CN108180033A - 一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，利用密闭墙内外正压差开启瓦斯释放管道控制阀门，使密闭采空区内高浓度瓦斯自动释放，并利用释放管道出口监测区域瓦斯浓度值反馈调节管道阀门的开度。根据压差和瓦斯浓度在上位机的监控软件中编制程序，结合PLC控制器和RS485总线对瓦斯释放管道上的电控阀门开度进行远程自动调节，在保证瓦斯释放管道出口监测区域瓦斯浓度不超标的前提下，降低密闭采空区的高浓度瓦斯压力，消除密闭墙处瓦斯“呼吸现象”。装备安全可靠、易于维护，可保障采空区密闭墙处盲巷段的安全性，防止相邻回采工作面上隅角出现瓦斯浓度突增现象，非常适合在煤矿安全生产中推广、使用。

Description

一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备

技术领域

本发明涉及密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，属于煤矿瓦斯防治技术领域。

背景技术

在矿井生产过程中，随着工作面的推进长度的增加，开采强度的加大，孤岛工作面与相邻密闭采空区之间的裂隙通道会进一步发育，使得密闭采空区往回采工作面的瓦斯涌出量也相应增大，孤岛工作面上隅角瓦斯积聚现象愈发明显。因此，相邻密闭采空区的瓦斯涌出是影响孤岛工作面安全生产的一个重大问题。另外，通过现场观测发现，密闭采空区的密闭墙处存在明显的“呼吸”现象，即在一天24h内不同的时间段内，瓦斯有时由密闭墙内侧向外侧“呼出”，有时由密闭墙外侧向内侧“吸入”。这种不稳定现象不仅容易导致密闭墙外侧靠近顶板附近瓦斯积聚，还可导致采空区内氧气含量过大，增加采空区自然发火的风险。因此，需要根据密闭采空区密闭墙内外压差的变化规律和瓦斯释放管出口监测区域瓦斯浓度的变化规律，开发一种能够合理释放采空区高浓度瓦斯，彻底解决密闭墙处的瓦斯“呼吸现象”的自动调控技术及装备。该技术装备对于治理孤岛工作面上隅角瓦斯积聚和相邻密闭采空区密闭墙处的瓦斯“呼吸现象”均具有重要意义。

发明内容

根据密闭采空区密闭墙内外压差的变化和瓦斯释放管道出口监测区域瓦斯浓度值的变化，通过不断调节瓦斯释放管内的瓦斯流量，使得密闭采空区内高浓度瓦斯安全释放，降低密闭采空区内瓦斯压力，消除密闭墙处瓦斯“呼吸现象”，降低相邻孤岛工作面上隅角瓦斯积聚的风险。因此，本发明旨在提供一种运行稳定，易于维护，能够从根本上方便、有效解决密闭采空区瓦斯涌出问题的技术及装备。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，首先，在密闭采空区密闭墙中预埋小口径导气管和较大口径瓦斯释放管，在密闭墙外设置微压差传感器与小口径导气管相接，监测密闭墙内外压差；在瓦斯释放管上合理位置安装可调型电动阀门和管道瓦斯多参数传感器；在瓦斯释放管出口设置瓦斯浓度监测区并安设低浓度瓦斯传感器。其次，以微压差传感器信号为基础，利用电动执行装置、PLC及相关电路元件实现对电动阀门的就地开闭控制，同时以瓦斯释放管道出口监测区域的瓦斯传感器信号为基础，利用电动执行装置、PLC及相关电路元件实现对电动阀门的就地开度调节。然后，利用工业以太网和上位机监测调控软件，实现对瓦斯释放管道内瓦斯流量的远程调控，使系统操作更加方便、有效、快捷。通过编制上位机软件，对电控阀门可进行启停操作，并可对电控阀门的运行状态、电控阀门开度以及故障显示等进行监测和调控。最后，将微压差传感器和低浓度瓦斯传感器信号通过监测分站传输至PLC控制箱和上位机软件中。根据这些实时微压差和瓦斯浓度模拟量，编制自动调控程序，使系统自行调节瓦斯释放管道内的瓦斯流量，最终达到密闭采空区内高浓度瓦斯安全释放的目的。

本装备利用PLC及上位机监控软件，可实现瓦斯释放管道内的瓦斯流量的现场就地调节和远程监控调节。现场就地调节主要通过电控阀门执行装置的控制面板旋钮实现，执行参数可通过遥控器设置。而远程监控调节，在上位机软件中可选择PLC控制和RS485总线控制，当系统调控失败，导致瓦斯释放管出口监测区域瓦斯浓度过高时，将发出声音报警信号，并显示故障信息。

本发明用于解决密闭采空区密闭墙处瓦斯“呼吸现象”之外，还可作为采空区自然发火的监测与防控设备。整套装备安全可靠、易于维护，能够方便、快捷、有效地增强采空区内瓦斯释放过程的安全性，非常适合在密闭采空区密闭墙处瓦斯“呼吸现象”的低瓦斯矿井中矿中推广、使用。

附图说明

图1本发明所述技术及装备现场实施与安装示意图。

具体实施方式

本发明的中心思想是根据密闭墙内外压差值和释放管道出口监测区域的瓦斯浓度，利用上位机监测调控软件、总线、PLC和可调电控阀门有效控制密闭采空区瓦斯释放管道的流量，从而实现安全、方便、快捷地释放密闭采空区内的高浓度瓦斯，降低密闭采空区内的瓦斯压力，最终消除密闭墙处的瓦斯“呼吸”现象，降低相邻采面工作面上隅角瓦斯积聚的风险。

下面结合附图1对本发明所述技术及装备进一步说明。

由图1所示，本发明所述技术及装备主要包括电控阀门调控参数采集系统、释放管内瓦斯多参数采集系统、远程监测调控系统三个部分。

根据图1，电控阀门调控参数采集系统包括密闭墙内外压差数据采集模块和释放管出口监测区域瓦斯浓度数据采集模块。压差数据和瓦斯浓度数据采集分别通过微压差传感器和低浓度瓦斯传感器来实现。微压差传感器连通小口径导气管感知密闭墙内外压差，压差信号通过监测分站传输至地面上位机。低浓度瓦斯传感器安设在离释放管出口5～10m位置的正上方接近主回风巷顶板处，瓦斯浓度信号通过监测分站传输至地面上位机。

根据图1，释放管内瓦斯多参数采集系统包括混合瓦斯流量、混合瓦斯绝对压力、混合瓦斯温度和甲烷浓度以及一氧化碳浓度采集模块。混合瓦斯流量、绝对压力和温度数据的采集通过威力巴流量传感器实现，威力巴流量传感器信号经过监测分站传输至地面上位机。甲烷浓度数据的采集通过管道用红外甲烷传感器和汽水分离装置来实现，红外甲烷传感器信号经过监测分站传输至地面上位机。一氧化碳浓度数据的采集通过管道用一氧化碳传感器和汽水分离装置来实现，一氧化碳传感器信号经过监测分站传输至地面上位机。

为更加方便、有效、快捷地调节管道瓦斯流量，安装远程监测调控系统。系统主要包括光纤及电缆、交换机、监测调控软件及上位机。通过编制上位机软件，实现电控阀门的PLC和总线两种远程控制模式的切换。在上位机软件中嵌入自动调控程序，根据密闭墙内外压差信号自行开启与关闭电控阀门，并根据瓦斯释放管道出口监测区域瓦斯浓度模拟信号，使系统自行调节电控阀门的开度，改变管道内瓦斯流量，使管道出口监测区域瓦斯浓度不超标，实现采空区瓦斯的安全释放，最终达到消除密闭墙处瓦斯“呼吸现象”的目的。当系统调节失败，使释放管道出口监测区域瓦斯浓度过高时，可发出声音报警信号，并显示故障信息。本发明具有远程与就地、自动与手动等管道瓦斯流量调控方式，安全可靠、用于解决密闭采空区密闭墙处瓦斯“呼吸现象”之外，还可作为采空区自然发火的监测与防控设备。

Claims (11)

1.一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征在于，包括

该技术装备主要包括电控阀门调控参数采集系统，瓦斯释放管道多参数监测系统、远程监测调控系统三个部分。

电控阀门调控参数采集系统的特征是，该系统包括密闭墙内外压差数据采集子系统和释放管出口监测区域瓦斯浓度数据采集子系统。

微压差信号采集子系统的特征是，在采空区密闭墙外布置微压差传感器实时采集密闭墙内瓦斯压力和密闭墙外空气压力的压差数据，并将数据传输至现场PLC控制器，同时通过交换机传输至地面远程监测系统。瓦斯浓度信号采集子系统的特征是，在瓦斯释放口布置低浓度瓦斯传感器实时采集释放口瓦斯浓度数据，并将数据传输至现场PLC控制器，同时通过交换机传输至地面远程监测系统。

瓦斯释放管道多参数监测系统的特征是，在瓦斯释放管道合理位置安装威力巴流量传感器、红外甲烷传感器和一氧化碳浓度传感器实时采集管道内混合瓦斯流量、混合瓦斯绝对压力、混合瓦斯温度和甲烷浓度以及一氧化碳浓度数据，并将数据经过井下监测分站和交换机传输至地面远程监测系统。

远程监测调控系统的特征是，根据所采集微压差和瓦斯浓度参数模拟量，利用上位机的调控软件可通过工业以太环网对瓦斯释放管道阀门开度进行远程调节，从而实现对采空区瓦斯的自动释放和管道瓦斯流量的调控。

2.根据权利要求1所述的密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，密闭墙外设有微压差传感器，结合PLC和上位控制软件实现瓦斯释放管道阀门的开启与关闭。

3.根据权利要求1所述的密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，采空区瓦斯释放管道出口监测区域设有低浓度瓦斯传感器，结合PLC和上位控制软件实现瓦斯释放管道阀门的开度调节。

4.根据权利要求1所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，电控阀门可通过现场控制、远程控制、总线型集中控制三种控制方式对阀门实现启闭与开度调节，且具有液晶屏显示功能。断电时可通过转动手轮进行手动调节。

5.根据权利要求1、2所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，在采空区密闭墙外布置一个微压差传感器，且为矿用防爆、本质安全型，且精度高、响应时间短。

6.根据权利要求1、3所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，在瓦斯释放管口监测区域一个低浓度瓦斯传感器，且为矿用防爆、本质安全型，且精度高、响应时间短。

7.根据权利要求1、5、6所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，上位机调控软件可对瓦斯释放管道调节阀门的启停操作，并可对电控阀门开度、阀门电控装置运行状态及密闭墙内外压差、瓦斯释放管道出口监测区域的瓦斯浓度进行显示与设置，且具有故障提示和监测调控功能。

8.根据权利要求1、6所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，上位机调控软件对瓦斯释放管道流量具有自动调控功能。自动调控模式下，系统可根据瓦斯释放管道出口监测区域的瓦斯浓度值及调控程序自行调节管道内瓦斯流量，达到控制监测区域瓦斯浓度不超标的目的。

9.根据权利要求1所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，在瓦斯释放管道上安装多参数传感器，且为矿用防爆、本质安全型，且精度高、响应时间短。

10.根据权利要求1、6、7所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，当系统调控管道瓦斯流量失败，导致瓦斯释放管道出口监测区域瓦斯浓度过高时，将发出声音报警信号，显示故障提示信息。

11.根据权利要求1所述的一种密闭采空区瓦斯释放自动调控技术及装备，其特征是，本发明用于解决密闭采空区“呼吸”现象之外，还可作为密闭采空区自然发火的监测与防控设备。