CN104989455B - 一种矿井瓦斯煤火协同防控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置，首先采集采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度，以及工作面风速，然后依次判断工作面风速、工作面瓦斯浓度、采空区CO浓度是否在阈值范围内，如果不在阈值范围内，则通过调节风速调节相应的参数直至该三个参数均在阈值范围。通过自动控制风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备的方式改变采煤工作面的风速场、瓦斯浓度分布场、CO浓度分布场，确保采煤工作面的瓦斯浓度和采空区的CO浓度在安全合理的范围内，并对不良的状态进行报警。瓦斯煤火协同防控方法及装置操作简单，实用性强，具有很好的推广应用价值。

Description

一种矿井瓦斯煤火协同防控方法

【技术领域】

本发明涉及一种瓦斯煤火协同防控方法及装置，特别涉及一种矿井瓦斯煤火协同防控方法。

【背景技术】

对于含有易自燃煤层的高瓦斯矿井，采空区瓦斯爆炸与煤自燃火灾是矿井最常见的两种自燃灾害。采空区可看作是多孔介质受限空间，中间分布多组分气体，其主要组分包括CH₄。由于采空区空间的特殊性质，瓦斯抽采与防灭火的矛盾性明显，瓦斯抽采使采空区漏风量增大，增加采空区的氧含量和氧化程度，使得采空区温度上升、采空区气体组成发生变化，扩大了采空区瓦斯爆炸的条件，且容易引起遗煤氧化自燃，更易导致采空区瓦斯事故的发生，当煤层自燃与瓦斯灾害在采空区耦合时，灾害的危险性及危险程度剧增，对矿井安全生产构成严重威胁。

本发明设计了一种矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置，通过处理采集到的采空区CO指标气体浓度、工作面瓦斯浓度、风速等监测数据，优选合适的工作面通风参数、瓦斯抽采参数及采空注氮防灭火参数，平衡瓦斯抽采与防灭火技术的关系。该协同防控方法及装置实用性强，具有广泛推广应用价值。

【发明内容】

本发明提供了一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，可以平衡采空区瓦斯爆炸与煤自燃火灾。

一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，首先采集采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度，以及工作面风速，然后依次判断工作面风速、工作面瓦斯浓度、采空区CO浓度是否在阈值范围内，如果不在阈值范围内，则通过调节风速调节相应的参数直至该三个参数均在阈值范围。

当采集的风速在风速的阈值范围内而采集的瓦斯浓度不在瓦斯浓度的阈值范围内时，计算稀释瓦斯浓度到瓦斯浓度阈值内所需的风速v₁，如果该风速v₁和该风速下CO浓度均在各自的阈值范围内，则将工作面的风速调节为v₁，重新对三个参数依次进行判断。

当采集的风速和瓦斯浓度均在各自的阈值范围内而采集的CO浓度不在CO浓度的阈值范围内时，计算CO浓度在CO浓度的阈值范围内所需的风速v₂，如果风速v₂和该风速下的瓦斯浓度均在各自阈值范围内，则重新对三个参数依次进行判断，否则向注氮防灭火设备提供响应信号，进行灭火。

稀释瓦斯浓度到瓦斯浓度阈值内所需的风速v₁的计算方法为：v₁＝g_mv_m/g_max，其中，g_m和g_max分别表示瓦斯浓度监测值及瓦斯浓度阈值，v_m为风速监测值。

一种矿井瓦斯煤火协同防控装置，包括：数据采集模块：采集采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度，以及工作面风速；数据处理模块：与数据采集模块的输出相连，将采集的数据与相对应的阈值比较，并提供调节方案；调节控制模块：根据数据处理模块提供的调节方案控制对应的执行机构进行参数调节。

所述矿井瓦斯煤火协同防控装置进一步有声光报警模块。

所述数据处理模块包括A/D转换器和PLC控制处理器，采集模块采集到的模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号传输到PLC控制处理器中，PLC控制处理器通过将采集的采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度以及工作面风速与设定的阈值进行对比。

所述调节控制模块包括差动放大器、功率放大器、风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备，调控模块收到调控响应指令后利用差动放大器比较给定参数的允许范围与各采集参数之间的偏差，通过功率放大器放大偏差信号功率，驱动响应设备自动调节运行参数。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明首先采集CO浓度、瓦斯浓度，以及风速，如果该等参数不在阈值范围内，则通过调节风速调节相应的参数。通过风速合理地调节各种参数，保证瓦斯与灭火的平衡，对矿井安全生产提供可靠保障。

【附图说明】

下面结合附图和实施案例对矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置作进一步说明。

图1是矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置结构框图；

图2是本发明专利中数据处理模块的结构框图。

【具体实施方式】

本发明专利的目的在于平衡高瓦斯易自燃矿井瓦斯抽采与防灭火的关系，提供一种合理可行、切实方便的矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置。

为达到上述目的，本发明专利采用如下方案：

一种矿井瓦斯煤火协同防控装置，包括数据采集模块、数据处理模块、调节控制模块及声光报警模块。所述的数据采集模块包括CO传感器、瓦斯传感器和风速传感器，分别监测采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度及工作面风速，同时与数据处理模块连接；数据处理模块负责接收数据采集模块传输的监测数据，并对数据进行分析，判断各监测数据是否在设定的阈值范围内，若监测数据达标，则为下一轮数据采集提供响应信号，若不达标则为调节控制模块和声光报警模块提供响应信号；报警模块根据接收到的响应信号，采用声光等方式，对不达标的监测指标进行警示；调节控制模块根据接收到的响应信号，负责调节控制工作面配风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备。

所述的数据处理模块包括A/D转换器和PLC控制处理器，采集模块采集到的模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号传输到PLC控制处理器中，PLC控制处理器通过将采集的采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度以及工作面风速与设定的阈值进行对比，若监测数据达标，则为下一轮数据采集提供响应信号；若不达标则选择合适的调控方案，并为调节控制模块和声光报警模块提供响应信号。

所述的调节控制模块包括差动放大器、功率放大器、风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备，调控系统收到调控响应指令后利用差动放大器比较给定的标准参数与各传感器监测值之间的偏差，通过功率放大器放大偏差信号功率进而驱动风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备进行自动调节。

所述的报警模块包括报警主机、警灯和警号，报警主机接收响应指令后，向警灯和警号发送执行指令，警灯和警号发出光、声警报信号。

所述报警模块的报警主机还连接有主控键盘和报警电话，人工接警后，通过主控键盘中止报警。

本发明专利的矿井瓦斯煤火协同防控方法及装置，通过自动控制风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备的方式改变采煤工作面的风速场、瓦斯浓度分布场、CO浓度分布场，确保采煤工作面的瓦斯浓度和采空区的CO浓度在安全合理的范围内，并对不良的状态进行报警。瓦斯煤火协同防控方法及装置操作简单，实用性强，具有很好的推广应用价值。

下面结合附图和具体实施方式对本发明专利进行详细描述：

如图1所示，是一种瓦斯煤火协同防控方法及装置结构框图，包括数据采集模块、数据处理模块、调节控制模块及声光报警模块。数据采集模块由CO传感器、瓦斯传感器、风速传感器组成，分别监测采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度及工作面风速，通过监控线缆与数据处理模块连接；数据处理模块负责接收数据采集模块传输的监测数据，并对数据进行分析，判断各监测数据是否在设定的阈值范围内，若监测数据达标，则为采集模块提供响应信号，若不达标则为调节控制模块和声光报警模块提供响应信号；报警模块根据接收到的响应信号，采用声光等方式，对不达标的监测指标进行警示；调节控制模块根据接收到的响应信号，负责控制工作面配风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备。

如图2所示，所述的数据处理模块包括A/D转换器和PLC控制处理器，采集模块采集到的模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号传输到PLC控制处理器中，PLC控制处理器通过将采集的采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度以及工作面风速与设定的阈值进行对比。具体方法如下：

(1)假设g_m、g_max分别表示瓦斯浓度监测值及阈值，c_m、c_max分别表示CO浓度监测值及阈值，v_m、v_max、v_min分别表示风速监测值、最大及最小阈值，S代表风速传感器安装断面面积。首先进行传感器数据采集，并将监测信号A/D转换，传输到PLC控制处理器中；

(2)判断监测参数是否均满足要求(即判断g_m<g_max且c_m<c_max且v_min<v_m<v_max同时成立)，如果是，则进行下一轮的监测，否则执行下一步；

(3)判断监测风速是否满足要求，如果不满足要求，则对风量调节设备提供响应信号，否则执行下一步；

(4)判断监测瓦斯浓度是否满足要求，如果是，则执行下一步，如果否，则计算稀释瓦斯浓度到阈值范围内所需的风速v₁＝g_mv_m/g_max，若v₁不满足v_min<v₁<v_max，则增大瓦斯抽采强度，返回步骤(2)，若v₁满足v_min<v₁<v_max，则根据工作面配风量与采空区漏风量关系，计算采空区CO浓度c₁，若c₁<c_max成立，则将工作面的风速调为v₁，返回步骤(1)，若c₁<c_max不成立，则向瓦斯抽采设备提供响应信号增大瓦斯抽采强度，返回步骤(2)；

(5)判断监测CO浓度是否满足要求，如果是，返回步骤(1)，如果否，则计算保证CO浓度所需风速v₂，若v₂不满足v_min<v₂<v_max，则向注氮防灭火设备提供响应信号，返回步骤(2)，若v₂满足v_min<v₂<v_max，则计算该风速下的瓦斯浓度g₁，若g₁<g_max成立，则将工作面的风速调为v₂，返回步骤(1)，若g₁<g_max不成立，则向注氮防灭火设备提供响应信号，返回步骤(2)。

所述的调节控制模块包括差动放大器、功率放大器、风量调节设备、瓦斯抽采设备、注氮防灭火设备，调控模块收到调控响应指令后利用差动放大器比较给定参数的允许范围与各传感器监测值之间的偏差，通过功率放大器放大偏差信号功率，驱动响应设备自动调节运行参数。

所述的报警模块从数据处理模块中接收到响应信号，通过报警主机向警灯和警号发送执行指令，警灯和警号发出光、声警报信号。当人工接警后，通过主控键盘中止报警，通过报警电话与相关人员通讯。

Claims (4)

1.一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采集采空区CO浓度、工作面瓦斯浓度，以及工作面风速；

(2)判断g_m<g_max，c_m<c_max，v_min<v_m<v_max，是否同时成立，如果是，则继续监测，否则依次判断工作面风速、工作面瓦斯浓度、采空区CO浓度是否在阈值范围内，如果不在阈值范围内，则通过调节风速调节相应的参数直至该三个参数均在阈值范围，如果是，继续监测；其中，g_m、g_max分别表示瓦斯浓度监测值及阈值，c_m、c_max分别表示CO浓度监测值及阈值，v_m、v_max、v_min分别表示风速监测值、最大及最小阈值；

其中，如果g_m<g_max，c_m<c_max，v_min<v_m<v_max，不能同时成立，则执行以下步骤：

(3)判断监测的风速是否在风速阈值范围内，如果不是，则向瓦斯抽采设备提供响应信号，返回步骤(2)，如果是，执行步骤(4)；

(4)判断瓦斯浓度是否在瓦斯浓度的阈值范围内，如果是，则执行步骤(5)，如果不是，则计算稀释瓦斯浓度到阈值范围内所需的风速v₁，并保证该风速v₁和该风速下采空区的CO浓度c₁均在各自的阈值范围内，然后将工作面风速调为v₁，返回步骤(2)；

(5)判断CO浓度是否在CO浓度的阈值范围内，如果是，继续监测，如果否，则计算保证CO浓度在阈值范围内时所需的风速v₂，并保证该风速v₂以及该风速下的瓦斯浓度均在各自的阈值范围内，然后将工作面风速调为v₂，返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，其特征在于：所述步骤(4)中，保证该风速v₁和该风速下采空区的CO浓度c₁均在各自的阈值范围内的具体方法为：

若v_min<v₁<v_max不成立，则增大瓦斯抽采强度，返回步骤(2)；

若v_min<v₁<v_max成立，但在v₁风速下，c₁<c_max不成立，则向瓦斯抽采设备提供响应信号增大瓦斯抽采强度，返回步骤(2)。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，其特征在于：所述步骤(5)中，保证风速v₂以及该风速下的瓦斯浓度均在各自的阈值范围内的方法为：

若v₂不满足v_min<v₂<v_max，则向注氮防灭火设备提供响应信号，返回步骤(2)；

若v₂满足v_min<v₂<v_max，但g₁<g_max不成立，则向注氮防灭火设备提供响应信号，返回步骤(2)。

4.根据权利要求1所述的一种矿井瓦斯煤火协同防控方法，其特征在于：稀释瓦斯浓度到瓦斯浓度阈值内所需的风速v₁的计算方法为：v₁＝g_mv_m/g_max，其中，g_m和g_max分别表示瓦斯浓度监测值及瓦斯浓度阈值，v_m为风速监测值。