CN105927862A - 一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，即将声波传感器置于瓦斯抽采管的弯曲段接受管内积水和煤渣与管壁之间的摩擦声波，通过监测主机分析处理声波信号强度，然后将声波信号强度进行比较，来精确找出抽采管道的堵塞区段，并得出管内积水和煤渣的堵塞等级，从而实现对弯曲段附近点堵塞情况的监测。本发明属于便携被动式声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，可实时探测抽采管道的堵塞程度，能够快速指导管道疏通作业，从而提高瓦斯抽采效率；该方法不受管材材质的影响，能够对堵塞点进行精确定位，安装声波传感器时也不需对抽采管道进行拆解，不影响瓦斯抽采的正常工作，具有极高的现场实用价值。

Description

一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法

技术领域

本发明涉及监测瓦斯抽采管道堵塞的技术领域，具体涉及一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，尤其适用于管内易积水、积渣的瓦斯抽采管道堵塞监测。

背景技术

为减少煤炭开采过程中可能出现的瓦斯事故，当煤层中的瓦斯含量达到一定值时需要进行瓦斯抽采。瓦斯抽采就是在煤体上设置一定数量的钻孔，通过真空泵抽走煤层中的瓦斯。由于煤层中含有大量导水裂隙带，在瓦斯抽采过程中，煤层中的水会经过钻孔进入抽采管路中，这些水夹杂着煤屑在管路上行段和弯曲段容易出现积聚，从而造成抽采负压的损失，进而降低抽采效率。目前，随着矿井高产高效集约化生产方式的布局，开采工作面设计的走向长度逐渐增大，瓦斯抽采管道总长度也随之逐渐增加，同时该管道运行于工作面的整个开采周期，使用时间也逐步延长。因此，及时探测抽采管道的堵塞程度对抽采效率至关重要。

目前，瓦斯抽采管路堵塞监测主要采用的是一种间接探测方式，即通过监测管内的抽采负压变化来反推堵塞程度。但该方式中抽采管路抽采负压的观测点有限，不能精确定位堵塞点，现场实用性不高；另外，在天然气气体输送管路领域，采用主动发射声波的方式来判断管道是否漏气和堵塞，但该方式仅限于非金属管路，不适合井下铁质瓦斯抽采管路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，该方法可实时探测抽采管道的堵塞程度，能够快速指导管道疏通作业，从而提高瓦斯抽采效率；该方法不受管材材质的影响，能够对堵塞点进行精确定位，安装声波传感器时也不需对抽采管道进行拆解，不影响瓦斯抽采的正常工作。

为实现上述目的，本发明提供了一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，步骤如下：

a.将声波传感器置于瓦斯抽采管的壁面A点接收管内积水和煤渣与管壁摩擦的声音信号，并通过监测主机来分析处理声波信号的强度；所述A点设置在瓦斯抽采管的弯曲段；

b.在管壁上距离A点3-5m设置监测点B，监测B点处的声波信号强度；所述B点设置在A点沿瓦斯流动方向的一侧；

c.若B点处的声波信号强度值大于A点，则在A点至B点方向并距离B点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；若B点处的声波信号强度值小于A点，则在B点至A点方向并距离A点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；

d.得出管内积水和煤渣堵塞等级，并将堵塞等级显示在显示屏上。

进一步的，所述堵塞等级划分为严重堵塞(L₄)、一般堵塞(L₃)、轻微堵塞(L₂)和不堵塞(L₁)四个等级。

进一步的，所述堵塞等级的划分标准依据公式(1)和公式(2)，所述不堵塞(L₁)即管路横截面的堵塞范围为0～5％，声波平均幅值区间为所述轻微堵塞(L₂)即管路横截面的堵塞范围为5％～15％，声波平均幅值区间为所述一般堵塞(L₃)即管路横截面的堵塞范围为15％～30％，声波平均幅值区间为所述严重堵塞(L₄)即管路横截面的堵塞范围为30％～100％，声波平均幅值区间为

$\left\{\begin{array}{c}{L}_1\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=0}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\\ L_2\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\\ L_3\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\\ L_4\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=100\%}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{X}\left(\mathrm{\&Delta;}T\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i---\left(2\right)$

式中，

—声波平均幅值；x_i—第i个信号的幅值；N—时间ΔT内采集的声波个数。

优选的，所述步骤b中在管壁上距离A点4m内设置监测点B。

优选的，所述监测主机通过数据传输线与声波传感器相连。

本发明的工作原理：由于井下瓦斯抽采管路属于负压抽采，抽采管道内积聚的水和煤渣在管道弯曲段和上行区段容易出现积聚，同时在抽采负压的吸引力与水和煤渣的重力作用下，水和煤渣会在积聚段上下往复流动，夹杂着煤渣的水与管道壁产生摩擦，进而释放出摩擦声波；本发明通过在管道外壁接受摩擦声波对管内的堵塞情况进行探测分析，通过建立的声波平均幅值与堵塞程度的关系模型，对堵塞严重程度进行等级划分，从而快速指导管道疏通作业，进而提高瓦斯抽采效率。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

1)本发明通过水和煤渣与管道壁之间的摩擦声波的平均幅值大小来判断管内堵塞情况，监测摩擦声波不受管材材质的影响，对铁管、PE管、PVC管和玻璃纤维管等其他井下瓦斯抽采常用管道均适用；

2)本发明采用管壁外壁接触式声波信号采集，不用在管道内部设置信号发射器，也不用对运行管道拆解，不影响瓦斯抽采，且监测点选择范围大，能够对堵塞点进行精确定位，现场实用性高；

3)本发明属于便携被动式声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，该方法采用单人便携式操作，堵塞程度情况能被智能分析并现场实时显示，从而快速指导管道疏通作业，进而提高瓦斯抽采效率，具有极高的现场实用价值。

附图说明

图1是本发明的方法示意图；

图中：1、抽采管道，2、煤渣，3、声波传感器，4、数据传输线，5、监测主机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，包括以下步骤：

a.将声波传感器3置于瓦斯抽采管1的壁面A点接收管内积水和煤渣2与管壁摩擦的声音信号，并通过监测主机5来分析处理声波信号的强度；所述A点设置在瓦斯抽采管1的弯曲段；

b.在管壁上距离A点3-5m设置监测点B，监测B点处的声波信号强度；所述B点设置在A点沿瓦斯流动方向的一侧；

c.若B点处的声波信号强度值大于A点，则在A点至B点方向并距离B点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；若B点处的声波信号强度值小于A点，则B点至A点方向并距离A点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；

d.得出管内积水和煤渣2的堵塞等级，并将堵塞等级显示在监测主机5的显示屏上。

为了更精确的判断管道的堵塞程度，所述堵塞等级划分为严重堵塞(L₄)、一般堵塞(L₃)、轻微堵塞(L₂)和不堵塞(L₁)四个等级；所述堵塞等级的划分标准依据公式(1)和公式(2)，所述不堵塞(L₁)即管路横截面的堵塞范围为0～5％，声波平均幅值区间为所述轻微堵塞(L₂)即管路横截面的堵塞范围为5％～15％，声波平均幅值区间为所述一般堵塞(L₃)即管路横截面的堵塞范围为15％～30％，声波平均幅值区间为 所述严重堵塞(L₄)即管路横截面的堵塞范围为30％～100％，声波平均幅值区间为

$\left\{\begin{array}{c}{L}_1\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=0}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\\ L_2\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\\ L_3\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\\ L_4\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=100\%}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{X}\left(\mathrm{\&Delta;}T\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i---\left(2\right)$

式中，

—声波平均幅值；x_i—第i个信号的幅值；N—时间ΔT内采集的声波个数。

综合考虑堵塞点监测的精确性和监测工作量，所述步骤b中在管壁上距离A点4m内设置监测点B。

所述监测主机5可以通过无线电与声波传感器3相连，也可以通过数据传输线4与声波传感器3相连；为了排除信号干扰及降低成本，本发明中所述监测主机5优选通过数据传输线4与声波传感器3相连。

一种用于通过声波监测瓦斯抽采管道堵塞的装置，该装置中手持伸缩杆与声波传感器相连，手持伸缩杆的长度为0.5m，可伸长至4-5m，能够满足我国目前绝大多数巷道瓦斯抽采管道高度的要求；所述监测主机包括滤波模块、信号放大器、信号调理器、数据采集卡、单片机及显示屏。监测主机采用内置电池供电，外部防爆设计，整体重量小于6kg，能够单人轻负重携带和操作。

Claims (5)

1.一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.将声波传感器(3)置于瓦斯抽采管(1)的壁面A点接收管内积水和煤渣(2)与管壁摩擦的声音信号，并通过监测主机(5)来分析处理声波信号的强度；所述A点设置在瓦斯抽采管(1)的弯曲段；

b.在管壁上距离A点3-5m设置监测点B，监测B点处的声波信号强度；所述B点设置在A点沿瓦斯流动方向的一侧；

c.若B点处的声波信号强度值大于A点，则在A点至B点方向并距离B点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；若B点处的声波信号强度值小于A点，则在B点至A点方向并距离A点3-5m设置监测点C，以此类推，直至找到该区段的声波信号强度峰值点X，该点的声波平均幅值为该段管道堵塞程度的判别标准；

d.得出管内积水和煤渣(2)的堵塞等级，并将堵塞等级显示在监测主机(5)的显示屏上。

2.根据权利要求1所述的一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于：所述堵塞等级划分为严重堵塞(L₄)、一般堵塞(L₃)、轻微堵塞(L₂)和不堵塞(L₁)四个等级。

3.根据权利要求2所述的一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于：所述堵塞等级的划分标准依据公式(1)和公式(2)，所述不堵塞(L₁)即管路横截面的堵塞范围为0～5％，声波平均幅值区间为所述轻微堵塞(L₂)即管路横截面的堵塞范围为5％～15％，声波平均幅值区间为 所述一般堵塞(L₃)即管路横截面的堵塞范围为15％～30％，声波平均幅值区间为所述严重堵塞(L₄)即管路横截面的堵塞范围为30％～100％，声波平均幅值区间为

$\left\{\begin{array}{c}{L}_1\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=0}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\\ L_2\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=5\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\\ L_3\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=15\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}<{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\\ L_4\&RightArrow;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=30\%}\&le;\stackrel{\&OverBar;}{X}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{X}}_{s=100\%}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{X}\left(\mathrm{\&Delta;}T\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i---\left(2\right)$

式中，

—声波平均幅值；x_i—第i个信号的幅值；N—时间ΔT内采集的声波个数。

4.根据权利要求1或2所述的一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于：所述步骤b中在管壁上距离A点4m内设置监测点B。

5.根据权利要求1或2所述的一种声波监测瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于：所述监测主机(5)通过数据传输线(4)与声波传感器(3)相连。