CN102312678A - 煤矿数字化防突抽采在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿数字化防突抽采在线监测系统，包括煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块和监控终端，所述煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块分别与所述监控终端连接；所述单孔在线监测模块为用于安装在单孔处的单孔流量计，所述单孔流量计包括用于测量所述单孔的瓦斯流量的流量单元。本发明的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，通过采用单孔流量计直接安装于单孔处测定单孔的相关参数，提高了单孔测量的准确性，且不需要更改监控终端的软件，简化了终端应用。

Description

煤矿数字化防突抽采在线监测系统

技术领域

本发明涉及煤矿监控技术，特别涉及一种煤矿数字化防突抽采在线监测系统。

背景技术

为保证煤矿的安全生产，通常采用煤矿数字化防突抽采在线监测系统进行相关安全参数的监测。例如，如图1所示，图1为现有技术煤矿数字化防突抽采在线监测系统的监控终端显示页面示意图。可以通过该在线监测系统进行煤层瓦斯压力测量、抽采钻场的单孔流量考查以及抽采系统的放水控制。其中，测量抽采钻场的单孔流量一般采用“减法”方式。具体的，通常采用V锥流量计进行单孔流量测定，但是由于V锥流量计的最小管径尚不适应钻场单孔DN50(DN为公称通径)管径；因此，只能通过V锥流量计测定总管路的流量，采用电磁阀控制单孔的闭合，然后进行做“减法”求得总管路在关闭单孔前后的流量差即得到单孔流量。

但是，上述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统存在如下技术问题：采用“减法”方式测量钻场单孔流量存在诸多缺陷。例如，一方面，管路中的V锥流量计的测量数据的变化可能是由多种因素引起的；根据流体力学的性质，流体(特别是气体)的流量可以受气体的温度、压力而不断变化，即使不做“减法”，V锥流量计的测量数据也会有差值出现；所以关闭单孔时所测得的流量差值不一定是单孔的实际流量，即减法方式可能造成测量不准确。另一方面，由于现有的在线监测系统的监控终端软件不具备“减法”功能，因此，如果做“减法”运算，则需要对软件进行更改，在软件中增加减法功能，由此提高了系统运行的复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿数字化防突抽采在线监测系统，以提高单孔测量的准确度，且简化终端应用。

本发明提供一种煤矿数字化防突抽采在线监测系统，包括煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块和监控终端，所述煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块分别与所述监控终端连接；所述单孔在线监测模块为用于安装在单孔处的单孔流量计，所述单孔流量计包括用于测量所述单孔的瓦斯流量的流量单元。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述单孔流量计还包括：用于测量所述单孔的瓦斯温度的温度单元。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述单孔流量计还包括：用于测量所述单孔的瓦斯压力的压力单元。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，还包括：浓度传感器，用于测量所述单孔的瓦斯浓度。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述单孔流量计为旋进漩涡流量计。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述旋进漩涡流量计中包括温度传感头、压力传感头和流量计积算仪，所述温度传感头、压力传感头设置于所述旋进漩涡流量计的壳体上，且与所述旋进漩涡流量计的流体通道相通。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述煤层瓦斯压力在线监测模块为正压传感器。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述自动放水在线监测模块为自动放水器；所述自动放水器中包括液位传感器、进水逆止普通阀、电动卸压阀和放水逆止阀，所述液位传感器与电动卸压阀连接，所述电动卸压阀与进水逆止普通阀连通。

如上所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，所述进水逆止普通阀与监控终端之间通信连接。

本发明的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，通过采用单孔流量计直接安装于单孔处测定单孔的相关参数，提高了单孔测量的准确性，且不需要更改监控终端的软件，可操作性强、可移植性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术煤矿数字化防突抽采在线监测系统的监控终端显示页面示意图；

图2为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统的结构示意图；

图3为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的结构示意图；

图4为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的安装结构示意图；

图5为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的测量结果实例显示示意图；

图6为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的自动放水器的结构示意图。

附图标记说明：

11-煤层瓦斯压力在线监  12-单孔在线监测模块；13-自动放水在线监测模测模块；                                        块；

14-监控终端；         15-起漩器；             16-壳体；

17-流量计积算仪；     18-压电晶体传感头；     19-温度传感头；

20-压力传感头；       21-消漩器；             22-放水容器；

23-液位传感器；       24-进水逆止普通阀；     25-电动卸压阀；

26-放水逆止阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要技术方案为，在钻场单孔处设置可以单独用于进行单孔参数例如瓦斯流量测量的单孔在线监测模块，从而不需要再进行“减法”式测量，提高单孔测量的准确性，且不需要更改系统的监控终端软件，简化了终端应用。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图2为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统的结构示意图。如图2所示，该监测系统可以包括煤层瓦斯压力在线监测模块11、单孔在线监测模块12、自动放水在线监测模块13和监控终端14。

其中，煤层瓦斯压力在线监测模块11用于测量煤层的瓦斯压力；单孔在线监测模块12可以对单孔的相关参数进行测量；自动放水在线监测模块13用于对抽采系统进行自动放水。上述的煤层瓦斯压力在线监测模块11、单孔在线监测模块12和自动放水在线监测模块13均分别与监控终端14连接，可以将其测量得到的瓦斯压力数值和单孔流量数值等数据传送至监控终端14显示，以利于进行监控。

其中，本实施例中的单孔在线监测模块12可以为安装在单孔处的单孔流量计，该流量计可以设置在每一单孔中。其可以包括流量单元，用于直接对单孔的瓦斯流量进行测量。通过直接在单孔处设置单孔流量计，直接测量单孔参数，克服了现有技术中的“减法”测量方式所导致的数据不准确的缺陷，提高了单孔测量的精确度；并且由于不再需要进行“减法”运算，从而不再需要更改监控终端软件，简化了终端应用。此外，本实施例还对单孔流量计所测得的单孔流量数据进行了验证，即将流量计数据与安装在同一管路上的孔板测试数据进行对比，可以得到，采用本实施例单孔流量计测得的单孔瓦斯流量值是位于简易公式计算结果数值和统一公式计算结果数值之间的，因此，具有较高的准确度。

进一步的，本实施例中的单孔在线监测模块12例如上述的单孔流量计，还可以包括温度单元、压力单元。其中，温度单元用于测量单孔的瓦斯温度，压力单元用于测量单孔的瓦斯压力。此外，还可以包括浓度传感器，用于测量单孔的瓦斯浓度。本实施例的单孔流量计相对于现有技术中的只能得到单孔瓦斯流量参数，增加了瓦斯温度、压力等参数，从而可以更全面的对单孔的瓦斯状态进行监控，提高安全监控的能力；同时也可以为瓦斯治理提供更多的依据。此外，监控终端14中还显示有单孔的瓦斯纯量，该纯量值即为瓦斯流量与瓦斯浓度的乘积。

具体的，例如，该单孔流量计可以采用适用于低流速、小流量的CX系列的旋进漩涡流量计，其最低测量流量可以为0.05m³/min。该旋进漩涡流量计的结构可以参见图3，图3为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的结构示意图。该流量计为一体化流量计，其可以包括起漩器15、壳体16、流量计积算仪17、压电晶体传感头18、温度传感头19、压力传感头20和消漩器21。所述温度传感头19、压力传感头20设置于壳体16上，且与该旋进漩涡流量计的流体通道相通。其原理大致为，当沿着轴向的流体例如瓦斯由流量计的入口进入时，在起漩器15的作用下，被强制围绕中心线旋转，产生漩涡流；漩涡流沿壳体16到达收缩段突然节流加速；当通过扩散段时，漩涡中心沿一锥形螺旋线进动。此时，由两个压电晶体传感头18检测到的漩涡流进动频率信号经前置电路放大、滤波、整形后转换为两路与流速成正比的脉冲信号，经流量计积算仪17中处理电路进行相位的比较和判断，并剔除外来干扰信号后，与温度传感头19、压力传感头20检测到的信号一起送入流量计积算仪17进行运算处理，并把流体的体积流量和总量直接显示于LCD屏上。消漩器21固定在出口段，可以消除漩涡流。

上述的旋进漩涡流量计安装方便，其对环境条件的限制少，能自动、准确地检测瓦斯的温度、压力和流量值，并直接显示和上传标准状态下(Pb＝101.325kPa，Tb＝293.15K)的瓦斯体积累积量。图4为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的安装结构示意图，参见图4，其应与单孔的管道同轴安装，且可以任意角度安装，需要保证瓦斯的流向应与流量计上标识的流向一致。此外，为了不影响瓦斯的正常输送和便于维护，可以安装旁通管道。此外，图5为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的旋进漩涡流量计的测量结果实例显示示意图。可以从图5中看到，采用该旋进漩涡流量计可以测量出单孔中瓦斯的温度、压力、流量等数据，此外，还可以测量得到瓦斯浓度数据，相对于现有技术中只能测得瓦斯流量，不仅提高了数据的测量准确度，而且测量参数增多，安全监控能力提高。此外，也可以在监控终端软件做出上述四个参数的变化曲线。

其中，煤层瓦斯压力在线监测模块11可以采用GPD100型0～6MPA正压传感器进行瓦斯压力在线监测，由于该压力传感器的量程与压力表的量程一致，因此测得的数据更加准确。此外，由于GPD100正压传感器为分体式，压力头与显示是分开的，不受钻场内管路位置的影响，更便于安装和人员观测。压力传感器信号接入本实施例的监控终端14后能自动生成实时监测曲线，技术人员通过分析该曲线，能判断煤层瓦斯压力随抽采时间的变化关系，进而考查出抽采半径。

其中，自动放水在线监测模块13为一自动放水器。与现有技术中所采用的机械式人工放水器相对比，现有技术中的放水器存在诸多缺陷，例如，通常采用浮球式或者机械式，由人工进行放水，效率很低；放水器没有通信功能，不能在地面观察到放水状态，即使出现故障也不能被及时发现；或者，只能对放水器进行定时放水的控制，例如，每5分钟放水一次，而不论是否应该放水，造成资源浪费。而本实施例的自动放水器增加了通信接口，该通信接口采用气动阀的限位开关一无源触点输出到监控终端，在监控终端上实时显示放水器是处于放水状态还是集水状态；在无水时不启动执行部件气动阀，延长了执行部件的使用寿命；在容器内水不满时不执行放水动作，实现了真正意义上的“自动”放水，大大提高了抽采系统的抽采效率。

具体的，图6为本发明煤矿数字化防突抽采在线监测系统中所采用的自动放水器的结构示意图，如图6所示，该自动放水器的放水容器可以包括放水容器22、液位传感器23、进水逆止普通阀24、电动卸压阀25和放水逆止阀26。正常集水时，进水逆止普通阀24处于打开状态，电动卸压阀25处于关闭状态；当放水容器22中的水满时，液位传感器23发出放水指令，传给电动卸压阀25，电动卸压阀25打开，进水逆止普通阀24在抽采管负压作用下关闭，大气压力进入自动放水器集水箱，这样放水器放水孔放水，放水逆止阀26就进行放水，抽采管继续抽采瓦斯。当放水容器22中的水水排放完毕时，液位传感器23发出指令，关闭电动卸压阀25，集水箱内进水逆止普通阀24两端压力平衡，在水的作用下打开进水逆止普通阀24，进入下一集水状态。

该自动放水器的进水逆止普通阀24可以作为通信接口输出一组RS-485信号上传至监控终端14，使得在地面就可以观察到放水器是处于放水状态还是集水状态，同时也便于值班人员监督放水器是否处于完好状态。此外，其可以接入监测系统，也可以与监控部门无关，因此，不需要额外更改监测系统软件，从而不会增加额外的系统软件维护管理负担。进一步的，可以在采用智能RS-485方式进行信号反馈时，两根信号线可以带16台放水器的反馈信号，节约通讯线路80％。该自动放水器的全部器件都可以安装到隔爆腔里，完全避免巷道淋水的侵扰和免遭人为破坏；其结构简单，只使用本安直流电源，因此比同类放水器大大减少了安装工序，降低了安装成本。

本实施例的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，通过采用单孔流量计直接安装于单孔处测定单孔的相关参数，提高了单孔测量的准确性，且不需要更改监控终端的软件，可操作性强、可移植性强，适用于国内所有类型的煤矿安全监控系统，具有较强的推广价值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，包括煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块和监控终端，所述煤层瓦斯压力在线监测模块、单孔在线监测模块、自动放水在线监测模块分别与所述监控终端连接；

所述单孔在线监测模块为用于安装在单孔处的单孔流量计，所述单孔流量计包括用于测量所述单孔的瓦斯流量的流量单元。

2.根据权利要求1所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述单孔流量计还包括：用于测量所述单孔的瓦斯温度的温度单元。

3.根据权利要求1所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述单孔流量计还包括：用于测量所述单孔的瓦斯压力的压力单元。

4.根据权利要求1所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，还包括：浓度传感器，用于测量所述单孔的瓦斯浓度。

5.根据权利要求1～4任一所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述单孔流量计为旋进漩涡流量计。

6.根据权利要求5所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述旋进漩涡流量计中包括温度传感头、压力传感头和流量计积算仪，所述温度传感头、压力传感头设置于所述旋进漩涡流量计的壳体上，且与所述旋进漩涡流量计的流体通道相通。

7.根据权利要求5所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述煤层瓦斯压力在线监测模块为正压传感器。

8.根据权利要求5所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述自动放水在线监测模块为自动放水器；所述自动放水器中包括液位传感器、进水逆止普通阀、电动卸压阀和放水逆止阀，所述液位传感器与电动卸压阀连接，所述电动卸压阀与进水逆止普通阀连通。

9.根据权利要求8所述的煤矿数字化防突抽采在线监测系统，其特征在于，所述进水逆止普通阀与监控终端之间通信连接。

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