CN110359948A - 多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及煤矿井下瓦斯抽采技术，多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，包括抽采主路，该抽采回路上设有至少一套自动巡回分检组件；自动巡回分检组件包括；外部容器，其围合在抽采主路外部部分管壁上；抽采管，所述抽采管第一端与所述抽采主路连通，抽采管主体穿过外部容器且第二端置于抽采管主体外部；电磁三通阀，其安装在位于外部容器内的抽采管段上；单孔巡检管路，其第一端连接在外部容器，并实现单孔巡检管路与气体巡检通道连通。本装置建立了独立的钻孔联合抽采通道和单孔巡检通道，能够自动切换气体流动通道，实现多孔联抽和单孔巡检互不干扰的目标。本发明还提出了多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法。

Description

多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置及方法

技术领域

本发明专利涉及煤矿井下瓦斯抽采技术，具体为多组钻孔联合抽采条件下单一钻孔瓦斯抽采参数自动巡检装置，本发明还提供一种使用本装置的钻孔瓦斯抽采参数精确自动化监测方法。

背景技术

煤炭作为中国主要支撑能源，短期内的主导地位不会改变。近年来，随着煤炭机械化开采水平的提升，井工矿井的开采深度正加速延伸，复杂的地质构造和丰富的瓦斯蕴藏也为井下安全生产增加了难度。

权威专家研究认为，深井开采导致的瓦斯突出或其他瓦斯灾害会愈来愈频繁，且强度越来越大，提高瓦斯抽采能力，降低煤层瓦斯含量，既是治理瓦斯问题的根本措施，也是促进瓦斯资源利用的有效途径。

瓦斯抽采期间，精确检测钻孔抽采瓦斯浓度、流量、负压是瓦斯抽采管理工作中的重要环节，不仅能有效指导分析钻孔抽采存在的问题，也能及时对工作面瓦斯异常现象作出预警判断。

目前，井下瓦斯抽采系统中只有抽采主路和主要旁支实现了瓦斯参数实时监测和远距离传输功能，解决了多孔联抽下混合参数的在线监测难题，煤科集团沈阳研究院有限公司发明的煤层气安全抽采智能控制系统及控制方法(ZL201510557233.6)，具有自动智能检测单个钻孔或抽采总管管路中瓦斯抽采参数基本功能，但从现场生产经济效益考虑，若每个钻孔均配备该控制系统进行瓦斯抽采参数自动巡检，一个工作面千百个钻孔需要配套设备规模太大、经济成本太高，并且会导致管控程序极度复杂。

目前，对于某一钻孔个体来讲，单孔瓦斯抽采参数仍然依靠人工逐一检测，采用瓦检牌记录钻孔抽采状态，这种检测方式主要存在以下三大问题：1)人工检测数据不能通过远距离传输系统实时向地面技术负责人传达，导致地面工作人员获知检测数据时间滞后于现场检测时间，在瓦斯异常突现情况下，技术负责人不能第一时间内作出有效判断，易错失事故处理最佳时机，间接扩大灾害威胁；2)人工检测频率小，一个工作日内可能仅检测2-3次，存在较长时段的检测盲区，若在检测盲区出现钻孔抽采异常，技术人员无法获取有效数据，及时分析钻孔抽采异常原因，小则影响单孔抽采效果、浪费抽采资源，大则导致多个钻孔的联抽系统瘫痪，出现抽采事故；3)人工检测的数据具有单一性，没有与之校对的测试平台，无法辨识数据的可靠性和真实性，同时因检测人员操作仪器水平和职业素质的差异，人工检测存在数据误差范围不可控、数据真实程度不可靠的基本现状。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其采用井下多孔联抽条件下单个钻孔瓦斯抽采参数自动实时巡检及传输技术，实现低成本、高效率抽采目标，旨在解决当前人工逐一检测频率小，存在长时段检测盲区；数据传达滞后，延误事故分析和处理时机；人工检测数据误差大、可靠性不足等诸多问题，为及时分辨抽采事故和补救抽采系统，提高钻孔瓦斯抽采率，降低单孔抽采损耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，包括

抽采主路，其一端连接抽采总管，该抽采回路上设有至少一套自动巡回分检组件；自动巡回分检组件包括

外部容器，其围合在抽采主路外部部分管壁上，外部容器与抽采主路之间形成气体巡检通道；

抽采管，其有若干个，所述抽采管第一端与所述抽采主路连通，抽采管主体穿过外部容器且第二端置于抽采管主体外部，所述抽采管的第二端用于通过外接管路对接瓦斯抽采钻孔；

电磁三通阀，其安装在位于外部容器内的抽采管段上，该电磁三通阀在第一状态时实现瓦斯抽采钻孔和抽采主路连通，在第二状态时实现瓦斯抽采钻孔和气体巡检通道连通，在第三状态时封闭抽采钻孔；

单孔巡检管路，其第一端连接在外部容器，并实现单孔巡检管路与气体巡检通道连通，该单孔巡检管路用于检测与其接通的抽采钻孔内的瓦斯参数。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述外部容器为球形的球融混合装置，且抽采主路从球融混合装置中心穿过。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述抽采管的第二端为快速接口，使外接管路和抽采管快速对接。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述外部容器设置在抽采主路的端部，且外部容器通过部分容器壁封闭外部容器的端部。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述抽采管有5-20个，且抽采管的数量不小于钻孔数量。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述单孔巡检管路的第二端与抽采主路连通。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述单孔巡检管路上由单孔巡检管路第一端到第二端依次设有压力传感器、甲烷传感器、流量传感器、温度传感器、数据可视化显示器和智能调控阀。

在第二个技术方案中，多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法，使用如在第一个技术方案中提出的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，包括如下步骤，

步骤1、将抽采主路的管路内处于负压抽采状态，将抽采管上的全部电磁三通阀调整到第一状态，实现瓦斯抽采钻孔与抽采主路联通，开始多孔联合抽采；

步骤2、切换一个抽采管上的电磁三通阀到第二状态，实现该抽采管对应的瓦斯抽采钻孔采集的瓦斯通过气体巡检通道进入单孔巡检管路，以检测该瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数，在完成该采集管内瓦斯检测后，判断该采集管内瓦斯抽采状态，当钻孔瓦斯抽采状态合格时，将电磁三通阀切换到第一状态，实现该采集管内瓦斯继续抽采；如钻孔瓦斯抽采失效时，将电磁三通阀切换到第三状态，封闭该抽采钻孔；

步骤3，在完成一个抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数的检测后，进行另一个瓦斯抽采钻孔参数检测，并重复步骤2，直至所有抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯检测完毕。

在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤2中，在一个瓦斯抽采钻孔采集的瓦斯抽采状态失效时，强制切换与该瓦斯抽采钻孔对接抽采管上的电磁三通阀到第三状态，该孔瓦斯抽采结束。

在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤2中，单个瓦斯抽采钻孔每次监测时间t1＞10min；瓦斯抽采钻孔之间检测时间差t2＞10min。

使用本发明的有益效果是：

(1)该发明装置建立了独立的钻孔联合抽采通道和单孔巡检通道，并将两组通道融为一体，具有体积小、操控便捷、自动巡回分检等优点，能够自动切换气体流动通道，实现多孔联抽和单孔巡检互不干扰的目标。

(2)该发明破解了单一钻孔瓦斯抽采数据自动周期性监测和远距离传输难题，克服人工检测存在的诸多问题，能够在不影响其他钻孔联合抽采状态下，保持单孔正常抽采时自动监测瓦斯抽采参数，并通过数据智能分析系统自动启停钻孔抽采阀门，合理分配抽采负压，优化抽采系统，提高钻孔抽采能力。

附图说明

图1是本发明提供的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置径向剖面图。

图2是本发明提供的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置的轴向剖面图。

图3是本发明提供的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置另一实施例的轴向剖面图。

图4是本发明提供的在联合抽采时单孔电磁三通阀开闭第一状态的剖面图。

图5是本发明提供的单孔瓦斯抽采参数自动巡检时电磁三通阀开闭第二状态的剖面图。

图6是本发明提供的单孔瓦斯抽采失效后电磁三通阀关闭第三状态的剖面图。

图7是本发明提供的多个单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置配套使用连接示意图。

图8是电磁三通阀智能调控系统元件构成示意图。

附图标记包括：

1-钻孔接抽软管；2-快速接口；3-电磁三通阀；4-电磁三通阀智能调控系统；5-抽采主路；6-球融混合装置；7-气体巡检通道；8-压力传感器；9-甲烷传感器；10-流量传感器；11-温度传感器；12-数据可视化显示器；13-智能调控阀；14-抽采主路接口；15-单孔联合抽采通道；16-单孔巡检通道；17-单孔巡检通道密封挡板；18-单孔联合抽采气体流动方向；19-单孔联合抽采通道密封挡板；20-单孔巡检气体流动方向；21-单孔抽采通道密封挡板；22-数据自动处理装置；23-单孔巡检管路；24-PLC_CPU模块；25-上位机；26-隔爆兼本安电源；27-模拟量采集模块；28-数字量输出模块。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图8所示，本实施例提出的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，包括抽采主路5，其一端连接抽采总管，另一端封闭，该抽采回路上设有至少一套自动巡回分检组件；自动巡回分检组件包括外部容器，其围合在抽采主路5外部部分管壁上，外部容器与抽采主路5之间形成气体巡检通道7；抽采管，其有若干个，抽采管第一端与抽采主路5连通，抽采管主体穿过外部容器且第二端置于抽采管主体外部，抽采管的第二端用于通过外接管路对接瓦斯抽采钻孔；电磁三通阀3，其安装在位于外部容器内的抽采管段上，该电磁三通阀3在第一状态时实现瓦斯抽采钻孔和抽采主路5连通，电磁三通阀3状态如图4所示；在第二状态时实现瓦斯抽采钻孔和气体巡检通道7连通，电磁三通阀3状态如图5所示；在第三状态时封闭抽采管，电磁三通阀3状态如图6所示；单孔巡检管路23，其第一端连接在外部容器，并实现单孔巡检管路23与气体巡检通道7连通，该单孔巡检管路23用于检测单个与其连通的接瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采参数。外接管路即为图1中的钻孔接抽软管1。

抽采管的第二端为快速接口2，使外接管路和抽采管快速对接。如图2所示，外部容器设置在抽采主路5的端部，且外部容器通过部分容器壁封闭外部容器的端部。抽采管有5-20个，且抽采管的数量不小于钻孔数量。单孔巡检管路23的第二端与抽采主路5连通。单孔巡检管路23上由单孔巡检管路23第一端到第二端依次设有压力传感器8、甲烷传感器9、流量传感器10、温度传感器11、数据可视化显示器12和智能调控阀13。

实施例2

如图3所示，作为优选的，外部容器为球形的球融混合装置6，且抽采主路5从球融混合装置6中心穿过，以保证所有单孔瓦斯汇集。如采用如图3所示的形式的自动巡回分检组件，自动巡回分检组件可以有多个，其分布形式如图7所示。可以理解的，本装置可以使用如图2、图3所示的自动巡回分检组件的组合。

实施例3

多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法，使用实施例1中提出的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，包括如下步骤，

步骤1、将抽采主路5的管路内处于负压抽采状态，将抽采管上的全部电磁三通阀3调整到第一状态，如图4所示，实现瓦斯抽采钻孔与抽采主路5联通，开始多孔联合抽采；

步骤2、切换一个抽采管上的电磁三通阀3到第二状态，如图5所示，实现该抽采管对应的瓦斯抽采钻孔采集的瓦斯通过气体巡检通道7进入单孔巡检管路23，以检测该瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数，在完成该采集管内瓦斯检测后，判断该采集管内瓦斯抽采状态，当瓦斯抽采状态合格时，将电磁三通阀3切换到第一状态，实现该采集管内瓦斯继续抽采；如瓦斯抽采状态失效时，将电磁三通阀3切换到第三状态，如图6所示，封闭该抽采孔；

步骤3，在完成一个抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数的检测后，进行另一个瓦斯抽采钻孔的瓦斯参数检测，并重复步骤2，直至所有抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯参数检测完毕。

作为优选的，在步骤2中，在一个瓦斯抽采钻孔采集的瓦斯检测失效时，强制切换与该瓦斯抽采钻孔对接抽采管上的电磁三通阀3到第三状态，如图6所示，该孔瓦斯抽采结束。在步骤2中，单个瓦斯抽采钻孔每次监测时间t1＞10min；瓦斯抽采钻孔之间检测时间差t2＞10min。

实施例4

本实施例结合实施例1、实施例2、实施例3总体说明本技术方案。

球融混合装置6表面留设的快速接口2数量根据球融混合装置6表面体积而定，可以满足5-20个快速接口2；球融混合装置6直径和抽采主路5直径根据现场设置抽采管路直径而定，抽采主路5从球融混合装置6中心穿过，两者中心线保持重合，电磁三通阀3将快速接口2、抽采主路5和气体巡检环形通道之间相互连通；抽采主路5一端连接抽采系统的抽采总管，另一端既可以密闭，保持单端通气，也可以依次安装球融装置，实现双端通气。

根据集中布置的钻孔数量选择合理型号的球融混合装置6，保证球融混合装置6表面留设的快速接口2数量多于钻孔数量，将每个钻孔孔口分别接入钻孔接抽软管1，另一端头插入快速接口2，联通球融混合装置6，如有未使用的快速接口2，必须通过电磁三通阀智能调控系统4关闭相应的电磁三通阀3，处于第三状态。

结合图4所示，抽采主路5与现场抽采系统连接，管路内处于负压抽采状态，当每个钻孔均与球融混合装置6联通完好后，通过电磁三通阀智能调控系统4打开单孔联合抽采通道15，利用单孔巡检通道密封挡板17关闭单孔巡检通道16，实现单孔联合抽采气体流动方向18，所有钻孔与抽采主路5联通，开始多孔联合抽采，联抽的混合气体随抽采主路5进入抽采系统。

根据现场钻孔瓦斯抽采参数监测需求，设定电磁三通阀智能调控系统4巡检周期T，T＞20min，单孔每次监测时间t1＞10min，球融混合装置6连接的每个钻孔可依据抽采条件分别设置不同巡检周期，但必须保证每个巡检周期内只有一个钻孔处于巡检状态，电磁三通阀智能调控系统44由控制元件PLC_CPU模块24、上位机25、隔爆兼本安电源26、模拟量采集模块27、数字量输出模块28调控

结合图5所示，当自动监测某个钻孔瓦斯抽采参数时，单孔巡检管路23上的智能调控阀13自动打开，同时电磁三通阀智能调控系统44调节电磁三通阀3，利用单孔联合抽采通道密封挡板19自动关闭该孔的单孔联合抽采通道15，打开单孔巡检通道16，实现单孔巡检气体流动方向20。将钻孔抽采气体引入气体巡检环形通道，并导入单孔巡检管路23，流经单孔巡检管路23安装的压力传感器8、甲烷传感器9、流量传感器10、温度传感器11，自动检测单孔的抽采负压、瓦斯浓度、抽采流量和气体温度，气体随着单孔巡检管路23到达抽采主路接口14，最终再次接入抽采主路5内，单孔检测气体随抽采主路5排出，单孔在整个检测过程中，其他钻孔联合抽采状态不受其影响。

单孔抽采气体流经巡检管路检测的瓦斯抽采数据通过短程无线信号传输至数据自动处理装置22进行分析，经处理后数据分两路传输，一路传至数据可视化显示器12内，实时呈现单孔瓦斯抽采数据，另一路通过电缆线接入监控系统传至地面。

如图8所示，本装置通过压力传感器8、甲烷传感器9、流量传感器10、温度传感器11采集检测瓦斯数据，瓦斯数据传递到模拟量采集模块27，且瓦斯数据可通过数据可视化显示器12直观显示。模拟量采集模块27将瓦斯数据进一步传递到PLC_CPU模块24，通过PLC_CPU模块24处理后，将数据返回到上位机25，同时PLC_CPU模块24可自行通过数字量输出模块28控制电磁三通阀智能调控系统4，在电磁三通阀智能调控系统4系统根据数字量输出模块28发出的数字信息控制电磁三通阀3的状态切换。可以理解的隔爆兼本安电源26对PLC_CPU模块24、25-上位机25、以及压力传感器8、甲烷传感器9、流量传感器10、温度传感器11、数据可视化显示器12供电。

单孔自动检测完成后，智能调控阀13自动隔断抽采主路5和单孔巡检管路23，同时已检测钻孔通过电磁三通阀智能调控系统4再次调节电磁三通阀3，利用单孔巡检通道密封挡板17关闭单孔巡检通道16，实现单孔联合抽采气体流动方向18，该钻孔与其他钻孔继续保持联合抽采。

其他单个钻孔瓦斯抽采参数自动监测依次按照如上步骤完成，钻孔之间检测时间差t2＞10min。

经处理监测数据分析钻孔抽采失效，通过智能调控阀13强制启动单孔抽采通道密封挡板21，结束该孔瓦斯抽采，减少抽采损耗。

众所周知，钻孔抽采具有周期性，抽采期间时常发生瓦斯抽采浓度降低和回升的现象，本装置和使用本装置的方法可实现多组钻孔联合抽采时自动巡回分检单一钻孔瓦斯参数，当浓度降低时关闭抽采孔，减少负压消耗、减损成本，当瓦斯浓度回升后继续恢复抽采，提高单孔采效率。因此，研究巡回式分检单一钻孔瓦斯参数的监测控制系统与装备，不仅能够降低人工检测误差、防止弄虚作假，便于地面技术人员实时掌握每个钻孔真实的瓦斯动态抽采效果，还有利于及时、精准评判钻场控制区的煤层瓦斯抽采程度，对于提高整体瓦斯抽采效率具有重要意义。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (10)

1.多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：包括

抽采主路，其一端连接抽采总管，该抽采回路上设有至少一套自动巡回分检组件；自动巡回分检组件包括

外部容器，其围合在抽采主路外部部分管壁上，外部容器与抽采主路之间形成气体巡检通道；

抽采管，其有若干个，所述抽采管第一端与所述抽采主路连通，抽采管主体穿过外部容器且第二端置于抽采管主体外部，所述抽采管的第二端用于通过外接管路对接瓦斯抽采钻孔；

电磁三通阀，其安装在位于外部容器内的抽采管段上，该电磁三通阀在第一状态时实现瓦斯抽采钻孔和抽采主路连通，在第二状态时实现瓦斯抽采钻孔和气体巡检通道连通，在第三状态时封闭抽采管；

单孔巡检管路，其第一端连接在外部容器，并实现单孔巡检管路与气体巡检通道连通，该单孔巡检管路用于检测与其接通的单个瓦斯抽采钻孔内的瓦斯参数。

2.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述外部容器为球形的球融混合装置，且抽采主路从球融混合装置中心穿过。

3.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述抽采管的第二端为快速接口，使外接管路和抽采管快速对接。

4.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述外部容器设置在抽采主路的端部，且外部容器通过部分容器壁封闭外部容器的端部。

5.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述抽采管有5-20个，且抽采管的数量不小于钻孔数量。

6.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述单孔巡检管路的第二端与抽采主路连通。

7.根据权利要求1所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：所述单孔巡检管路上由单孔巡检管路第一端到第二端依次设有压力传感器、甲烷传感器、流量传感器、温度传感器、数据可视化显示器和智能调控阀。

8.多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法，使用如权利要求1-7任一项所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检装置，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、将抽采主路的管路内处于负压抽采状态，将抽采管上的全部电磁三通阀调整到第一状态，实现瓦斯抽采钻孔与抽采主路联通，开始多孔联合抽采；

步骤2、切换一个抽采管上的电磁三通阀到第二状态，实现该抽采管对应的瓦斯抽采钻孔采集的瓦斯通过气体巡检通道进入单孔巡检管路，以检测该瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数，在完成该采集管内瓦斯检测后，判断该采集管内瓦斯抽采状态，当瓦斯抽采正常时，将电磁三通阀切换到第一状态，实现该采集管内瓦斯继续抽采；如瓦斯抽采失效时，将电磁三通阀切换到第三状态，封闭该抽采钻孔；

步骤3，在完成一个抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数的检测后，进行另一个瓦斯抽采钻孔内瓦斯抽采参数检测，并重复步骤2，直至所有抽采管对应的瓦斯抽采钻孔内瓦斯检测完毕。

9.根据权利要求8所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法，其特征在于：在步骤2中，在一个瓦斯抽采钻孔检测瓦斯抽采失效时，强制切换与该瓦斯抽采钻孔对接抽采管上的电磁三通阀到第三状态，该孔瓦斯抽采结束。

10.根据权利要求8所述的多孔联抽单孔瓦斯抽采参数自动巡回分检方法，其特征在于：在步骤2中，单个瓦斯抽采钻孔每次监测时间t1＞10min；瓦斯抽采钻孔之间检测时间差t2＞10min。