一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统及方法

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及瓦斯抽采漏气评价，具体地说是一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统及方法。

背景技术：

随着我国煤炭资源的进一步开采，矿井开采深度也在不断加深，煤矿中的突出问题也愈发严重，突出的危险性和事故发生率也日渐俱增，严重威胁矿井的安全，也给煤矿企业造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。

区域瓦斯抽采作为能够有效减少瓦斯突出的方法，在矿井的瓦斯预防中起到了至关重要的作用，但由于各地区水文地质条件，赋存以及抽采方法都有所不同，使得瓦斯抽采达标评价等工作具有复杂性大、挑战性高的特点。传统的瓦斯抽采评价方法主要是靠人为操作，人为主观影响因素过多，导致评价结果可靠性较差，对矿井安全生产存在一定隐患。

技术实现要素：

本发明的目的，是要提供一种瓦区域瓦斯抽采达标评价可视化系统及方法，以实现区域瓦斯抽采达标评价的智能化和可视化，提高评价效率。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统，包括：监控管理模块、计算评价模块和数据可视化集成模块；监控管理模块包括数据采集单元和数据存储单元，计算评价模块存储有钻孔有效控制范围、钻孔布孔均匀程度评价、瓦斯抽采效果评判指标、瓦斯抽采效果达标评判指标，数据采集单元与数据存储单元连接，数据存储单元与计算评价模块连接，计算评价模块与数据可视化集成模块连接，数据可视化集成模块中预先存储有区域抽采过程中可能存在的问题及解决方法的调控管理命令。

作为限定：一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统还包括数据统计导出模块，数据统计导出模块与计算评价模块连接。

作为另一种限定：一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统还包括系统管理模块，系统管理模块与数据采集单元连接，实现对用户的管理，并对数据采集单元中的相关参数属性进行修改、增加和/或删除，并显示相对应的数据。

作为进一步限定:数据采集单元包括瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器，数据存储单元为nas数据存储服务器，瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器均与nas数据存储服务器连接，nas数据存储服务器与计算评价模块连接。

本发明还提供了上述一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统的一种方法，包括以下步骤：

s1、数据采集单元采集待测区域的对应于相应的钻孔编号的数据信息，形成抽采达标预警信息，存储至数据存储单元；

s2、数据存储单元将接收到的抽采达标预警信息发送至计算评价模块，计算评价模块对抽采达标预警信息进行相应计算，与存储的钻孔有效控制范围、钻孔布孔均匀程度评价、瓦斯抽采效果评判指标、瓦斯抽采效果达标评判指标进行对比，给出相应的评价信息，采用不同的颜色进行评价分级，并将抽采达标预警信息和评价信息发送至数据可视化集成模块；

s3、数据可视化集成模块将抽采达标预警信息和评价信息集成至综合可视化界面，显示数据信息和评价信息，并根据实时监测计算的数据对应不同的问题，提取数据可视化集成模块中预先存储的对应的调控管理命令在综合可视化界面上显示。

作为限定：钻孔有效控制范围的测定方法具体为：对于顺层钻孔，钻孔有效范围按钻孔长度方向的控制边缘线、边缘处两个钻孔及钻孔开孔位置连线确定；对于穿层钻孔，钻孔有效范围取相邻有效边缘孔的见煤点之间的连线所圈定的范围；钻孔长度方向的控制边缘线为钻孔有效孔深点连线，相邻有效钻孔中短孔的终孔点作为相邻钻孔有效孔深点；

钻孔布孔均匀程度评价：预抽煤层瓦斯钻孔施工完毕后，对瓦斯钻孔在有效控制范围内的均匀程度进行评价，预抽钻孔间距小于或等于设计间距，将钻孔间距相同，预抽时间一致的区域划为一个评价单元，便于分类进行评价；

瓦斯抽采效果评判指标的测定方法具体为：对同一评价单元预抽瓦斯效果评价时，首先根据抽采计量参数抽采后的残余瓦斯含量或残余瓦斯压力、可解吸瓦斯量，满足预期达标指标要求后，再进行现场实测预抽瓦斯效果指标；

瓦斯抽采效果达标评判指标具体为：当瓦斯涌出量来自开采层采煤工作面，根据评价范围内煤的工作面日产量和可解吸瓦斯量判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果是否达标；对于突出煤层，当评价范围内所有测点测定的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量、且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻或其他动力现象时，则评判为突出煤层评价范围预抽瓦斯防突效果达标，否则，判定以超标点为圆心、半径100m范围未达标；对于瓦斯涌出量来自于邻近层或围岩的采煤工作面，根据工作面绝对瓦斯涌出量和工作面瓦斯抽采率判定该工作面瓦斯预抽效果达标；对于矿井瓦斯抽采，根据矿井绝对瓦斯涌出量和矿井瓦斯抽采率判定该矿井瓦斯预抽效果达标。

作为进一步限定：一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统还包括系统管理模块，系统管理模块与数据采集单元连接，步骤s1中，系统管理模块实现对用户的管理，并对数据采集单元中的相关参数属性进行修改、增加和/或删除，并显示相对应的数据，数据采集单元以进行修改、增加和/或删除后的相关参数属性，采集待测区域的对应于相应的钻孔编号的数据信息，形成抽采达标预警信息，存储至数据存储单元。

作为另一种限定：一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统还包括数据统计导出模块，数据统计导出模块与计算评价模块连接，步骤s2中，计算评价模块将抽采达标预警信息和评价信息发送至数据可视化集成模块和数据统计导出模块。

作为进一步限定：步骤s3中，数据可视化集成模块将抽采达标预警信息和评价信息集成至综合可视化界面，显示数据信息和评价信息，并根据实时监测计算的数据对应不同的问题，提取数据可视化集成模块中预先存储的对应的调控管理命令在综合可视化界面上显示；数据统计导出模块将抽采达标预警信息和评价信息进行记录，形成抽采预警信息记录表进行导出和打印。

本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

(1)本发明提供的一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统，采用计算评价模块对区域瓦斯抽采进行达标评价分析，采用数据可视化集成模块实现区域瓦斯抽采达标评价的可视化显示，使得达标评价的工作智能化和可视化，提高了评价效率，节约了评价成本，对煤矿工程技术人员具有一定参考价值；

(2)本发明提供的一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统，采用数据统计导出模块对抽采达标预警信息和评价信息进行记录、导出和打印，降低常规书写报告和数据查询的困难；采用系统管理模块对数据采集单元的相关参数属性进行修改、增加和/或删除，以适应不同的需求；

(3)本发明提供的方法，将数据采集单元采集的数据经过计算评价模块分类计算处理，再集成至可视化界面，对井下抽采区域的瓦斯抽采情况实时反映，对抽采达标情况进行直观展示，为煤矿技术人员提供了现场指导依据；

综上所述，本发明提供的一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统及评价方法，对区域瓦斯抽采达标评价的分析和可视化显示，使得达标评价工作智能化和可视化，提高了评价效率。

本发明适用于区域瓦斯抽采达标评价。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例的一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统的结构框图；

图中：1、监控管理模块；2、数据采集单元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。

实施例一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统及方法

一种区域瓦斯抽采达标评价可视化系统，包括：监控管理模块1、计算评价模块、数据可视化集成模块、数据统计导出模块和系统管理模块；监控管理模块1包括数据采集单元2和数据存储单元，数据采集单元2包括瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器，数据存储单元为nas数据存储服务器，瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器均与nas数据存储服务器连接；计算评价模块存储有钻孔有效控制范围、钻孔布孔均匀程度评价、瓦斯抽采效果评判指标、瓦斯抽采效果达标评判指标，数据采集单元2与数据存储单元连接；nas数据存储服务器与计算评价模块连接，计算评价模块分别与数据可视化集成模块和数据统计导出模块连接，系统管理模块分别与瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器连接，实现对用户的管理，并对瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器的相关参数属性进行修改、增加和/或删除，并显示相对应的数据。

本实施例的区域瓦斯抽采达标评价可视化系统的一种方法，包括以下步骤：

s1、系统管理模块对用户进行管理，并对数据采集单元2中瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器的相关参数属性进行修改、增加和/或删除，并显示相对应的数据，瓦斯浓度传感器、负压传感器、流量传感器和温度传感器以进行修改、增加和/或删除后的相关参数属性，采集待测区域的对应于相应的钻孔编号的数据信息，形成抽采达标预警信息，存储至nas数据存储服务器；

s2、nas数据存储服务器将接收到的抽采达标预警信息发送至计算评价模块，计算评价模块对抽采达标预警信息进行相应计算，与存储的钻孔有效控制范围、钻孔布孔均匀程度评价、瓦斯抽采效果评判指标、瓦斯抽采效果达标评判指标进行对比，给出相应的评价信息，采用不同的颜色进行评价分级，并将抽采达标预警信息和评价信息发送至数据可视化集成模块和数据统计导出模块；

钻孔有效控制范围的测定方法具体为：对于顺层钻孔，钻孔有效范围按钻孔长度方向的控制边缘线、边缘处两个钻孔及钻孔开孔位置连线确定；对于穿层钻孔，钻孔有效范围取相邻有效边缘孔的见煤点之间的连线所圈定的范围；钻孔长度方向的控制边缘线为钻孔有效孔深点连线，相邻有效钻孔中短孔的终孔点作为相邻钻孔有效孔深点；

钻孔布孔均匀程度评价：预抽煤层瓦斯钻孔施工完毕后，对瓦斯钻孔在有效控制范围内的均匀程度进行评价，预抽钻孔间距小于或等于设计间距，将钻孔间距相同，预抽时间一致(预抽时间差异系数小于30％)的区域划为一个评价单元，便于分类进行评价；预抽时间差异系数按式：计算，其中η为预抽时间差异系数，tmax为预抽时间最长的钻孔抽采天数，tmin为预抽时间最短的钻孔抽采天数。

瓦斯抽采效果评判指标的测定方法具体为：对同一评价单元预抽瓦斯效果评价时，首先根据抽采计量参数抽采后的残余瓦斯含量或残余瓦斯压力、可解吸瓦斯量，满足预期达标指标要求后，再进行现场实测预抽瓦斯效果指标，即工作面瓦斯抽采率和矿井瓦斯抽采率；抽采后残余瓦斯含量wcy按式计算，其中w0为煤原始瓦斯含量，q为评价单元钻孔抽排瓦斯总量，g为评价单元参与计算煤炭储量，g＝(l走向-h1-h2+2r)(l-h1-h2+r)mγ,其中，l走向为评价单元每层走向长度，h1、h2分别为评价单元走向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度，r为抽采钻孔的有效影响半径，l为评价单元抽采钻孔控制范围内每层皮平均倾向长度，h1、h2分别为评价单元倾向方向两侧想到瓦斯预排等纸宽度，m为评价单元平均每层厚度，γ为评价单元煤的密度。抽采后残余瓦斯压力pcy按式进行反算，式中wcy为残余瓦斯含量，a、b为吸附常数，pcy为煤层残余相对瓦斯压力，pα为标准大气压力,ad为煤的灰分,mad为煤的水分，π为煤的孔隙率，γ为煤的容重；煤的可解吸瓦斯量wj按wj＝wcy-wcc计算，式中wj为煤的可解吸瓦斯量,wcy为残余瓦斯含量，wcc为煤在标准大气压下的残存瓦斯含量，工作面瓦斯抽采率按计算，式中ηm为工作面抽采率，qmc为回采期间当月工作面平均瓦斯抽采量，其测定和计算方法为:在工作面范围内包括地面钻井、井下抽采(含移动抽采)各瓦斯抽采干管测定瓦斯抽采量，每周至少测定3次，按月取各测定值的平均值之和为当月工作面平均瓦斯抽采量；qmf为当月工作面风排瓦斯量，其测定和计算方法为:工作面所有回风流排出瓦斯量减去所有进风流带入的瓦斯量,按天取平均值为当天回采工作面风排瓦斯量,取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月回采工作面风排瓦斯量。矿井瓦斯抽采率按式计算，式中ηk为矿井抽采率，qkc为当月矿井平均瓦斯抽采量，其测定和计算方法为:在井田范围内地面钻井抽采、井下抽采(含移动抽采)各瓦斯抽采站的抽采主管测定瓦斯抽采量，每天测定不少于12次，按月取各测定值的平均值之和为当月矿井平均瓦斯抽采量；qkf为当月矿井风排瓦斯量，其测定和计算方法为:按天取各回风井回风瓦斯平均值之和为当天矿井风排瓦斯量,取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月矿井风排瓦斯量。

瓦斯抽采效果达标评判指标具体为：根据评价范围内煤的工作面日产量和可解吸瓦斯量判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果是否达标，达标的具体判断标准为当工作面日产煤量t∈(0,1000]时，可解吸瓦斯量wj应不大于8m³/t；工作面日产煤量t∈(1000,2500]时，可解吸瓦斯量wj应不大于7m³/t；工作面日产煤量t∈(2500,4000]时，可解吸瓦斯量wj应不大于6m³/t；工作面日产煤量t∈(4000,6000]时，可解吸瓦斯量wj应不大于5.5m³/t；工作面日产煤量t∈(6000,8000]时，可解吸瓦斯量wj应不大于5.0m³/t；工作面日产煤量t∈(8000,10000]时，可解吸瓦斯量wj应不大于4.5m3/t；工作面日产煤量t大于10000t时，可解吸瓦斯量wj应不大于5.0m³/t；其评价分级采用红色、橙色、蓝色和绿色，当评价分级为绿色时，则该工作面评价范围瓦斯抽采达标，具体如表1所示。

表1开采层采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量分级评价指标

对于突出煤层，当评价范围内所有测点测定的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量、且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻或其他动力现象时，则评判为突出煤层评价范围预抽瓦斯防突效果达标，否则，判定以超标点为圆心、半径100m范围未达标；预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量按煤层始突深度处的瓦斯压力或瓦斯含量取值，没有考察出煤层始突深度处的煤层瓦斯压力或含量时，分别按照0.74mpa、8m³/t取值。

对于瓦斯涌出量来自于邻近层或围岩的采煤工作面，根据工作面绝对瓦斯涌出量和工作面瓦斯抽采率判定该工作面瓦斯预抽效果达标，达标的具体判断标准为工作面绝对瓦斯涌出量q∈[5,10)时，工作面抽采率ηm应不小于20％；工作面绝对瓦斯涌出量q∈[10,20)时，工作面抽采率ηm应不小于30％；工作面绝对瓦斯涌出量q∈[20,40)时，工作面抽采率ηm应不小于40％；工作面绝对瓦斯涌出量q∈[40,70)时，工作面抽采率ηm应不小于50％；工作面绝对瓦斯涌出量q∈[70,100)时，工作面抽采率ηm应不小于60％；工作面绝对瓦斯涌出量q大于100m³/min时，工作面抽采率ηm应不小于70％；其评价分级采用红色、橙色、蓝色和绿色，当评价分级为绿色时，则该工作面评价范围瓦斯抽采达标，具体如表2所示。

表2采煤工作面瓦斯抽采率分级评价指标

对于矿井瓦斯抽采，根据矿井绝对瓦斯涌出量和矿井瓦斯抽采率判定该矿井瓦斯预抽效果达标，达标的具体判断标准为当矿井绝对瓦斯涌出量q小于20m³/min时，矿井抽采率ηk应不小于25％；当q∈[20,40)时，矿井抽采率ηk应不小于35％；当q∈[40,80)时，矿井抽采率ηk应不小于40％；当q∈[80,160)时，矿井抽采率ηk应不小于45％；当q∈[160,300)时，矿井抽采率应ηk不小于50％；当q∈[300,500)时，矿井抽采率ηk应不小于55％；当q不小于500m³/min时，矿井抽采率ηk应不小于60％；其评价分级采用红色、橙色、蓝色和绿色，当评价分级为绿色时，则该矿井瓦斯抽采达标，具体如表3所示。

表3矿井瓦斯抽采率分级评价指标

s3、数据可视化集成模块将抽采达标预警信息和评价信息集成至综合可视化界面，显示数据信息和评价信息，并根据实时监测计算的数据对应不同的问题，提取对应的调控管理命令在综合可视化界面上显示；数据可视化集成模块中预先存储有区域抽采过程中可能存在的问题及解决方法的调控管理命令；数据统计导出模块将抽采达标预警信息和评价信息进行记录，形成抽采预警信息记录表进行导出和打印。