CN108361559B - 一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，该方法包含如下步骤：S1：建立井下瓦斯抽采管网系统压力气体声波的漏气模型，并建立针对于管网漏气对应的噪音模型；S2：对煤矿井下瓦斯抽采管道进行巡检，通过声波探头采集混合声音，利用多元高斯函数拟合的方法对混合声音进行分离，得到混合声音中包含的所有声音种类的频谱；S3：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比，得出处理结果。本发明方法通过频谱参数来表征声音种类不同，并以频谱作为判别依据，从而直接确定漏气产生的声波进而确定漏气点位置，具有很高的准确性。

Description

一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采管网系统检漏技术领域，涉及一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法。

背景技术

煤炭在我国一次性能源结构中处于绝对主要位置，50年代的比例曾高达90％，然而，新形势下我国煤炭工业的发展面临着严峻的挑战，频繁发生的重特大瓦斯灾害事故，已成为煤矿安全生产最严重的制约因素。瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，由于井下钻孔具有施工简便、成本低等优点，在我国煤矿中得到了广泛的应用，煤矿瓦斯抽采量迅速上升，自2000年来瓦斯抽采量从8.7亿立方米增加到133亿立方米，增加15.3倍。然而我国大部分煤矿的煤层钻孔瓦斯抽采浓度普遍低于30％，瓦斯抽采浓度偏低一方面导致利用难度大，大部分抽出瓦斯被直接排放到大气中，导致大气环境破坏；另一方面，瓦斯浓度偏低，部分处于爆炸极限范围，可能诱发瓦斯燃烧、爆炸安全事故。

造成瓦斯抽采浓度低的因素有很多，其中一个重要原因是由于煤矿井下瓦斯抽采管网系统是由大量的管道联接形成的，再加之煤矿井下条件复杂，容易出现安装不紧密、管道损坏等现象，导致外界空气被吸入瓦斯抽采管网系统内，使得主管或地面泵站瓦斯抽采浓度较之孔口或支管出现明显下降。

目前，我国在煤矿瓦斯抽放管网系统检漏方面的研究仍显空缺，仅有中国专利(CN201110108718)提出了一种煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，通过对瓦斯抽采管网漏气孔所发生的超声波进行巡检，进而确定抽采管网的漏气点并进行处理，以提高抽采管网的气密性进而保证瓦斯抽采浓度。但煤矿井下条件复杂，皮带输送机、矿车行进、钻机施工等环境均会产生明显声音，对瓦斯管网漏气孔的巡检和确定存在很大的干扰，大大降低了利用超声波对煤矿瓦斯抽采管网检漏的准确率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，通过发展瓦斯抽采管网系统检漏技术并提高其检测准确率以提高抽采瓦斯浓度，推进煤层气利用产业的又快又好发展。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，该方法包含如下步骤：

S1：采集并建立井下瓦斯抽采管网系统的噪音模型以及井下瓦斯抽采管网系统压力气体声波的漏气模型；

S2：对煤矿井下瓦斯抽采管道进行巡检，通过声波探头采集混合声音，利用多元高斯函数拟合的方法对混合声音进行分离，得到混合声音中包含的所有声音种类的频谱；

S3：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比，得出处理结果。

进一步，所述噪音模型包含井下人声、皮带滚轮碰撞声、钻机施工声、矿车与铁轨碰撞声以及矿车鸣笛声。

进一步，所述的漏气模型为由管网外部空气高速进入管网产生的声波模型，包含法兰盘连接不牢、管道破损和钻孔孔口接抽连接不牢三种方式。

进一步，步骤S3具体为：

S31：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比；

S32：若检测位置所采集的混合声音的频谱中包含与噪音模型相吻合的声波，则标定为确定噪音；

S33：若检测位置所采集的混合声音的频谱中包含漏气模型吻合的声波，则判定该位置存在漏气现象，启动蜂鸣报警系统，提示工作人员进行处理；

S34：若检测位置所采集的混合声音的频谱与漏气模型和噪音模型均不匹配，则将该位置声波特性存储于独立存储空间，工作人员定期的对该类声波进行比对分析。

进一步，步骤S33中，判定该位置存在漏气现象后，启动蜂鸣报警系统，在报警的管网区域内降低声波探头移动速度，进一步准确的确定漏气点位置。

进一步，步骤S34具体为：

对检测出的非噪音模型也非漏气模型的声波，计算该声波在一定时间段内出现次数占总检测次数的百分比，若百分比低于设定阈值时，则判定该声波为偶然声波；

若该声波的出现频率大于等于设定阈值时，判定该声波为该矿井瓦斯抽采管网系统检漏的噪音，并将该声波存储进入噪音模型。

进一步，所述的设定阈值为30％-50％。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，首先分析瓦斯抽采管道漏气产生声波的本质，即为在管内负压的作用下，外界气体高速通过漏气点进去管道内所产生的声波，并以频谱这种表征声音种类不同的参数作为判别依据，以此直接确定漏气产生的声波进而确定漏气点位置，具有很高的准确性。

2、本方法中还增加了噪音模型数据库，既能准确排除噪音的检测结果的影响，还能对不同矿井内的特有噪音进行及时补充更新，不断完善噪音模型数据库，进一步提高声波检测煤矿瓦斯抽采管网漏气检测的准确率。

3、本发明准确可靠，从多方面共同作用，能够有效的提高检漏准确率，提高瓦斯抽采效果，为煤矿的高效抽采、安全生产和瓦斯有效利用提供技术保障，具有较高的现场推广应用价值。并且，本发明适用于提高所有负压运输气体管网系统的声波检测准确率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明流程图，本发明包含如下步骤：

S1：通过调研及分析总结，建立井下瓦斯抽采管网系统由于压力气体高速流动而产生声波的漏气模型，并建立针对于管网漏气而言的噪音模型。

S2：在煤矿井下瓦斯抽采管道进行巡检，通过声波探头采集混合声音，并利用多元高斯函数拟合的方法对混合声音进行分离，得到混合声音中包含的所有声音种类的频谱。

S3：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比，若发现检测位置所采集的混合声音中包含有与噪音模型相吻合的声波，标定为确定噪音；若检测声波中漏气所产生的声波，即可判定该位置存在漏气现象，此时启动蜂鸣报警系统，提示使用人员标记漏气位置并进行堵漏处理。

S4：对于上述分离出的声波，如果既不属于漏气模型，也不属于噪音模型，将其声波特性存储于独立存储空间，使用人员(设备自检)定期的对该类声波进行比对分析，判断其属于常见噪音或偶然出现声波，并进行相应处理。

瓦斯抽采管网系统漏气主要包括：法兰盘连接不牢、管道破损和钻孔孔口接抽连接不牢三种方式，但均是在管内负压作用下，外部空气高速进入管网产生的声波，不同漏气方式产生的声波种类没有明显区别，可用同一漏气模型进行表征。

噪音模型包括井下人声、皮带滚轮碰撞、钻机施工、矿车与铁轨碰撞、矿车鸣笛等声音。

漏气模型和噪音模型的区别为声音的种类不同，因此，模型核心参数为不同模型的声波频谱。

检测设备计算速度为0.01s/次，在巡检过程中报警系统启动后，可在报警的管网区域内降低声波探头移动速度，进而更加准确的确定漏气点位置；

对检测出的非噪音模型也非漏气模型声波，分析该声波在一定时间段内出现次数占总检测次数的百分比，低于规定值时，判定该声波为偶然声波，无需对其进行后续处理；

若该声波出现频率高于或等于设定阈值，判定该声波为该矿井瓦斯抽采管网系统检漏的噪音，存储进入噪音模型，本发明的设定阈值为30％-50％，根据不同的环境选取不同的设定阈值。

下面结合具体实施例对本发明方法进行介绍：

某矿井下抽采钻孔孔内瓦斯浓度普遍较高，但通过抽采支管、主管等输送至地面泵站后，浓度衰减现象严重，该矿通过人耳判断漏气点并进行封堵，工作量繁重且抽采浓度提高效果不明显。为此，采用发明中涉及的提高声波检漏准确性的方法进行操作。

步骤1、通过声波采集装置采集井下瓦斯抽采管网系统某点周围声音，通过多元高斯函数拟合的数学方法对该点所采集声音进行分离，得到1～n#声音频谱。

步骤2、将1#声音频谱与系统预存的漏气模型和噪音模型就行比对，如果与漏气模型中的频谱一致，则可判定该点存在漏气现象；如果1#声音频谱与噪音模型中的频谱一致，则不对其进行处理；如果1#声音频谱与漏气模型和噪音模型中的频谱均不一致，将其频谱特性存储于预设存储空间，标记为频谱A。将步骤1分离的2～n#声音频谱如1#频谱的判别方法进行处理，当n#声音频谱比对完成后，如果1～n#声音频谱均没出现与漏气模型一致的频谱，该点即不存在漏气现象，存储空间内共存储得到A、B、C……X种声音频谱。

本实施例中，根据步骤2中对分离后的声音进行一致性比对，可以有效的降低频谱特征相近的声音对漏气判别的影响提高了检漏的准确性。

步骤3、在不同的巡检点重复步骤1、2的处理及判别，即可完成井下瓦斯抽采管网的检漏工作。

步骤4、技术员每月检查一次存储空间内的所有声音频谱，将出现频率过设定阈值的声音频谱增补进入噪音模型内。

本实施例中，根据步骤4中对出现频率超过设定阈值40％的声音频谱增补进入噪音模型内，可以针对不同矿井对于抽采管网系统检漏中井下常见的噪音进行补充，自动建立并更新噪音模型数据库，进一步提高检漏的准确性。

本实施例中，在该矿3210工作面不同巷道分别用人工检漏和本专利涉及的检漏方法进行了1951m和1501m的检漏工作，人工检测出漏气点18处，新方法检测出漏气点52处，对检测出漏气点进行相同封孔工艺处理后，人工检漏区段瓦斯抽采浓度从原有的26％提高到29.4％，直接提高3.4个百分点，提高比例11.5％；本专利涉及的检漏方法检漏区段瓦斯抽采浓度从原有的26.7％提高到33.4％，提高6.7个百分点，提高比例达到25.1％，显著的提高了瓦斯抽采浓度。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：

S1：采集并建立井下瓦斯抽采管网系统的噪音模型以及井下瓦斯抽采管网系统压力气体声波的漏气模型；

S2：对煤矿井下瓦斯抽采管道进行巡检，通过声波探头采集混合声音，利用多元高斯函数拟合的方法对混合声音进行分离，得到混合声音中包含的所有声音种类的频谱；

S3：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比，得出处理结果；

所述噪音模型包含井下人声、皮带滚轮碰撞声、钻机施工声、矿车与铁轨碰撞声以及矿车鸣笛声；

所述的漏气模型为由管网外部空气高速进入管网产生的声波模型，包含法兰盘连接不牢、管道破损和钻孔孔口接抽连接不牢三种方式；

步骤S3具体为：

S31：将分离出来的多种声音频谱与预设的漏气模型和噪音模型进行对比；

S32：若检测位置所采集的混合声音的频谱中包含与噪音模型相吻合的声波，则标定为确定噪音；

S33：若检测位置所采集的混合声音的频谱中包含漏气模型吻合的声波，则判定该位置存在漏气现象，启动蜂鸣报警系统，提示工作人员进行处理；

S34：若检测位置所采集的混合声音的频谱与漏气模型和噪音模型均不匹配，则将该位置声波特性存储于独立存储空间，工作人员定期的对该类声波进行比对分析。

2.根据权利要求1所述的一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，其特征在于：步骤S33中，判定该位置存在漏气现象后，启动蜂鸣报警系统，在报警的管网区域内降低声波探头移动速度，进一步准确的确定漏气点位置。

3.根据权利要求2所述的一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，其特征在于：步骤S34具体为：

对检测出的非噪音模型也非漏气模型的声波，计算该声波在一定时间段内出现次数占总检测次数的百分比，若百分比低于设定阈值时，则判定该声波为偶然声波；

若该声波的出现频率大于等于设定阈值时，判定该声波为该矿井瓦斯抽采管网系统检漏的噪音，并将该声波存储进入噪音模型。

4.根据权利要求3所述的一种提高煤矿瓦斯抽采管网声波检漏准确率的方法，其特征在于：所述的设定阈值为30％-50％。