专利名称：从属型煤与瓦斯突出实时预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监测系统，具体来说是一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系统。
背景技术：
煤与瓦斯突出时煤矿井下极为复杂的瓦斯动力现象，是井下严重自然灾害之一。 在人为的采矿活动的干扰下，煤矿中原始应力平衡状态被破坏，煤的物理力学性质(煤体 强度)由强变弱，而地应力(含自重应力、构造应力、支撑应力)和瓦斯压力相对增强；在地 应力的作用下，煤层原始结构发生破坏、产生裂痕，形成大量的自由面，导致煤层中富含的 吸附瓦斯快速、大量解吸，转变成游离瓦斯，形成巨大的瓦斯膨胀压力，当这种能量聚集到 一定程度时，驱使破碎后的松软煤炭突破抵抗线，瞬间从煤层中喷射出大量的瓦斯(达数 百万立方米)和煤炭(达万吨)，造成井下瓦斯动力现象。煤矿开采深度越深，煤与瓦斯突 出释放的能量越大。煤层平巷掘进、上山掘进和石门揭煤时，容易发生煤与瓦斯突出，有的 矿井的回采工作面也会发生煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出是一个世界难题；据统计，目前世 界上大约有中国、法国、俄罗斯、波兰、日本等18个国家和地区有煤与瓦斯突出发生。中国 式世界上发生煤与瓦斯突出现象最严重、危害性最大的国家之一，发生煤与瓦斯突出总次 数占世界各国突出次数的三分之一以上。对于煤与瓦斯突出的警示问题现有技术采用的系统主要由数据采集系统、数据传 输、实时数据的跟踪分析中心、综合预警组成。其中数据采集系统由超低频矿压动态传感 器、瓦斯涌出量检测单元构成。超低频矿压动态传感器由微震信号传导杆、超低频微震信号 传感元件、微震信号采集分析主机组成。工作时，微震信号传导杆的一端插入煤层中，另外 一端安装低频微震信号传感元件，低频微震信号传感元件将信号传输给微震信号采集分析 主机进行分析，得到煤层特性的变化，以此作为是否报警和是否调整作业方案的依据之一。这种系统的缺点在于1.由于采用的是将微震信号传导杆插入煤层中的这种接触式测量，必然会有较大 误差，而且会对煤层造成一定的松动影响，导致潜在的作业不安定因素。2.由于以整个系统作为一个整体，涉及的部件过多，系统过于庞大，结构复杂，实 施成本高。3.由于井下缺乏数据和信息的获得，从而不能即时全面的了解整个工作层面的情 况，导致出现一些不必要的工作失误。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，能够 建立在炮后30分钟吨煤瓦斯解析量指标的基础上判断煤层突出危险的可能性的同时，采 用非接触式测量，结构简单，实施成本低。本发明的目的可以通过以下措施来达到一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系 统，其特征在于包含传感器、报警器、控制系统、井下人员定位系统，所述传感器包括甲烷传感器和风速传感器；所述传感器、报警器分别连接控制系统，所述控制系统与井下人员定 位系统的分站相连接。甲烷传感器、风速传感器将实时监测的数据经分站的传输线路传送 给控制系统，控制系统根据给定的数学模型进行分析处理，并通过传输线路将甲烷传感器、 风速传感器的实时监测的数据以及分析处理结果送到地面的控制系统。当工作面有煤与瓦 斯突出危险时，发出报警。上述技术方案的有益效果有由于采用了非接触式测量，使测量的精度更高，不会 对煤层造成影响，从而避免了一些潜在的不安全因素；由于所使用的部件大部分为井下作 业本来就需要的人员管理系统，所以使得系统制造的成本降低，并且结构更加简单。进一步，考虑到井下缺乏信息的获得以及对系统的控制，所述的分站设有与控制 系统连接的遥控器，所述的分站还设有能够反映整个系统情况的显示设备，这样分站就能 及时的对整个系统的信息进行分析和控制。进一步，考虑到控制系统的层次问题，所述的控制系统包括一单片机和一处于地 面上的上位机，这样就更好对控制系统进行了层次性的划分以此来增强对整个系统的控 制。进一步，考虑到人员进行分析时会利用图表，所述的从属型煤与瓦斯突出实时预 警系统还包含一制图打印机，随时可以进行打印，让分析人员能够根据图表进行判断。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明附图1为本发明的示意图。
具体实施例方式如图1所示一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，甲烷传感器1和风速传感器 2与单片机3连接，通过分站的遥控器4可以对单片机3进行参数设置，单片机3对数据进 行处理后得到分析结果，单片机输出端6根据分析结果决定是否控制地下声光报警器7报 警，数据处理的过程可以在分站的显示设备5上显示，通过传输线路8将数据的处理传输给 地面的PC机输入端9，在地面上的显示设备11中显示出V3tl的情况，从而对V30数据进行 处理，另一显示设备12用来显示其它的实时数据，PC机的输出端14根据分析后的数据来 控制地面声光报警器15是否报警，制图设备13和打印设备12可以根据PC机输出端14的 传输的信息来进行制图和打印表报。对于整个系统，除了甲烷传感器1、风速传感器2之外的其它部件都采用重庆安仪 厂的人员定位系统中的部件进行添加程序后得到，把煤与瓦斯突出的预警和人员定位结合 为一个系统。对于重庆安仪厂的人员定位系统为现有技术，这里就不再赘述了。系统工作原理如下煤与瓦斯突出是由地压、瓦斯与煤的物理力学性质综合作用的产物。利用它们之 间与风流中瓦斯浓度变化的相互关系(排除风速影响)，正确的判断其发展趋势，才能得出 符合实际的诊断预警效果。在发生突出前，工作面的地压、实时瓦斯含量都会受采掘工作应力重新分布的影 响而出现一系列的随机变化，同时受地质条件的影响，煤层的物理力学性质也会出现一些的变化，三者之间的变化时相互依存和影响的。由于受上述影响，在发生突出前就会出现有 声或无声预兆。有声预兆有媒体霹雳声、煤炮声、闷雷声等，无声预兆包括支架受压、掉渣、 煤壁外鼓、片帮、瓦斯浓度突然增大、瓦斯涌出忽大忽小及打钻时出现喷孔、顶钻夹钻等现象。突出前最明显的突出预兆是风流中瓦斯浓度的变化，如果能将其量化，就能成为 一个较好的突出预警(诊断)指标。风流中的瓦斯浓度受控于地压(支撑压力)、煤层实时瓦斯含量和煤的物理力学 性质。因此了解各种突出因素对风流种瓦斯浓度变化特征，就成为预警(诊断)的技术关 键。工作面的地压活动会影响某一时段内的瓦斯涌出总量，煤层实时瓦斯含量的大小 以瞬间瓦斯涌出强度表现出来，瞬间最高瓦斯涌出量随时间变化的衰减速度取决于煤的物 理力学性质。从风流中瓦斯浓度变化特征，分离出突出前地压、瓦斯和煤的物理力学性质变 化趋势，经量化后得出各因素的分指标，作为突出预警(诊断)的主要判断依据。由于煤层 的赋存状态不同，形成突出的主要动力也不完全一致，因而根据突出类型，对地压、瓦斯和 煤的物理力学因素的分指标给予不同的权重，最后形成综合判断指标，并据此对工作面的 突出危险趋势进行安全、威胁与危险三种状态分类，以达到预警的目的。数据处理方法如下已暴露煤面的瓦斯涌出量的日衰减量与新暴露煤面的瓦斯涌出量基本持平，因为 煤壁的瓦斯涌出量是个常数。当每日掘进煤量基本不变、在煤层瓦斯含量无变化的条件下， 其落煤的瓦斯涌出总量基本上是个常数。新暴露工作面瓦斯涌出量会受工作面前方支撑压 力的影响，其大小与地压成反比的关系。因此工作面每日瓦斯涌出总量基本上受控与地压， 可作为工作面地压活动的一个相对指标。风速传感器2测定巷道风流的平均风速，计算出巷道中单位时间的风量，风量与 瓦斯浓度(甲烷传感器1测定的数据)相乘可以计算出巷道单位时间内瓦斯涌出量。根据甲烷传感器1和风速传感器2可以测出放炮后30分钟内吨煤瓦斯涌出量(即 V30)，当其大于8m3/t时，煤层具有突出危险。巷道连续测定V3Q15次，取其平均值，当当天的V3tl比平均值大于或小于40%，表明 煤层出现异常，突出危险倍增，及时发出预警信号。测定V3tl时，瓦斯浓度随时间的变化采用乘幂公式表示，乘幂值与煤的强度有关， 称为块度系数，当其少于0. 5时，煤层破坏类型增高。突出危险性增大应及时预警。日常监测数据经过整理后，采用日平均浓度，区间日平均浓度和当天最高瓦斯浓 度等三个指标。当最高浓度大于区间日平均浓度，表明煤层瓦斯含量出现异常应及时预警。系统采用单指标预警，预警的指标越多表明煤层突出危险性越大。系统预警级别分为二种，即安全与危险。当出现危险预警信号时，并不一定会立即 发生突出，但突出的几率较大，应及时采取防范措施。地下声光报警器7和地面声光报警器15通过人员定位系统连接到每个工作人员 处进行报警。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保 护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
权利要求
一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，其特征在于包含传感器、报警器、控制系统、井下人员定位系统，所述传感器包括甲烷传感器和风速传感器；所述传感器、报警器分别连接控制系统，所述控制系统与井下人员定位系统的分站相连接。
2.根据权利要求1所述的从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，其特征在于所述的分 站设有与所述的控制系统连接的遥控器，所述的分站还设有显示设备。
3.根据权利要求1或2所述的从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，其特征在于所述 的控制系统包括一单片机和一处于地面上的上位机。
4.根据权利要求3所述的从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，其特征在于还包括一 制图打印机。
全文摘要
本发明公开了一种从属型煤与瓦斯突出实时预警系统，其特征在于包含传感器、报警器、控制系统、井下人员定位系统，所述传感器包括甲烷传感器和风速传感器；所述传感器、报警器分别连接控制系统，所述控制系统与井下人员定位系统的分站相连接；系统能够建立在炮后30分钟吨煤瓦斯解析量指标的基础上判断煤层突出危险的可能性的同时，采用非接触式测量，结构简单，实施成本低。
文档编号E21F17/18GK101975088SQ20101028924
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者何金筹, 华福民, 吴渝, 周业海, 杜穗金, 汪宇, 潘立, 苏文叔 申请人:重庆安仪煤矿设备有限公司