和抽采负压，并判断抽采瓦斯总流量Q_总变化：

若Q_总上升，则计算和比较抽采混合总流量上升速度VQ_总与抽采瓦斯纯量上升速度VQ_纯，若VQ_总>VQ_纯则工作面控制主机4控制管道调压阀2降低抽采负压，若VQ_总<VQ_纯则控制管道调压阀2提高抽采负压，否则进入“稳压模式”；

若Q_总降低，则计算和比较抽采混合总流量下降速度VQ`<sub>总</sub>与抽采瓦斯纯量下降速度VQ`_纯，若VQ`<sub>总</sub>>VQ`_纯则工作面控制主机4控制管道调压阀2提高抽采负压，若VQ`<sub>总</sub><VQ`_纯则控制管道调压阀2降低抽采负压，否则进入“稳压模式”；

若Q_总不变，则进入稳压模式。

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％，若超过则工作面控制主机4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％，若超过则工作面控制主机4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。