CN111156048A - 智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统及方法，该系统包括工作面关键工序设备自动调控系统和工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；其中工作面关键工序设备自动调控系统由采煤机调控单元、放煤支架调控单元、运输机调控单元和通风设施调控单元组成；其中工作面多源瓦斯涌出动态预测系统分为基础参数录入模块、设备运行参数录入模块、瓦斯涌出预测及参数解算模块、参数解算结果输出模块。该系统对应的方法可根据系统采集的设备运行状态参数及回风流瓦斯涌出实测值进行工作面瓦斯涌出量预测，解算设备合理运行状态参数，保证工作面瓦斯涌出处于预期稳定状态。本发明可广泛应用于智能化采煤工作面瓦斯涌出控制和瓦斯防治工作。

Description

智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统及方法

技术领域

本发明属于矿井瓦斯防治领域，具体涉及一种智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统及方法。

背景技术

随着自动化和信息化技术的高速发展，越来越多的矿井实现了采煤的智能化，大幅减少了采煤工作面作业人员，减轻了人员劳动力，提升了工作效率，并在一定程度上减少了人员伤亡事故的发生。然而，目前大多智能化工作面的配套安全保障系统仍处于空缺或发展阶段，采煤的智能化虽然能减少人员损伤，但不能根本消除各类事故尤其是瓦斯事故隐患，事故发生后企业的经济损失和社会影响依然不可忽视，并且严重制约了智能化工作面的高效生产。

采煤工作面瓦斯涌出与诸多因素相关，其中起到关键影响作用的包括采煤速度、放煤速度、运煤时间、通风能力等因素。目前工作面瓦斯涌出的控制主要是根据瓦斯涌出实测值，人为依靠经验调节各主控因素参数值，缺乏主动预测、自主判别和自动调控措施，导致工作面瓦斯防治不能做到超前和主动，尤其对于智能化高效开采不利。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有智能化采煤工作面安全保障技术的不足，提供了一种智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统及方法，其基于工作面既有采煤、放煤、运输、通风等工序设备，建立工作面各关键工序设备自动调控系统，并与基于关键工序参数的工作面多源瓦斯涌出动态预测系统有机结合，实现工作面瓦斯涌出动态预测与各关键工序设备运行参数的联动调控，以保证智能化采煤工作面瓦斯涌出稳定在正常状态，保障工作面安全高效生产。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，包括工作面关键工序设备自动调控系统和工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；其中，

工作面关键工序设备自动调控系统，用于工作面采煤机、放煤支架、运输机、通风设施设备运行状态和参数的采集和调控；

工作面多源瓦斯涌出动态预测系统，用于根据工作面关键工序设备自动调控系统采集到的各设备运行状态参数，以及工作面回风流瓦斯涌出实测值，自动预测工作面瓦斯涌出量及变化趋势，并与预设瓦斯涌出临界值进行比对，自动解算各关键工序设备相应合理运行参数，反馈至工作面关键工序设备自动调控系统。

本发明进一步的改进在于，工作面关键工序设备自动调控系统包括采煤机调控单元、放煤支架调控单元、运输机调控单元和通风设施调控单元；其中，

采煤机调控单元用于采集和控制采煤机运行参数，包含采煤机运行参数采集模块和采煤机运行参数控制模块；其中，采煤机运行参数采集模块用于实时采集采煤机的割煤速度、运行位置、截深参数，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，采煤机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的采煤机合理运行参数进行调控；在调控过程中，采煤机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至采煤机运行参数控制模块，采煤机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至采煤机运行参数达到合理状态；

放煤支架调控单元用于采集和控制放煤支架运行参数，包含放煤支架运行参数采集模块和放煤支架运行参数控制模块；其中，放煤支架运行参数采集模块用于实时采集放煤支架的放煤速度、放煤位置、放煤宽度，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，放煤支架运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的放煤支架合理运行参数进行调控；在调控过程中，放煤支架运行参数采集模块将采集结果实时反馈至放煤支架运行参数控制模块，放煤支架运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至放煤支架运行参数达到合理状态；

运输机调控单元用于采集和控制运输机运行参数，包含运输机运行参数采集模块和运输机运行参数控制模块；其中，运输机运行参数采集模块用于实时采集运输机的运煤速度、运煤时间、运煤距离，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，运输机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的运输机合理运行参数进行调控；在调控过程中，运输机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至运输机运行参数控制模块，运输机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至运输机运行参数达到合理状态；

通风设施调控单元用于采集和控制通风设施运行参数，包含通风设施运行参数采集模块和通风设施运行参数控制模块；其中，通风设施运行参数采集模块用于实时采集通风设施的通风风量、通风风速、风道面积，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，通风设施运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的通风设施合理运行参数进行调控；在调控过程中，通风设施运行参数采集模块将采集结果实时反馈至通风设施运行参数控制模块，通风设施运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至通风设施运行参数达到合理状态。

本发明进一步的改进在于，工作面多源瓦斯涌出动态预测系统包括基础参数录入模块、设备运行参数录入模块、瓦斯涌出预测及参数解算模块、参数解算结果输出模块；其中，

基础参数录入模块用于煤层瓦斯含量、煤层厚度、采煤高度、放煤高度、采放比、回采率基础固定参数的录入；

设备运行参数录入模块用于割煤速度、运行位置、截深参数、放煤速度、放煤位置、放煤宽度、运煤速度、运煤时间、运煤距离、通风风量、通风风速、风道面积关键参数的自动录入；

瓦斯涌出预测及参数解算模块用于对录入的基础参数和运行参数进行解算，以及对工作面回风流瓦斯涌出实测值的趋势预测分析，综合得到瓦斯涌出预测值及合理设备运行参数；

参数解算结果输出模块用于输出合理设备运行参数至工作面关键工序设备自动调控系统。

智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障方法，该方法基于上述智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，包括如下步骤：

步骤1：首先通过工作面关键工序设备自动调控系统的各关键工序设备运行状态参数采集模块，自动采集工作面采煤机、放煤支架、运输机、通风设施设备运行状态和参数，并传送至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；

步骤2：工作面多源瓦斯涌出动态预测系统的瓦斯涌出预测及参数解算模块将接收到的关键工序设备运行状态参数进行解算，得到工作面瓦斯涌出量预测值并进行趋势分析，并对工作面回风流瓦斯涌出实测值进行趋势预测分析，综合上述预测结果与瓦斯涌出临界值进行比对，反馈出各关键工序设备合理运行参数值，并通过参数解算结果输出模块输出至工作面关键工序设备自动调控系统；

步骤3：工作面关键工序设备自动调控系统的各关键工序设备运行状态参数控制模块根据接收到的各关键工序设备合理运行参数值，对各关键工序设备运行参数进行调控；

步骤4：在调控过程中，智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统对各关键工序设备运行参数进行实时采集、解算和反馈，形成动态调控循环，以实现工作面瓦斯涌出的合理动态平衡。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，可实现工作面各关键工序设备运行状态参数的实时自动采集、工作面瓦斯涌出的动态预测、工作面各关键工序设备合理运行状态参数的自动解算、以及工作面各关键工序设备运行状态参数的动态调控，保证智能化工作面的安全高效生产。

本发明提供的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障方法，可根据影响工作面瓦斯涌出的各关键工序设备运行状态参数及回风流瓦斯涌出实测值，自动预测工作面瓦斯涌出量并解算各关键工序设备合理运行状态参数，并根据解算结果对各关键工序设备运行状态参数进行动态调控，实现工作面瓦斯涌出的动态平衡控制。

附图说明

图1是本发明智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统的整体架构示意图；

图2是本发明智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1和图2，本发明提供的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，包括工作面关键工序设备自动调控系统和工作面多源瓦斯涌出动态预测系统两大组成部分；其中工作面关键工序设备自动调控系统由采煤机调控单元、放煤支架调控单元、运输机调控单元和通风设施调控单元组成，各调控单元又分为状态参数采集模块和控制模块两个部分；其中工作面多源瓦斯涌出动态预测系统分为基础参数录入模块、设备运行参数录入模块、瓦斯涌出预测及参数解算模块、参数解算结果输出模块。

其中，工作面关键工序设备自动调控系统，用于工作面采煤机、放煤支架、运输机、通风设施设备运行状态和参数的采集和调控；工作面多源瓦斯涌出动态预测系统，用于根据工作面关键工序设备自动调控系统采集到的各设备运行状态参数，以及工作面回风流瓦斯涌出实测值，自动预测工作面瓦斯涌出量及变化趋势，并与预设瓦斯涌出临界值进行比对，自动解算各关键工序设备相应合理运行参数，反馈至工作面关键工序设备自动调控系统。

进一步，工作面关键工序设备自动调控系统包括采煤机调控单元、放煤支架调控单元、运输机调控单元和通风设施调控单元。

其中，采煤机调控单元用于采集和控制采煤机运行参数，包含采煤机运行参数采集模块和采煤机运行参数控制模块；其中，采煤机运行参数采集模块用于实时采集采煤机的割煤速度、运行位置、截深参数，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，采煤机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的采煤机合理运行参数进行调控；在调控过程中，采煤机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至采煤机运行参数控制模块，采煤机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至采煤机运行参数达到合理状态。

放煤支架调控单元用于采集和控制放煤支架运行参数，包含放煤支架运行参数采集模块和放煤支架运行参数控制模块；其中，放煤支架运行参数采集模块用于实时采集放煤支架的放煤速度、放煤位置、放煤宽度，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，放煤支架运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的放煤支架合理运行参数进行调控；在调控过程中，放煤支架运行参数采集模块将采集结果实时反馈至放煤支架运行参数控制模块，放煤支架运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至放煤支架运行参数达到合理状态。

运输机调控单元用于采集和控制运输机运行参数，包含运输机运行参数采集模块和运输机运行参数控制模块；其中，运输机运行参数采集模块用于实时采集运输机的运煤速度、运煤时间、运煤距离，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，运输机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的运输机合理运行参数进行调控；在调控过程中，运输机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至运输机运行参数控制模块，运输机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至运输机运行参数达到合理状态。

通风设施调控单元用于采集和控制通风设施运行参数，包含通风设施运行参数采集模块和通风设施运行参数控制模块；其中，通风设施运行参数采集模块用于实时采集通风设施的通风风量、通风风速、风道面积，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，通风设施运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的通风设施合理运行参数进行调控；在调控过程中，通风设施运行参数采集模块将采集结果实时反馈至通风设施运行参数控制模块，通风设施运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至通风设施运行参数达到合理状态。

进一步，工作面多源瓦斯涌出动态预测系统包括基础参数录入模块、设备运行参数录入模块、瓦斯涌出预测及参数解算模块、参数解算结果输出模块。

其中，基础参数录入模块用于煤层瓦斯含量、煤层厚度、采煤高度、放煤高度、采放比、回采率基础固定参数的录入。

设备运行参数录入模块用于割煤速度、运行位置、截深参数、放煤速度、放煤位置、放煤宽度、运煤速度、运煤时间、运煤距离、通风风量、通风风速、风道面积关键参数的自动录入。

瓦斯涌出预测及参数解算模块用于对录入的基础参数和运行参数进行解算，以及对工作面回风流瓦斯涌出实测值的趋势预测分析，综合得到瓦斯涌出预测值及合理设备运行参数。

参数解算结果输出模块用于输出合理设备运行参数至工作面关键工序设备自动调控系统。

本发明智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障方法，包括以下内容：

首先基于智能化工作面既有采煤、放煤、运输、通风等关键工序设备，布置智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，设定煤层瓦斯含量、煤层厚度、采煤高度、放煤高度、采放比、回采率等基础参数；实际生产过程中，工作面关键工序设备自动调控系统采集模块实时采集采煤机采煤速度、放煤支架放煤速度、运输机运输速度、通风设施通风风量等参数并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；工作面多源瓦斯涌出动态预测系统根据获取到的各状态参数值自动计算瓦斯涌出量预测值及其发展变化趋势，并对工作面回风流瓦斯涌出实测值进行趋势预测，将综合预测值与期望临界值不断比对，如系统判断瓦斯涌出量预测值即将达到临界值或有迅速增大的趋势，则自动根据临界值解算关键工序设备对应合理运行参数并反馈至工作面关键工序设备自动调控系统控制模块；工作面关键工序设备自动调控系统控制模块根据反馈参数自动调控各设备运行参数直至达到要求状态。智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统实际工作过程中，形成实时自动采集、解算、调控的循环回路，确保工作面瓦斯涌出稳定在预期状态。

Claims (4)

1.智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，其特征在于，包括工作面关键工序设备自动调控系统和工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；其中，

工作面关键工序设备自动调控系统，用于工作面采煤机、放煤支架、运输机、通风设施设备运行状态和参数的采集和调控；

工作面多源瓦斯涌出动态预测系统，用于根据工作面关键工序设备自动调控系统采集到的各设备运行状态参数，以及工作面回风流瓦斯涌出实测值，自动预测工作面瓦斯涌出量及变化趋势，并与预设瓦斯涌出临界值进行比对，自动解算各关键工序设备相应合理运行参数，反馈至工作面关键工序设备自动调控系统。

2.根据权利要求1所述的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，其特征在于，工作面关键工序设备自动调控系统包括采煤机调控单元、放煤支架调控单元、运输机调控单元和通风设施调控单元；其中，

采煤机调控单元用于采集和控制采煤机运行参数，包含采煤机运行参数采集模块和采煤机运行参数控制模块；其中，采煤机运行参数采集模块用于实时采集采煤机的割煤速度、运行位置、截深参数，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，采煤机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的采煤机合理运行参数进行调控；在调控过程中，采煤机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至采煤机运行参数控制模块，采煤机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至采煤机运行参数达到合理状态；

放煤支架调控单元用于采集和控制放煤支架运行参数，包含放煤支架运行参数采集模块和放煤支架运行参数控制模块；其中，放煤支架运行参数采集模块用于实时采集放煤支架的放煤速度、放煤位置、放煤宽度，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，放煤支架运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的放煤支架合理运行参数进行调控；在调控过程中，放煤支架运行参数采集模块将采集结果实时反馈至放煤支架运行参数控制模块，放煤支架运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至放煤支架运行参数达到合理状态；

运输机调控单元用于采集和控制运输机运行参数，包含运输机运行参数采集模块和运输机运行参数控制模块；其中，运输机运行参数采集模块用于实时采集运输机的运煤速度、运煤时间、运煤距离，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，运输机运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的运输机合理运行参数进行调控；在调控过程中，运输机运行参数采集模块将采集结果实时反馈至运输机运行参数控制模块，运输机运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至运输机运行参数达到合理状态；

通风设施调控单元用于采集和控制通风设施运行参数，包含通风设施运行参数采集模块和通风设施运行参数控制模块；其中，通风设施运行参数采集模块用于实时采集通风设施的通风风量、通风风速、风道面积，并传输至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统进行解算，通风设施运行参数控制模块用于根据工作面多源瓦斯涌出动态预测系统解算反馈得到的通风设施合理运行参数进行调控；在调控过程中，通风设施运行参数采集模块将采集结果实时反馈至通风设施运行参数控制模块，通风设施运行参数控制模块根据采集结果与合理参数进行不断比对调控，直至通风设施运行参数达到合理状态。

3.根据权利要求2所述的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，其特征在于，工作面多源瓦斯涌出动态预测系统包括基础参数录入模块、设备运行参数录入模块、瓦斯涌出预测及参数解算模块、参数解算结果输出模块；其中，

基础参数录入模块用于煤层瓦斯含量、煤层厚度、采煤高度、放煤高度、采放比、回采率基础固定参数的录入；

设备运行参数录入模块用于割煤速度、运行位置、截深参数、放煤速度、放煤位置、放煤宽度、运煤速度、运煤时间、运煤距离、通风风量、通风风速、风道面积关键参数的自动录入；

瓦斯涌出预测及参数解算模块用于对录入的基础参数和运行参数进行解算，以及对工作面回风流瓦斯涌出实测值的趋势预测分析，综合得到瓦斯涌出预测值及合理设备运行参数；

参数解算结果输出模块用于输出合理设备运行参数至工作面关键工序设备自动调控系统。

4.智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障方法，其特征在于，该方法基于权利要求3所述的智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统，包括如下步骤：

步骤1：首先通过工作面关键工序设备自动调控系统的各关键工序设备运行状态参数采集模块，自动采集工作面采煤机、放煤支架、运输机、通风设施设备运行状态和参数，并传送至工作面多源瓦斯涌出动态预测系统；

步骤2：工作面多源瓦斯涌出动态预测系统的瓦斯涌出预测及参数解算模块将接收到的关键工序设备运行状态参数进行解算，得到工作面瓦斯涌出量预测值并进行趋势分析，并对工作面回风流瓦斯涌出实测值进行趋势预测分析，综合上述预测结果与瓦斯涌出临界值进行比对，反馈出各关键工序设备合理运行参数值，并通过参数解算结果输出模块输出至工作面关键工序设备自动调控系统；

步骤3：工作面关键工序设备自动调控系统的各关键工序设备运行状态参数控制模块根据接收到的各关键工序设备合理运行参数值，对各关键工序设备运行参数进行调控；

步骤4：在调控过程中，智能化采煤工作面瓦斯预测与设备联动安全保障系统对各关键工序设备运行参数进行实时采集、解算和反馈，形成动态调控循环，以实现工作面瓦斯涌出的合理动态平衡。

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