CN111119984B - 区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法 - Google Patents

区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法。其中，本发明互馈管控系统通过建立矿井瓦斯区域利用基站，能够将邻近矿井抽采的瓦斯进行汇集并统一利用，相较小型的单一矿井瓦斯利用终端，大型区域利用基站运行效率较高，且可以混合多个邻近矿井的抽采瓦斯；其次，本发明互馈管控方法能够以大型区域利用基站的高效运行为目标，自动化调控各个矿井瓦斯抽采钻孔的开关与抽采钻孔的负压，有效减少了瓦斯抽采浓度与抽采纯流量的波动，实现了整个区域内矿井瓦斯的高效利用。

Description

区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法
技术领域
本发明涉及一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法。
背景技术
国家制定了一系列政策措施，强力推进了煤炭开采过程中矿井瓦斯(煤层气)抽采利用规模逐年快速的增长，为产业加快发展奠定了良好基础。然而与抽采量相比，目前煤炭开采过程中瓦斯的整体利用率较低。以2017年为例，煤矿区瓦斯抽采量达到128亿立方米，而利用量只有46亿立方米。
以上问题产生的原因在于，不同地区、不同规模、不同地质条件的矿井瓦斯抽采量与气体浓度差异较大，且受矿井开拓开采影响，瓦斯抽采量波动较大，导致目前以单一矿井瓦斯抽采系统1为终端投资建设的小型矿井瓦斯利用设施2规模较小且无法长期高效运转，如图5所示经济效益难以充分保障，制约了相关产业的进一步发展。
此外，在单一矿井的瓦斯抽采管网调控和输送方面，瓦斯的集输过程基本实现了自动化，抽采系统的监控技术及装备已较为完善，瓦斯输送过程的安全性有了大幅提高。然而，目前瓦斯集输过程的数据分析仍以人工为主，瓦斯抽采管网自动调控系统尚不完善，未能统筹考虑煤矿安全与资源利用的双重目的，由此可见，现有技术需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提出一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，通过建立连通邻近矿井抽采瓦斯的矿井瓦斯区域利用基站，以便于将多个矿井、矿区的瓦斯资源加以集约利用，同时构建瓦斯抽采互馈管控系统，利于提高煤矿区瓦斯的整体利用率。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，包括：
区域气网以及矿井瓦斯抽采互馈管控系统；
区域气网包括矿井瓦斯区域利用基站以及至少两个矿井瓦斯抽采系统，各个矿井瓦斯抽采系统位于同一矿区和/或不同矿区且相互邻近；
矿井瓦斯抽采系统通过矿井瓦斯实体输送管网连接至矿井瓦斯区域利用基站；
矿井瓦斯抽采互馈管控系统包括矿井瓦斯区域抽采调控基站以及矿井瓦斯抽采调控系统，其中矿井瓦斯抽采调控系统的数量与矿井瓦斯抽采系统的数量相同；
矿井瓦斯区域抽采调控基站位于矿井瓦斯区域利用基站处，且被配置为用于实时监测矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度以及纯流量；
每个矿井瓦斯抽采调控系统分别位于一个矿井瓦斯抽采系统处，且被配置为用于调节矿井瓦斯抽采系统的抽采钻孔的开关状态以及抽采钻孔的负压；
矿井瓦斯抽采调控系统通过区域瓦斯抽采调控线路与矿井瓦斯区域抽采调控基站相连。
优选地，保证矿井瓦斯区域利用基站高效运行的区域瓦斯浓度
Figure GDA0002950426450000021
和纯流量
Figure GDA0002950426450000022
计算公式如下：
Figure GDA0002950426450000023
Figure GDA0002950426450000024
式中，
Figure GDA0002950426450000025
表示矿井瓦斯区域利用基站的高效运行状态；C区域基站表示矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度，
Figure GDA0002950426450000026
表示矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量；
n表示连接到矿井瓦斯区域利用基站的第n个矿井；
Figure GDA0002950426450000027
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采浓度数据；
Figure GDA0002950426450000028
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采纯流量数据；
上角标“混”表示抽采瓦斯混合流量，上角标“纯”表示抽采瓦斯纯流量。
优选地，矿井瓦斯区域抽采调控基站包括：
第一监控计算机、瓦斯浓度传感器以及瓦斯流量传感器；其中：
瓦斯浓度传感器，被配置为用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站内的区域瓦斯浓度；
瓦斯流量传感器，被配置为用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站内的混合瓦斯流量；
瓦斯浓度传感器和瓦斯流量传感器分别通过线路与第一监控计算机相连。
优选地，矿井瓦斯抽采系统包括抽采钻孔以及安装于每个抽采钻孔处的抽采钻孔开关；
抽采钻孔开关采用电磁控制抽采钻孔开关；
矿井瓦斯抽采调控系统包括通过线路与各个抽采钻孔开关相连的第二监控计算机；第二监控计算机，被配置为用于控制抽采钻孔开关的开关状态以及开度大小。
本发明的目的之二在于提出一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法，以保证矿井瓦斯区域利用基站的高效运行，实现对矿井瓦斯抽采系统的实时互馈调节。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法，基于上述区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，该互馈管控方法包括如下步骤：
I.利用矿井瓦斯区域抽采调控基站实时监测矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量
Figure GDA0002950426450000031
以及区域瓦斯浓度C区域基站；
II.判断矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量
Figure GDA0002950426450000032
与矿井瓦斯区域利用基站处于高效运行状态下纯流量参数
Figure GDA0002950426450000033
之间的大小关系：
若
Figure GDA0002950426450000034
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以增加抽采钻孔的开启数量；
若
Figure GDA0002950426450000035
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以减小抽采钻孔的开启数量；
III.判断矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度C区域基站与矿井瓦斯区域利用基站处于高效运行状态下浓度参数
Figure GDA0002950426450000036
之间的大小关系：
若
Figure GDA0002950426450000037
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以减小抽采钻孔的负压；
当
Figure GDA0002950426450000038
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以增加抽采钻孔的负压。
本发明具有如下优点：
如上所述，本发明述及了一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统及方法。首先，本发明通过建立矿井瓦斯区域利用基站，能够将邻近矿井抽采的瓦斯进行汇集并统一利用，相较小型的单一矿井瓦斯利用终端，大型区域利用基站运行效率较高，且可以混合多个邻近矿井的抽采瓦斯；其次，能够以大型区域利用基站的高效运行为目标，调控各个矿井的瓦斯抽采钻孔的开关与抽采钻孔的负压，有效减少了瓦斯抽采浓度与抽采纯流量的波动，同时实现了整个区域内矿井瓦斯的高效利用，因而具有极高的经济推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1中矿井瓦斯区域抽采调控基站的结构示意图。
图3为本发明实施例1中矿井瓦斯抽采调控系统的结构示意图。
图4为本发明实施例2中区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统的流程框图。
图5为传统的以单一矿井为终端的瓦斯抽采与利用模式示意图。
其中，1-矿井瓦斯抽采系统，2-小型矿井瓦斯利用设施，3-矿井瓦斯区域利用基站，4-矿井瓦斯实体输送管网，5-矿井瓦斯区域抽采调控基站；
6-矿井瓦斯抽采调控系统，7-区域抽采调控线路，8-第一监控计算机，9-瓦斯浓度传感器，10-瓦斯流量传感器，11-第二监控计算机，12-抽采钻孔开关。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
如图1所示，本发明实施例1述及了一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，其包括区域气网以及矿井瓦斯抽采互馈管控系统。
其中，区域气网的作用在于连通各个邻近的处于同一矿区或不同矿区的矿井抽采瓦斯，并将各个矿井抽采瓦斯统一汇聚到矿井瓦斯大型区域利用基站，以提高煤矿瓦斯利用率。
具体的，区域气网包括矿井瓦斯区域利用基站3以及至少两个矿井瓦斯抽采系统1，各个矿井瓦斯抽采系统1位于同一矿区或不同矿区且相互邻近。
当然这些矿井瓦斯抽采系统1还可以同时存在于同一矿区和不同矿区且相互邻近。各个矿井瓦斯抽采系统1分别通过矿井瓦斯实体输送管网4连接至矿井瓦斯区域利用基站3。
矿井瓦斯抽采系统1已经广泛应用于各个矿井的瓦斯抽采工作。
各个矿井瓦斯抽采系统1抽采的矿井瓦斯，分别通过一条矿井瓦斯实体输送管网4输送到矿井瓦斯区域利用基站3，最后在该基站内进行汇聚，形成混合瓦斯。
矿井瓦斯抽采互馈管控系统包括矿井瓦斯区域抽采调控基站5以及矿井瓦斯抽采调控系统6，其中，矿井瓦斯抽采调控系统6与矿井瓦斯抽采系统1的数量相同。
矿井瓦斯区域抽采调控基站5位于矿井瓦斯区域利用基站3处，用于实时监测矿井瓦斯区域利用基站3的区域瓦斯浓度以及瓦斯纯流量。
其中，此处的区域瓦斯浓度为混合后的煤矿瓦斯浓度。
如图2所示，矿井瓦斯区域抽采调控基站5包括第一监控计算机8以及通过线路分别与第一监控计算机相连的瓦斯浓度传感器9以及瓦斯流量传感器10。
瓦斯浓度传感器9用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站3内的区域瓦斯浓度C区域基站；瓦斯流量传感器10用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站3内的混合瓦斯流量。
矿井瓦斯区域利用基站3的瓦斯纯流量
Figure GDA0002950426450000041
每个矿井瓦斯抽采调控系统6分别位于一个矿井瓦斯抽采系统1处，用于调节矿井瓦斯抽采系统1的抽采钻孔的开关状态以及抽采钻孔的负压。
其中，抽采钻孔在现有矿井瓦斯抽采中广泛应用，在每个抽采钻孔处都安装有抽采钻孔开关，要想控制抽采钻孔的开关状态，只需要打开或关闭抽采钻孔开关即可。
另外，在矿井地面设有用于向各个抽采钻孔提供负压的泵站，由于泵站的负压一定，因此只需要控制各个抽采钻孔开关的打开程度的大小即可，即开度大小。
本实施例中的抽采钻孔开关优选采用电磁控制的抽采钻孔开关，即可实现开、关状态的转化，又能够调节开度大小，从而调节抽采钻孔的负压。
如图3所示，矿井瓦斯抽采调控系统6包括通过第二监控计算机11，第二监控计算机11通过线路与该矿井瓦斯抽采系统1中各个抽采钻孔开关12相连。
第二监控计算机11用于控制抽采钻孔开关12的开关状态以及开度大小。
当抽采钻孔开关12打开时，则增加抽采钻孔的开启数量，当抽采钻孔开关12关闭时，则减少抽采钻孔的开启数量。同理，当抽采钻孔开关12的开度增大时，则增加抽采钻孔的负压，当抽采钻孔开关12的开度减小时，则降低抽采钻孔的负压。
各个矿井瓦斯抽采调控系统6(的第二监控计算机11)通过区域瓦斯抽采调控线路7与矿井瓦斯区域抽采调控基站3(的第一监控计算机8)相连。
在区域气网运行过程中，通过以上连接关系利于实现矿井瓦斯区域抽采调控基站5对各个矿井瓦斯抽采系统1的实时互馈调节，以保证矿井瓦斯区域利用基站3的高效运行。
对于矿井瓦斯区域利用基站3而言，要想保证它的高效运行状态，其高效运行状态下的区域瓦斯浓度
Figure GDA0002950426450000051
和纯流量
Figure GDA0002950426450000052
需要满足以下条件：
Figure GDA0002950426450000053
Figure GDA0002950426450000054
式中，
Figure GDA0002950426450000055
表示矿井瓦斯区域利用基站的高效运行状态；C区域基站表示矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度，
Figure GDA0002950426450000056
表示矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量。
n表示连接到矿井瓦斯区域利用基站的第n个矿井。
Figure GDA0002950426450000057
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采浓度数据；
Figure GDA0002950426450000058
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采纯流量数据。
上角标“混”表示抽采瓦斯混合流量，上角标“纯”表示抽采瓦斯纯流量。
实施例2
本实施例2述及了一种区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法，其基于上述实施例1中述及的区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统。
如图4所示，区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法，包括如下步骤：
I.利用矿井瓦斯区域抽采调控基站5实时监测矿井瓦斯区域利用基站3的区域瓦斯浓度C区域基站以及瓦斯纯流量
Figure GDA0002950426450000061
II.判断矿井瓦斯区域利用基站3的瓦斯纯流量
Figure GDA0002950426450000062
与矿井瓦斯区域利用基站3处于高效运行状态下的纯流量参数
Figure GDA0002950426450000063
之间的大小关系。
若
Figure GDA0002950426450000064
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站5(的第一监控计算机8)向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统6(的第二监控计算机11)发送指令，以增加抽采钻孔的开启数量。具体的，第二监控计算机11通过控制增加抽采钻孔开关12打开的数量实现。
此处的抽采钻孔属于已满足抽采达标要求但未开启全部抽采钻孔的矿井。
若
Figure GDA0002950426450000065
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站5(的第一监控计算机8)向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统6(的第二监控计算机11)发送指令，以减小抽采钻孔的开启数量。具体的，第二监控计算机11通过控制减少抽采钻孔开关12打开的数量实现。
此处的抽采钻孔属于即使减小钻孔数量也能满足抽采达标要求的矿井。
III.判断矿井瓦斯区域利用基站3的区域瓦斯浓度C区域基站与矿井瓦斯区域利用基站3处于高效运行状态下的浓度参数
Figure GDA0002950426450000066
之间的大小关系。
若
Figure GDA0002950426450000067
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站5(的第一监控计算机8)向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统6(的第二监控计算机11)发送指令，以减小抽采钻孔的负压。具体的，第二监控计算机11通过控制减小抽采钻孔开关12的开度实现。
此处的抽采钻孔属于即使减小抽采钻孔负压也能满足抽采达标要求的矿井。
当
Figure GDA0002950426450000068
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站5(的第一监控计算机8)向部分或全部矿井瓦斯抽采调控系统6(的第二监控计算机11)发送指令，以增加抽采钻孔的负压。具体的，第二监控计算机11通过控制增加抽采钻孔开关12的开度实现。
此处的抽采钻孔属于抽采钻孔的负压未开启到最大值的矿井。
本发明通过将多个矿井、矿区的瓦斯资源加以集约利用，并建立矿井瓦斯抽采互馈管控系统，对实现煤矿区瓦斯的整体高效利用与保障煤矿安全将具有非常重要的意义。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (4)

1.区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，其特征在于，包括：
区域气网以及矿井瓦斯抽采互馈管控系统；
区域气网包括矿井瓦斯区域利用基站以及至少两个矿井瓦斯抽采系统，各个所述矿井瓦斯抽采系统位于同一矿区和/或不同矿区且相互邻近；
所述矿井瓦斯抽采系统通过矿井瓦斯实体输送管网连接至矿井瓦斯区域利用基站；
矿井瓦斯抽采互馈管控系统包括矿井瓦斯区域抽采调控基站以及矿井瓦斯抽采调控系统，其中矿井瓦斯抽采调控系统的数量与矿井瓦斯抽采系统的数量相同；
矿井瓦斯区域抽采调控基站位于所述矿井瓦斯区域利用基站处，且被配置为用于实时监测所述矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度以及纯流量；
每个所述矿井瓦斯抽采调控系统分别位于一个矿井瓦斯抽采系统处，且被配置为用于调节所述矿井瓦斯抽采系统的抽采钻孔的开关状态以及抽采钻孔的负压；
矿井瓦斯抽采调控系统通过区域瓦斯抽采调控线路与矿井瓦斯区域抽采调控基站相连；
保证所述矿井瓦斯区域利用基站处于高效运行状态的区域瓦斯浓度
Figure FDA0002950426440000011
和纯流量
Figure FDA0002950426440000012
参数的计算公式如下：
Figure FDA0002950426440000013
Figure FDA0002950426440000014
式中，
Figure FDA0002950426440000015
表示矿井瓦斯区域利用基站的高效运行状态；C区域基站表示矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度，
Figure FDA0002950426440000016
表示矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量；
n表示连接到所述矿井瓦斯区域利用基站的第n个矿井；
Figure FDA0002950426440000017
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采浓度数据；
Figure FDA0002950426440000018
表示第n个矿井在上一自然年度中的瓦斯平均抽采纯流量数据；
上角标“混”表示抽采瓦斯混合流量，上角标“纯”表示抽采瓦斯纯流量。
2.根据权利要求1所述的区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，其特征在于，
所述矿井瓦斯区域抽采调控基站包括：
第一监控计算机、瓦斯浓度传感器以及瓦斯流量传感器；其中：
瓦斯浓度传感器，被配置为用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站内的区域瓦斯浓度；
瓦斯流量传感器，被配置为用于检测矿井瓦斯区域抽采调控基站内的混合瓦斯流量；
瓦斯浓度传感器和瓦斯流量传感器分别通过线路与第一监控计算机相连。
3.根据权利要求1所述的区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，其特征在于，
所述矿井瓦斯抽采系统包括抽采钻孔以及安装于每个抽采钻孔处的抽采钻孔开关；
所述抽采钻孔开关采用电磁控制的抽采钻孔开关；
所述矿井瓦斯抽采调控系统包括通过线路与各个所述抽采钻孔开关相连的第二监控计算机；第二监控计算机，被配置为用于控制所述抽采钻孔开关的开关状态以及开度大小。
4.区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法，基于如上述权利要求1至3任一项所述的区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控系统，其特征在于，
所述区域气网集约利用与矿井瓦斯抽采互馈管控方法包括如下步骤：
I.利用矿井瓦斯区域抽采调控基站实时监测矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量
Figure FDA0002950426440000021
以及区域瓦斯浓度C区域基站；
II.判断矿井瓦斯区域利用基站的瓦斯纯流量
Figure FDA0002950426440000022
与矿井瓦斯区域利用基站处于高效运行状态下纯流量参数
Figure FDA0002950426440000023
之间的大小关系：
若
Figure FDA0002950426440000024
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部所述矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以增加所述抽采钻孔的开启数量；
若
Figure FDA0002950426440000025
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部所述矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以减小所述抽采钻孔的开启数量；
III.判断矿井瓦斯区域利用基站的区域瓦斯浓度C区域基站与矿井瓦斯区域利用基站处于高效运行状态下浓度参数
Figure FDA0002950426440000026
之间的大小关系：
若
Figure FDA0002950426440000027
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部所述矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以减小所述抽采钻孔的负压；
当
Figure FDA0002950426440000028
时，则矿井瓦斯区域抽采调控基站向部分或全部所述矿井瓦斯抽采调控系统发送指令，以增加所述抽采钻孔的负压。
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