CN112196602A - 基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，包括如下步骤：首先确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系，进而建立局部风机频率f_i与全风压混合风流瓦斯传感器

值、掘进面瓦斯浓度

值的关系，然后设定全风压混合流瓦斯安全浓度上限，建立局部风机自适应瓦斯排放定量关系模型，并设定自适应瓦斯排放条件和修正模型，实现根据掘进面瓦斯浓度

定量化自适应控制局部风机运行频率f_i，在保证全风压混合风流瓦斯浓度不超限的基础上最大效率的排放掘进面瓦斯。本发明的一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，能够准确有效地控制瓦斯的排放，瓦斯的排放耗时短、效率高。

Description

基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法

技术领域

本发明涉及矿井通风领域，具体涉及一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法。

背景技术

排放瓦斯是保证煤矿井下安全生产的必要手段，《煤矿安全规程》规定局部通风机因故停止运转，在恢复通风前，必须首先检查瓦斯，只有停风区中最高甲烷浓度不超过1.0％和最高二氧化碳浓度不超过1.5％，且局部通风机及其开关附近10m以内风流中的甲烷浓度都不超过0.5％时，方可人工开启局部通风机，恢复正常通风。停风区中甲烷浓度超过1.0％或者二氧化碳浓度超过1.5％，最高甲烷浓度和二氧化碳浓度不超过3.0％时，必须采取安全措施，控制风流排放瓦斯。停风区中甲烷浓度或者二氧化碳浓度超过3.0％时，必须制定安全排放瓦斯措施，报煤矿总工程师批准，而且在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的甲烷和二氧化碳浓度均不得超过1.5％。

而传统排放瓦斯的方法有扎风筒、遮挡局部通风机入口、断开风筒、接三通风筒等，这都需要复杂的人工进行操作，而且个人经验参与较多，一旦操作不当很容易引起“一风吹”排瓦斯的重大安全隐患。随着局部风机变频调速装置的应用，并配合瓦斯浓度传感器，虽然可以初步实现较为自动的掘进面瓦斯排放，但大多变频控制采用的是模糊控制理论来确定局部风机频率，变频控制模型还不够完善智能，整体瓦斯排放效率还是较低。

因此，为解决以上问题，需要一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，能够准确有效地控制瓦斯的排放，瓦斯的排放耗时短、效率高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，能够准确有效地控制瓦斯的排放，瓦斯的排放耗时短、效率高。

本发明的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，包括如下步骤：

S1.确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系；

S2.基于局部风机运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，建立局部风机自适应排瓦斯模型；

S3.根据局部风机自适应排瓦斯模型设定自适应瓦斯排放触发条件和修正模型，对掘进面瓦斯进行自适应排放。

进一步，确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系，具体包括：

S11.将风机的运行频率区间[0,f_max]划分为n等份，得到运行频率序列(f₁,...,f_i,...,f_n)，其中，f_max为风机的最大运行频率，f_n＝f_max；f_i为第i个运行频率，n取值为正整数；

S12.依次测量风机在运行频率序列的各运行频率下的出风量，得到出风量序列(Q₁,...,Q_i,...,Q_n)，其中，Q_i为运行频率f_i对应的出风量；

S13.对运行频率序列与出风量序列进行拟合得到运行频率与出风量的函数关系式f_i＝aQ_i+b，其中，a与b均为常数。

进一步，所述建立局部风机自适应排瓦斯模型，包括如下步骤：

S21.确定局部风机的运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，具体为：

局部风机出风量Q_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H关系为：

将局部风机出风量Q_i带入步骤S1确定的关系式f_i＝aQ_i+b中，得到局部风机的运行频率

其中，T_i ^W为第i次测量的全风压混合风流瓦斯浓度；Q₀为未开启风机时的全风压回风巷风量；T_i ^H为第i次测量的掘进面瓦斯浓度；i为序号，且取值为正整数；

S22.设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值，建立基于掘进面瓦斯浓度T_i ^H的自适应瓦斯排放模型，具体为：

设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值为γ以及设定全风压混合风流瓦斯浓度安全系数为λ，则全风压混合风流瓦斯浓度

应满足

将

带入

得到

则在全风压混合流瓦斯浓度安全系数为λ时，局部风机最大排放瓦斯的运行频率

其中λ≤1。

进一步，步骤S3具体包括：

S31.在自适应排放瓦斯过程中，以设定的时间t₁周期性地验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若满足，则局部风机以f_i的频率继续自适应排瓦斯，若不满足则进入步骤S32；

S32.将局部风机运行运行频率f_i降为f_i-1，其中，

k为频率调整公差系数；

S33.局部风机运行频率由f_i降为f_i-1后，以设定的时间t₁周期性地验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若是，局部风机以f_i-1的频率继续自适应排瓦斯，若否，重复步骤S32。

进一步，步骤S3中，所述自适应瓦斯排放触发条件为：掘进面瓦斯浓度

满足

时，自动进入自适应瓦斯排放状态；其中，δ以及θ分别为设定的瓦斯浓度下限值与上限值。

进一步，所述掘进面瓦斯浓度

为掘进面回风流处的掘进面回风流瓦斯浓度值和掘进面混合流处的掘进面混合流瓦斯浓度值中的最大值。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，通过建立局部风机自适应瓦斯排放定量关系模型，并设定自适应瓦斯排放条件和修正模型，实现根据掘进面瓦斯浓度

定量化自适应控制局部风机运行频率f_i，在保证全风压混合风流瓦斯浓度不超限的基础上最大效率的排放掘进面瓦斯。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的掘进面局部风机变频自适应瓦斯排放设施布置平面图；

图3为本发明的实验得出局部风机频率与局部风机出风量关系的设施布置平面图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图1所示：

本发明的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，包括如下步骤：

S1.通过现场试验方法确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系。

S2.基于局部风机的运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，建立局部风机自适应排瓦斯模型。

S3.根据局部风机自适应排瓦斯模型设定自适应瓦斯排放触发条件和修正模型，对掘进面瓦斯进行自适应排放。

需要说明的是，本发明的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法也适用于对掘进面的二氧化碳、一氧化碳等其他有毒有害气体以及粉尘的排放处理。

如图3所示，本实施例中，确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系，具体包括：

S11.确定所使用风机的最大运行频率f_max，得到风机的运行频率区间为[0,f_max]，将风机的运行频率区间[0,f_max]划分为n等份，得到运行频率序列(f₁,...,f_i,...,f_n)，其中，f_max为风机的最大运行频率，f_n＝f_max；f_i为第i个运行频率，n取值为正整数，n至少大于10；

S12.在风机的出风口与风筒的入风口连接，所述风筒的出风口设置于掘进面混合流处，所述风筒的长度至少为所述风筒直径d的11倍；在所述风筒的风流出口段的某个合适的位置安装风筒风量监测装置，所述风筒风量监测装置包括风筒风量传感器。启动风机，并改变风机运行频率f_i，等风流稳定5分钟后，利用风筒风量传感器依次测量风机运行频率为f₁，f₂，f₃，…，f_i，…，f_n时的风机出风量Q₁，Q₂，Q₃，…，Q_i，…，Q_n值，进而得到出风量序列(Q₁,...,Q_i,...,Q_n)，其中，Q_i为运行频率f_i对应的第i个出风量；

S13.对运行频率序列与出风量序列进行拟合得到运行频率与出风量的函数关系式f_i＝aQ_i+b，其中，a与b均为常数。

如图2所示，本实施例中，所述建立局部风机自适应排瓦斯模型，包括如下步骤：

S21.确定局部风机的运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，具体为：

局部风机出风量Q_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H关系为：

将局部风机出风量Q_i带入步骤S1确定的关系式f_i＝aQ_i+b中，得到局部风机的运行频率

其中，T_i ^W为第i次测量的全风压混合风流瓦斯浓度，即设置于全风压混合风流处全风压混合流瓦斯传感器T₃的监测值；Q₀为未开启风机时的全风压回风巷风量；T_i ^H为第i次测量的掘进面瓦斯浓度最大值，即设置于掘进面回风流处的掘进面回风流瓦斯传感器T₂的监测值和设置于掘进面混合流处的掘进面混合流瓦斯传感器T₁的监测值中的最大值，i为序号，且取值为正整数。

S22.设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值，建立基于掘进面瓦斯浓度T_i ^H的自适应瓦斯排放模型，具体为：

设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值为γ，全风压混合风流瓦斯浓度安全系数为λ，则全风压混合风流瓦斯浓度

应满足

将

带入

得到

即在全风压混合流瓦斯浓度安全系数为λ时，局部风机最大排放瓦斯的运行频率

其中λ≤1；本实施例中，根据《煤矿安全规定》的γ取值为1.5％。

本实施例中，步骤S3具体包括：

S31.在自适应排放瓦斯过程中，以设定的时间t₁周期性验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若满足，则局部风机以f_i的频率继续自适应排瓦斯，若不满足则进步步骤S32；本实施例中，所述时间t₁为5秒。

S32.将局部风机运行运行频率f_i降为f_i-1，其中

本实施例中，所述k为0.05。

S33.局部风机运行频率由f_i降为f_i-1后，以设定的时间t₁周期性验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若是，局部风机以f_i-1的频率继续自适应排瓦斯，若否，重复步骤S32；本实施例中，所述时间t₁为5秒。

本实施例中，步骤S3中，所述自适应瓦斯排放触发条件为：若掘进面瓦斯浓度

满足

时，自动进入自适应瓦斯排放状态。

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，而不脱离本发明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 (6)

1.一种基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系；

S2.基于局部风机运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，建立局部风机自适应排瓦斯模型；

S3.根据局部风机自适应排瓦斯模型设定自适应瓦斯排放触发条件和修正模型，对掘进面瓦斯进行自适应排放。

2.根据权利要求1所述的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：确定局部风机运行频率f_i与出风量Q_i的关系，具体包括：

S11.将风机的运行频率区间[0,f_max]划分为n等份，得到运行频率序列(f₁,...,f_i,...,f_n)，其中，f_max为风机的最大运行频率，f_n＝f_max；f_i为第i个运行频率，n取值为正整数；

S12.依次测量风机在运行频率序列的各运行频率下的出风量，得到出风量序列(Q₁,...,Q_i,...,Q_n)，其中，Q_i为运行频率f_i对应的出风量；

S13.对运行频率序列与出风量序列进行拟合得到运行频率与出风量的函数关系式f_i＝aQ_i+b，其中，a与b均为常数。

3.根据权利要求1所述的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：所述建立局部风机自适应排瓦斯模型，包括如下步骤：

S21.确定局部风机的运行频率f_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H的关系，具体为：

局部风机出风量Q_i与全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W、掘进面瓦斯浓度T_i ^H关系为：

将局部风机出风量Q_i带入步骤S1确定的关系式f_i＝aQ_i+b中，得到局部风机的运行频率

其中，T_i ^W为第i次测量的全风压混合风流瓦斯浓度；Q₀为未开启风机时的全风压回风巷风量；T_i ^H为第i次测量的掘进面瓦斯浓度；i为序号，且取值为正整数；

S22.设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值，建立基于掘进面瓦斯浓度T_i ^H的自适应瓦斯排放模型，具体为：

设定全风压混合风流瓦斯浓度T_i ^W的上限值为γ以及设定全风压混合风流瓦斯浓度安全系数为λ，则全风压混合风流瓦斯浓度

应满足

将

带入

得到

则在全风压混合流瓦斯浓度安全系数为λ时，局部风机最大排放瓦斯的运行频率

其中λ≤1。

4.根据权利要求1所述的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：步骤S3具体包括：

S31.在自适应排放瓦斯过程中，以设定的时间t₁周期性地验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若满足，则局部风机以f_i的频率继续自适应排瓦斯，若不满足则进入步骤S32；

S32.将局部风机运行运行频率f_i降为f_i-1，其中，

k为频率调整公差系数；

S33.局部风机运行频率由f_i降为f_i-1后，以设定的时间t₁周期性地验证全风压混合风流瓦斯浓度

是否满足

若是，局部风机以f_i-1的频率继续自适应排瓦斯，若否，重复步骤S32。

5.根据权利要求1所述的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：步骤S3中，所述自适应瓦斯排放触发条件为：掘进面瓦斯浓度

满足

时，自动进入自适应瓦斯排放状态；其中，δ以及θ分别为设定的瓦斯浓度下限值与上限值。

6.根据权利要求1所述的基于监测数据的掘进面自适应瓦斯排放方法，其特征在于：所述掘进面瓦斯浓度

为掘进面回风流处的掘进面回风流瓦斯浓度值和掘进面混合流处的掘进面混合流瓦斯浓度值中的最大值。

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