CN111859258B - 突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，属于瓦斯灾害防治技术领域，包括以下步骤：S1：获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间；S2：得到突出冲击波与突出高浓度瓦斯响应时间差Δti与距离xi的关系；S3：判识突出高浓度瓦斯逆流时刻。本发明基于时间差来快速准确判识突出发生后突出瓦斯逆流至其他采掘工作面的时刻，为突出应急响应提供指导。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯灾害防治技术领域，涉及一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法。
背景技术
煤与瓦斯突出灾害发生时，事故地点煤层会涌出大量瓦斯，沿进风路线或顺回风路线逆流至其他采掘空间，造成其他作业工作面人员伤亡。现有突出瓦斯涌出规律分析主要针对瓦斯涌出量级或涌出规模预测，无法对突出瓦斯逆流至其他采掘巷道的时间进行准确预测，因此无法实现有效、快速预警。利用突出冲击波阵面传播速度与瓦斯涌出速度差来快速判识高浓度瓦斯致灾时刻，对突出灾变时期通风网络智能调控及防止次生灾害的发生具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，包括以下步骤：
S1：获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间；
S2：得到突出冲击波与突出高浓度瓦斯响应时间差Δti与距离xi的关系；
S3：判识突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻。
进一步，步骤S1中，通过煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置开展实验获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间，所述突出动力效应模拟实验装置包括依次连接的动力系统、管道系统和除尘系统。
进一步，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：在研究矿井采掘工作面选取自然破碎的不同粒径煤样，将其直接装入压力容器；
S12：根据矿井实际情况按照几何比例关系布置管道系统；
S13：在管道系统每隔一段距离同时安装气体压力传感器及浓度传感器；
S14：根据矿井实测气体压力值进行实验充气吸附，开展实验，获得第i位置处的气体压力以及气体浓度随时间的变化关系曲线；
S15：利用实验测试得到的数据判识气体压力变化Tpi或气体浓度变化时刻Tci；
当气体压力连续在一定时间内的变化满足以下条件时，则认为tj时刻为i位置处气体压力的变化时刻Tpi；
式中，p(t)表示气体压力值，kPa；tj为任意时刻，s；n表示气体压力传感器采样频率；α为气体压力阈值；
当气体浓度满足以下条件时，则认为tj时刻为i位置处气体浓度的变化时刻Tci；
式中，c(t)表示气体浓度值，％；tj为任意时刻，s；m表示气体浓度传感器采样频率；β为气体浓度阈值。
进一步，步骤S2中所述突出冲击波与突出高浓度瓦斯响应时间差Δti与距离xi的关系为：
式中，Δti为i位置处突出冲击波阵面到达时间与瓦斯浓度快速变化起始时间的差值，s；a，b为拟合系数，xi为i位置距突出口的距离。
进一步，步骤S3具体包括：通过识别矿井某i地点风压传感器所测风压异常变化时刻twi或风压峰值Δpi来预测高浓度瓦斯到达该位置时刻tci：
tci＝twi-Δti
或
式中，tci为第i位置瓦斯浓度快速变化起始时刻；xi为第i位置距突出口的长度；Δpi为冲击波超压；k为空气压缩系数；Di为冲击波波阵面速度；c0为标准状态下声速。
本发明的有益效果在于：本发明基于时间差来快速准确判识突出发生后突出瓦斯逆流至其他采掘工作面的时刻，为突出应急响应提供指导。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法流程图；
图2为步骤1中所述实验测试得到的气体压力随时间变化曲线和气体浓度随时间变化曲线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明保护一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法利用申请号为201410260247.7的中国专利“煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置”开展试验获得突出冲击波与突出高浓度瓦斯响应时间差与距离的关系，基于时间差来快速准确判识突出发生后突出瓦斯逆流至其他采掘工作面的时刻，为突出应急响应提供指导。如图1所示，包括以下步骤：
1利用“煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置”开展试验获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间。
在研究矿井采掘工作面选取自然破碎不同粒径煤样，将其直接装入实验装置的压力容器；
根据矿井实际情况按照几何比例关系布置实验装置的管道系统；
在管道系统每隔1.5m位置同时安装气体压力传感器以及浓度传感器；
根据矿井实测气体压力值进行实验充气吸附，开展实验，获得第i位置处的气体压力以及气体浓度随时间的变化关系曲线，如图2所示。
S15：利用实验测试得到的数据判识气体压力变化Tpi或气体浓度变化时刻Tci。
当气体压力连续3s内的变化满足以下条件时，则认为tj时刻为i位置处气体压力的变化时刻Tpi。
式中，p(t)表示气体压力值，kPa；tj为任意时刻，s；n表示气体压力传感器采样频率；α为气体压力阈值，与实验初始气压以及i位置距突出口的距离有关，一般取值5kPa。
同理，当气体浓度满足以下条件时，则认为tj时刻为i位置处气体浓度的变化时刻Tci。
式中，c(t)表示气体浓度值，％；tj为任意时刻，s；m表示气体浓度传感器采样频率；β为气体浓度阈值，与实验初始气压以及i位置距突出口的距离有关，一般取值0.1％。
使用的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置，包括依次连接的动力系统、管道系统和除尘系统，所述动力系统包括用于充装模拟实验材料的压力容器，所述压力容器固定在地面且开有容器开口，所述压力容器上设有容器充气孔及可开闭的进煤口，所述动力系统还包括连接所述容器开口与所述管道系统的出口装置，所述出口装置内设有用于密封和受压时打开所述容器开口的泄爆机构，所述泄爆机构包括至少一个爆破片；所述管道系统包括管道组件和连接所述动力系统及所述管道组件入口的连接管，所述管道组件为由管道单元通过法兰连接组成的多分支结构，所述管道单元包括组成单个分支的直管、连接两个分支的第一连接管和连接三个分支的第二连接管，所述管道单元上设有观测孔和/或测试孔，所述观测孔安装用于观测粉煤堆积状态的观测组件，所述测试孔安装用于固定传感装置的测试组件；所述除尘系统包括从上往下依次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体，所述上部箱体开有净气出口，所述下部箱体设有用于与所述管道系统连接的管道接口及可开闭的清灰口，所述中部箱体内设有至少两个布袋除尘装置及用于驱动所述布袋除尘装置产生振动的振动装置；所述爆破片的数量为两个，所述出口装置位于两个所述爆破片之间的部位形成隔离室并且设有连通所述隔离室的隔离室充气孔；所述出口装置包括加厚接管及变径接管，所述加厚接管的一端与所述容器开口连接、另一端与所述变径接管的粗管部通过第一法兰进行连接，所述变径接管的细管部与所述连接管通过第二法兰进行连接，两个所述爆破片分别夹持在所述第一法兰的法兰盘和第二法兰的法兰盘之间，所述隔离室充气孔设置在所述变径接管上；所述压力容器为底部设有鞍式支座的卧式压力容器，还包括通过地脚螺栓固定在地面且与所述鞍式支座固定连接的底座，所述底座包括上平台和下平台，所述上平台和下平台之间设有用于调节两平台之间相对距离的调节螺杆；所述连接管包括与所述细管部连接的子管和与所述管道组件入口连接的母管，所述子管套入所述母管并且可沿所述母管的轴向运动，所述母管前端设有定位孔，定位件穿过所述定位孔对所述子管进行定位，所述子管后端设有用于安装密封圈的密封圈安装槽；所述管道单元还包括倾角调节管，所述倾角调节管的两端分别连接所述直管并且用于调节管道倾角或者方位角；所述第一连接管为直角弯管，所述第二连接管为三通管；所述管道单元均为方形管，所述测试孔设在所述管道单元的顶面，所述观测孔设在所述管道单元上与顶面相邻的侧面；所述观测孔的边沿四周加工出孔座Ⅰ，所述观测组件包括与所述孔座Ⅰ适配的孔盖Ⅰ及密封固定在所述孔座Ⅰ与孔盖Ⅰ之间的可视玻璃；所述测试孔的边沿四周加工出孔座Ⅱ，所述测试组件包括与所述孔座Ⅱ适配的孔盖Ⅱ及固定在所述孔盖Ⅱ上并伸入所述管道单元内的传感器；还包括用于支撑所述管道组件的组合支架，所述组合支架包括由∏形钢梁拼接而成的底架及连接在所述底架上的固定高度支架和活动高度支架，所述活动高度支架支撑相邻的具有不同高度的所述直管以适应所述直管由于倾角变化而引起的高度变化；所述布袋除尘装置包括圆筒型的固定架及套设在所述固定架上的滤袋，所述振动装置包括安装在所述中部箱体的上开口处的振动板及固定在所述振动板上的振动器，所述布袋除尘装置上部的开口处固定在所述振动板上；所述中部箱体内位于所述布袋除尘装置下方的位置设有用于将含尘气体均匀导入所述布袋除尘装置的风流均匀装置。
2通过步骤1可以得到突出冲击波与突出高浓度瓦斯响应时间差Δti与距离xi的关系：
式中，Δti为i位置处突出冲击波阵面到达时间与瓦斯浓度快速变化起始时间的差值，s；a，b为拟合系数，xi为i位置距突出口的距离，m。
3突出时巷道瓦斯异常变化时刻快速判识
根据专利“防止煤与瓦斯突出高浓度瓦斯逆流的应急响应系统及方法”，当预警服务器进入瓦斯逆流应急响应程序，并通过识别矿井某i地点风压传感器所测风压异常变化时刻twi或风压峰值Δpi来预测高浓度瓦斯到达该位置时刻tci。
tci＝twi-Δti
或
式中，tci为第i位置瓦斯浓度快速变化起始时刻，s；xi为第i位置距突出口长度，m；Δpi为冲击波超压，Pa；k为空气压缩系数；Di为冲击波波阵面速度，m/s；c0为标准状态下声速，取340m/s。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间；
S2：得到Δti与xi的关系，其中Δti为某i地点处突出冲击波阵面到达时间与瓦斯浓度快速变化起始时间的差值，xi为某i地点距突出口的距离；
S3：判识突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻；
步骤S1具体包括以下步骤：
S11：在研究矿井采掘工作面选取自然破碎的不同粒径煤样，将其直接装入压力容器；
S12：根据矿井实际情况按照几何比例关系布置管道系统；
S13：在管道系统每隔一段距离同时安装气体压力传感器及浓度传感器；
S14：根据矿井实测气体压力值进行实验充气吸附，开展实验，获得某i地点处的气体压力以及气体浓度随时间的变化关系曲线；
S15：利用实验测试得到的数据判识气体压力变化时刻Tpi或气体浓度变化时刻Tci；
当气体压力连续在一定时间内的变化满足以下条件时，则认为tj时刻为某i地点处气体压力变化时刻Tpi；
式中，p(t)表示气体压力值，kPa；tj为任意时刻，s；n表示气体压力传感器采样频率；α为气体压力阈值；
当气体浓度满足以下条件时，则认为tj时刻为某i地点处气体浓度的变化时刻Tci；
式中，c(t)表示气体浓度值，％；tj为任意时刻，s；m表示气体浓度传感器采样频率；β为气体浓度阈值。
2.根据权利要求1所述突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，其特征在于：步骤S1中，通过煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置开展实验获得矿井突出发生时巷道不同地点处突出冲击波及突出高浓度瓦斯涌出响应时间，所述突出动力效应模拟实验装置包括依次连接的动力系统、管道系统和除尘系统。
3.根据权利要求1所述突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，其特征在于：步骤S2中所述得到Δti与xi的关系为：
Δti＝Tci-Tpi＝axi b
式中，a，b为拟合系数。
4.根据权利要求1所述突出时巷道瓦斯浓度异常变化时刻快速判识方法，其特征在于：步骤S3具体包括：通过识别矿井某i地点风压传感器所测风压异常变化时刻twi或风压峰值Δpi来预测高浓度瓦斯到达某i地点时刻tci：
tci＝twi-Δti
或
式中，k为空气压缩系数；Di为冲击波波阵面速度；c0为标准状态下声速。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20230913 Address after: No.6 erlangkecheng Road, Jiulongpo District, Chongqing 400039 Applicant after: CHONGQING RESEARCH INSTITUTE CO., LTD. OF CHINA COAL TECHNOLOGY & ENGINEERING Group Applicant after: Chongqing University Address before: No.6 erlangkecheng Road, Jiulongpo District, Chongqing 400039 Applicant before: CHONGQING RESEARCH INSTITUTE CO., LTD. OF CHINA COAL TECHNOLOGY & ENGINEERING Group |
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| GR01 | Patent grant | ||
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