专利名称：一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法
技术领域：
本发明涉及煤矿矿井采空区煤层气抽采技术，特别提供了一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法。
背景技术：
在我国煤矿行业，矿井采空区煤层气的抽采，已是煤矿安全生产、节能减排、瓦斯利用不可或缺的エ艺环节，煤层气抽采效果的好坏，直接影响到煤矿的安全稳定生产、提高节能减排水平、高效利用瓦斯；目前我国煤矿采空区煤层气的抽采方法既传统又落后，且五花入门，技术手段參差不齐，大多数矿井的抽采控制エ艺简单，在采空区的形成过程中，预埋带有吸入ロ的抽放管道，在回风巷和采掘工作面瓦斯超标的情况下，利用矿井移动式抽放泵站或瓦斯集输系统，对该采空区进行煤层气抽采，以降低作业环境的瓦斯浓度，确保煤矿安全生产；即使在设有地面抽放泵站和瓦斯集输系统的矿井，也只对地面抽放设备和系统进行监控，而对井下具有多个采空区的矿井，进行有选择性的智能化煤层气抽采控制尚 无先例，在这种情况下多数是采用人为干预，随意性较大，缺乏科学管理机制，在抽放能力一定的情况下，系统的抽放效率得不到优化，同时也制约了采空区煤层气抽采技术的发展，给矿井安全生产带来事故隐患。目前我国煤矿对于采空区煤层气的抽采方法主要是利用矿用移动式泵站或建设井下固定式抽采管网，对各个采空区的煤层气进行抽采，而抽采与否的主要參考指标，就是采空区和工作面及回风巷的CH4浓度是否超标。这种抽采方式存在很多问题(1)由于參考数据只有瓦斯浓度ー项，不能全面客观地反映煤层气的变化情况，对于一些影响正常抽采的气体成份以及温度指标，没有监测手段，致使抽采过程中存在诸多安全隐患；(2)多数矿井同时存在多个采掘工作面所形成的多个采空区，对于这些位置的煤层气抽采，基本上都采用单独抽采方式，即使设有固定式瓦斯集输管网系统的矿井，也是采用人为干预的方法，来确定其中某个采空区是否进行抽采；这种单独和人为干预的抽采方式，大大地降低了抽采设备和管网的利用率，难以实现抽采エ艺的系统化，制约了抽采效果的优化控制。
发明内容
本发明特别提供一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法，该方法在应用实践中，基本上克服了现有抽采技术中，存在的各采空区独立行事、抽采控制參数単一化，抽采过程无安全控制保障、基本上解决了抽采效率低的问题，达到了本发明实现系统优化的预期目标，在抽采能力一定的情况下，最大限度地发挥了系统的利用率和抽采效率。本发明所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，利用矿用移动式泵站或建设井下固定式抽采管网，根据采空区和工作面及回风巷的CH4浓度是否超标，判断是否对各个采空区的煤层气进行抽采，其中，所述控制方法对煤层气中制约抽采的こ烯、一氧化碳、氧气气体成分和气体温度进行实时监测。本发明所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其中，所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的安全控制指标的设定こ烯探测是根据煤层气中是否含有こ烯气体成份，是判定采空区即将发生煤火的可靠指标，一旦探測到有C2H4的存在，PLC监控分站立即发出关闭阀门的指令，停止该支路的抽采；CO检测是根据煤层气中ー氧化碳含量的变化，直接反应采空区中煤质的氧化程度，当一氧化碳含量大于等于60ppm吋，就有发生煤火的潜在可能，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；02与气体温度的检测是根据采空区预埋管路出ロ温度判断，当采空区预埋管路出ロ温度大于70°C吋，说明采空区内部的温度非常高，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；当采空区预埋管路出ロ温度在40 70°C之间，说明采空区内部温度较高，大量抽采会增加采空区内的氧气含量，加速煤质的氧化进程，有引起煤火的可能性，此时当氧气含量大于7%吋，PLC监控分站应减小阀门开度，降低抽采量。本发明所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其中，所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的抽采控制指标的设定利用PLC监控分站对各分支采空区进行实时监控，当PLC监控分站，对上述安全控制指标进行巡检后，没有超标时，该支路采空区的煤层 气抽采工作将正常进行；在主抽采管线的抽采功率一定的情况下，各支路的抽采量，由PLC监控分站来进行智能化控制，它将根据该采空区的甲烷浓度(O 100%)的大小，通过调节该支路的电动调节阀开度(O 100%)进行PID调节，实现对支路的抽采量进行智能化控制。本发明所述采空区煤层气高效抽采智能控制系统，其中，所述控制系统在井下抽采主管道与连接各采空区的支路管线处，加装可进行连续调节的矿用隔爆型电动调节阀门，在采空区预埋的煤层气抽采管道出口处，依次安装矿用本安型温度、こ烯探测、ー氧化碳浓度、氧气浓度、高浓甲烷传感器。针对上述问题本发明所提出的解决方法是(I)对煤层气中制约抽采的其他气体成分和气体温度进行实时监测，其中的气体包括こ烯、一氧化碳、氧气；当煤层气中出现こ烯(C2H4)气体时，说明采空区内残煤温升过高，即将发生燃烧，此时应立即停止抽采；煤层气中ー氧化碳含量的变化，直接反应采空区中煤质的氧化程度，当超过安全极限值时，就有发生煤火的可能，应立即停止抽采；为避免采空区内煤质氧化过快，当抽采气体温度过高，氧气浓度过大时，应减少抽采量或停止抽采；(2)基于固定式集输管网系统，利用PLC监控分站对各分支采空区进行实时监控，在各项安全监测指标正常的情况下，根据各支路甲烷浓度的大小，对支路的抽采量进行智能化控制(调节各支路出口电动调节阀的开度)，提高抽采系统的抽采率。本发明所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的安全控制指标的设定
こ烯探测煤层气中是否含有こ烯气体成份，是判定采空区即将发生煤火的可靠指标，一旦探測到有C2H4的存在，PLC监控分站立即发出关闭阀门的指令，停止该支路的抽采；CO检测煤层气中一氧化碳含量的变化，直接反应采空区中煤质的氧化程度，当ー氧化碳含量大于等于60ppm时，就有发生煤火的潜在可能，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；
02与气体温度的检测当采空区预埋管路出口温度大于70°C吋，说明采空区内部的温度非常高，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；当采空区预埋管路出口温度在40 70°C之间，说明采空区内部温度较高，大量抽采会增加采空区内的氧气含量，加速煤质的氧化进程，有引起煤火的可能性，此时当氧气含量大于7%吋，PLC监控分站应减小阀门开度，降低抽米量。
图I为采空区煤层气高效抽采智能控制方法的抽采控制指标PID设定；
图2为采空区煤层气高效抽采智能控制方法的系统安装布置示意总 图3为采空区煤层气高效抽采智能控制方法的控制程序流程总图。
图2中虚线部分为采空区煤层气高效抽采智能化控制方法的现场具体实施的设备布置图。
具体实施例方式本实施例所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，利用矿用移动式泵站或建设井下固定式抽采管网，根据采空区和工作面及回风巷的CH4浓度是否超标，判断是否对各个采空区的煤层气进行抽采，其中，所述控制方法对煤层气中制约抽采的こ烯、ー氧化碳、氧气气体成分和气体温度进行实时监測。本实施例所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其中，所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的安全控制指标的设定こ烯探测是根据煤层气中是否含有こ烯气体成份，是判定采空区即将发生煤火的可靠指标，一旦探測到有C2H4的存在，PLC监控分站立即发出关闭阀门的指令，停止该支路的抽采；C0检测是根据煤层气中ー氧化碳含量的变化，直接反应采空区中煤质的氧化程度，当一氧化碳含量大于等于60ppm吋，就有发生煤火的潜在可能，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；02与气体温度的检测是根据采空区预埋管路出ロ温度判断，当采空区预埋管路出ロ温度大于70°C吋，说明采空区内部的温度非常高，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；当采空区预埋管路出ロ温度在40 70°C之间，说明采空区内部温度较高，大量抽采会增加采空区内的氧气含量，加速煤质的氧化进程，有引起煤火的可能性，此时当氧气含量大于7%吋，PLC监控分站应减小阀门开度，降低抽采量。本实施例所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其中，所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的抽采控制指标的设定利用PLC监控分站对各分支采空区进行实时监控，当PLC监控分站，对上述安全控制指标进行巡检后，没有超标时，该支路采空区的煤层气抽采工作将正常进行；在主抽采管线的抽采功率一定的情况下，各支路的抽采量，由PLC监控分站来进行智能化控制，它将根据该采空区的甲烷浓度(O 100%)的大小，通过调节该支路的电动调节阀开度(O 100%)进行PID调节，实现对支路的抽采量进行智能化控制。本实施例所述采空区煤层气高效抽采智能控制系统，其中，所述控制系统在井下抽采主管道与连接各采空区的支路管线处，加装可进行连续调节的矿用隔爆型电动调节阀门，在采空区预埋的煤层气抽采管道出口处，依次安装矿用本安型温度、こ烯探测、ー氧化碳浓度、氧气浓度、高浓甲烷传感器。
权利要求
1.一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法，利用矿用移动式泵站或建设井下固定式抽采管网，根据采空区和工作面及回风巷的CH4浓度是否超标，判断是否对各个采空区的煤层气进行抽采，其特征在于所述控制方法对煤层气中制约抽采的乙烯、一氧化碳、氧气气体成分和气体温度进行实时监测。
2.按照权利要求I所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其特征在于所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的安全控制指标的设定乙烯探测是根据煤层气中是否含有乙烯气体成份，是判定采空区即将发生煤火的可靠指标，一旦探测到有C2H4的存在，PLC监控分站立即发出关闭阀门的指令，停止该支路的抽采；CO检测是根据煤层气中一氧化碳含量的变化，直接反应采空区中煤质的氧化程度，当一氧化碳含量大于等于60ppm时，就有发生煤火的潜在可能，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；02与气体温度的检测是根据采空区预埋管路出口温度判断，当采空区预埋管路出口温度大于70°C时，说明采空区内部的温度非常高，PLC监控分站应立即关闭阀门，停止该采空区的抽采工作；当采空区预埋管路出口温度在40 70°C之间，说明采空区内部温度较高，大量抽采会增加采空区内的氧气含量，加速煤质的氧化进程，有引起煤火的可能性，此时当氧气含量大于7%时，PLC监控分站应减小阀门开度，降低抽采量。
3.按照权利要求I所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法，其特征在于所述采空区煤层气高效抽采智能控制方法的抽采控制指标的设定利用PLC监控分站对各分支采空区进行实时监控，当PLC监控分站，对上述安全控制指标进行巡检后，没有超标时，该支路采空区的煤层气抽采工作将正常进行；在主抽采管线的抽采功率一定的情况下，各支路的抽采量，由PLC监控分站来进行智能化控制，它将根据该采空区的甲烷浓度(0 100%)的大小，通过调节该支路的电动调节阀开度(0 100%)进行PID调节，实现对支路的抽采量进行智能化控制。
4.按照权利权利要求I所述采空区煤层气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统在井下抽采主管道与连接各采空区的支路管线处，加装可进行连续调节的矿用隔爆型电动调节阀门，在采空区预埋的煤层气抽采管道出口处，依次安装矿用本安型温度、乙烯探测、一氧化碳浓度、氧气浓度、高浓甲烷传感器。
全文摘要
一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法，利用矿用移动式泵站或建设井下固定式抽采管网，根据采空区和工作面及回风巷的CH4浓度是否超标，判断是否对各个采空区的煤层气进行抽采，其中，所述控制方法对煤层气中制约抽采的其它气体成分和气体温度进行实时监测，其中气体成分包括乙烯、一氧化碳、氧气；本发明特别提供一种采空区煤层气高效抽采智能控制方法，该方法在应用实践中，基本上克服了现有抽采技术中，存在的各采空区独立行事、抽采控制参数单一化，抽采过程无安全控制保障、基本上解决了抽采效率低的问题，达到了本发明实现系统优化的预期目标，在抽采能力一定的情况下，最大限度地发挥了系统的利用率和抽采效率。
文档编号E21F7/00GK102681494SQ20111005550
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者孙凡, 李铁良, 祝釗, 赵克涛, 陈骋 申请人:煤炭科学研究总院沈阳研究院