CN114673549A - 一种打钻防喷自动化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种打钻防喷自动化控制系统及方法，系统包括除渣水箱、防喷箱、钻机、PLC智能控制柜、网络交换机和煤矿信息管控平台，在选定钻孔位置处设置孔口防喷装置，孔口防喷装置靠近孔口套管连接处设有经导线与PLC智能控制柜相连的压力传感器，在除渣水箱与瓦斯抽采主管路相连的入口管上设有经导线分别与PLC智能控制柜相连的电动闸阀，压力传感器和电动闸阀通过PLC智能控制柜信息传输，在瓦斯喷出时电动闸阀能够及时动作，快速排出喷出的瓦斯；事故记录再经网络交换机信息传输给煤矿信息管控平台。解决了现有的打钻防喷技术反应速度慢，易造成钻场瓦斯超限的问题。其操作简单方便，实用性强，成本低，能够快速、准确应对打钻喷孔等动力现象，减少事故损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种打钻防喷自动化控制系统及方法，具体涉及一种用于煤矿井下打钻过程中，减小打钻喷孔等动力现象危害的系统及方法。
背景技术
在突出煤层进行钻孔时，经常出现从钻孔中喷出煤和瓦斯的现象，即发生喷孔现象。喷孔会导致作业地点的瓦斯浓度长时间超限，并有引发爆炸的危险。喷出的煤渣容易伤人，喷出量大时，还可能掩埋采掘设备，堵塞巷道。并且长时间的瓦斯浓度超限，使得打钻效率低下，打钻时间长，极大地影响了工作的进度。因此，打钻喷孔现象严重威胁着人员的生命安全。
目前，为应对瓦斯喷孔，在孔口套管处设置报警设备。当瓦斯压力超标时，报警设备发出声响，钻机司机手动控制阀门，将其完全打开，使过量的瓦斯能及时从主管路排出。为防止司机操作出现失误，在瓦斯管路上安设了气囊作为缓冲，使整个系统更为复杂。因此设计一种更为简化、快速、准确的打钻喷孔控制系统是煤矿安全领域亟待解决的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服目前防喷措施需要人工操作的不及时性，提供一种反应快、易操作的打钻防喷自动化控制系统，从而提高矿井打钻过程中的安全性。
技术方案：本发明的一种打钻防喷自动化控制系统，包括除渣水箱、防喷箱、钻机、PLC智能控制柜、网络交换机和煤矿信息管控平台，在选定钻孔位置处设置孔口防喷装置，所述的孔口防喷装置包括的四通管和连接在的四通管前管口伸入煤岩层的孔口套管，所述四通管的后管口设有从四通管穿过孔口套管并进入煤岩层的钻杆，四通管的左管口连接有用于排出水和残渣的下排渣管，四通管的右管口连接有用于排放瓦斯的上抽气管；在四通管靠近孔口套管连接处设有经导线与PLC智能控制柜相连的压力传感器，在除渣水箱与瓦斯抽采主管路相连的入口管上设有经导线分别与PLC智能控制柜相连的电动闸阀，压力传感器和电动闸阀通过PLC智能控制柜信息传输，在瓦斯喷出时电动闸阀能够及时动作，快速排出喷出的瓦斯；事故记录再经网络交换机信息传输给煤矿信息管控平台。
所述的PLC智能控制柜为矿用隔爆兼本安型PLC智能控制柜。
根据上述一种打钻防喷自动化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a.在选定钻孔位置处打钻过程中，通过压力传感器实时监测打钻防喷装置内压力的变化；
b.当孔口防喷装置内压力急剧上升，短时间内压力增幅较大时，表明出现喷孔动力现象，压力传感器向PLC智能控制柜发送危险信号；
c.PLC智能控制柜收到危险信号后，向电动闸阀发送动作信号，控制电动闸阀完全打开，使瓦斯在经过孔口防喷装置的四通管右管口分流进入上抽气管，经除渣水箱后经连通管从抽采主管路排出，水和残渣在自身重力的作用下，通过孔口防喷装置的下排渣管流出；
d.同时PLC智能控制柜向网络交换机发送报警信息，网络交换机再将信息传到煤矿信息管控平台，进行报警信息的记录；
e.当压力传感器的数值降到90kPa以下，压力传感器向PLC控制箱发送安全信号，在PLC控制箱收到安全信号之后进一步向电动闸阀发送动作信号，使电动闸阀减小开口程度至正常工作状态，继续进行打孔作业；
f.打钻工作结束后，通过煤矿信息管控平台，确认发生喷孔事故的次数。
所述短时间内压力增幅较大时的短时间为0.1s，压力增幅为50kPa。
有益效果：本发明属于煤矿安全技术领域，将人工控制的阀门改换成电动闸阀，使用PLC控制箱进行控制，使用压力传感器判断孔口防喷装置处压力是否超限。通过使用压力传感器和矿用隔爆兼本安型PLC智能控制柜，加快了发生喷孔后实施处理措施的速度和准确性。通过在孔口设置感知系统，当发生钻孔喷孔等动力现象时，能及时感知并采取措施。整个感知系统包括孔口防喷装置、矿用隔爆兼本安型PLC智能控制柜、压力传感器和电动闸阀。在现场进行打钻时，若发生打钻喷孔等动力现象，会使孔口防喷装置的三通管内压力升高。当短时间内压力的增幅达到50kPa时，压力传感器会向PLC控制箱发送报警信号，从而PLC控制箱控制抽采管路上的电动闸阀完全打开，使瓦斯能够从主管路排出，避免因瓦斯的大量喷出而造成钻场瓦斯超限。同时，喷出的残渣和水可以通过下排渣管排至防喷箱。当压力传感器的数值降到正常后，压力传感器向PLC控制箱发送复位信号，使PLC控制箱控制电动闸阀复位，保证整个抽采系统的正常运行。此外PLC控制箱可与网络交换机相连，将数据传输到煤矿信息管控平台，从而实现数据的实时记录。该打钻防喷自动化控制系统，解决了现有的打钻防喷技术反应速度慢，易造成钻场瓦斯超限的问题。其操作简单方便，实用性强，省时省力，成本低，能够快速、准确应对打钻喷孔等动力现象，减少事故损失。一旦发生瓦斯喷出，压力传感器达到临界数值后，能够及时向PLC控制箱发送危险信号，及时打开电动闸阀，使瓦斯排至主管道，煤渣和水依靠自身重力排出，通过防喷箱收集。在瓦斯压力降到安全范围后，该系统能自动复位，保证抽采系统的正常运转。该系统结构简单，操作简便，使用效果好，对采掘工作无任何负面影响，在本技术领域内具有广泛的实用性
附图说明
图1是本发明的打钻防喷自动化控制系统示意图。
图2是本发明的打钻防喷自动化控制系统整体图。
图3是本发明的打钻防喷自动化控制方法流程图。
图中：1—孔口防喷装置；2—PLC智能控制柜；3—压力传感器；4—电动闸阀；5—防喷箱；6—网络交换机；7—煤矿信息管控平台；8—孔口套管；9—四通管；10—上抽气管；11—下排渣管；12—瓦斯抽采主管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的打钻防喷自动化控制系统，包括除渣水箱、防喷箱、钻机、PLC智能控制柜2、网络交换机6和煤矿信息管控平台7，在选定钻孔位置处设置孔口防喷装置1，所述的孔口防喷装置1包括的四通管9和连接在的四通管9前管口伸入煤岩层的孔口套管8，所述四通管9的后管口设有从四通管9穿过孔口套管8并进入煤岩层的钻杆，四通管9的左管口连接有用于排出水和残渣的下排渣管11，四通管9的右管口连接有用于排放瓦斯的上抽气管10；在四通管9靠近孔口套管8连接处设有经导线与PLC智能控制柜2相连的压力传感器3，所述的PLC智能控制柜2为矿用隔爆兼本安型PLC智能控制柜。在除渣水箱与瓦斯抽采主管路12相连的入口管上设有经导线分别与PLC智能控制柜2相连的电动闸阀4，压力传感器3和电动闸阀4通过PLC智能控制柜2信息传输，并借助PLC智能控制柜2控制完成分离瓦斯、水和残渣；事故记录再经网络交换机6信息传输给煤矿信息管控平台7。
本发明的打钻防喷自动化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a.在打钻前为钻机装上打钻防喷装置，并将压力传感器3与PLC控制箱2相连接；确认PLC控制箱2是否接入网络；在选定钻孔位置处打钻过程中，通过压力传感器3实时监测打钻防喷装置1内压力的变化；
b.在打钻过程中，压力传感器3监测孔口防喷装置1内压力的变化；若打钻时出现喷孔等动力现象，会造成孔口防喷装置1三通管内压力急剧上升，当孔口防喷装置1内压力急剧上升，短时间内压力增幅较大时，表明出现喷孔动力现象，压力传感器3向PLC智能控制柜2发送危险信号；所述短时间内压力增幅较大时的短时间为0.1s，压力增幅为50kPa。
c.PLC智能控制柜2收到危险信号后，向电动闸阀4发送动作信号，控制电动闸阀4完全打开，使瓦斯在经过孔口防喷装置1的四通管9右管口分流进入上抽气管10，经除渣水箱后经连通管从抽采主管路12排出，水和残渣在自身重力的作用下，通过孔口防喷装置1的下排渣管11流出；
d.同时PLC智能控制柜2向网络交换机6发送报警信息，网络交换机6再将信息传到煤矿信息管控平台7，进行报警信息的记录；
e.当压力传感器3的数值降到90kPa以下，压力传感器3向PLC控制箱2发送安全信号，在PLC控制箱2收到安全信号之后进一步向电动闸阀4发送动作信号，使电动闸阀4减小开口程度至正常工作状态，继续进行打孔作业；
f.打钻工作结束后，通过煤矿信息管控平台7，确认发生喷孔事故的次数。
Claims (4)
1.一种打钻防喷自动化控制系统，包括除渣水箱、防喷箱、钻机、PLC智能控制柜(2)、网络交换机(6)和煤矿信息管控平台(7)，其特征在于：在选定钻孔位置处设置孔口防喷装置(1)，所述的孔口防喷装置(1)包括的四通管(9)和连接在的四通管(9)前管口伸入煤岩层的孔口套管(8)，所述四通管(9)的后管口设有从四通管(9)穿过孔口套管(8)并进入煤岩层的钻杆，四通管(9)的左管口连接有用于排出水和残渣的下排渣管(11)，四通管(9)的右管口连接有用于排放瓦斯的上抽气管(10)；在四通管(9)靠近孔口套管(8)连接处设有经导线与PLC智能控制柜(2)相连的压力传感器(3)，在除渣水箱与瓦斯抽采主管路(12)相连的入口管上设有经导线分别与PLC智能控制柜(2)相连的电动闸阀(4)，压力传感器(3)和电动闸阀(4)通过PLC智能控制柜(2)信息传输，在瓦斯喷出时电动闸阀(4)能够及时动作，快速排出喷出的瓦斯；事故记录再经网络交换机(6)信息传输给煤矿信息管控平台(7)。
2.根据权利要求1所述的一种打钻防喷自动化控制系统，其特征在于：所述的PLC智能控制柜(2)为矿用隔爆兼本安型PLC智能控制柜。
3.根据权利要求1所述的一种打钻防喷自动化控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
a.在选定钻孔位置处打钻过程中，通过压力传感器(3)实时监测打钻防喷装置(1)内压力的变化；
b.当孔口防喷装置(1)内压力急剧上升，短时间内压力增幅较大时，表明出现喷孔动力现象，压力传感器(3)向PLC智能控制柜(2)发送危险信号；
c.PLC智能控制柜(2)收到危险信号后，向电动闸阀(4)发送动作信号，控制电动闸阀(4)完全打开，使瓦斯在经过孔口防喷装置(1)的四通管(9)右管口分流进入上抽气管(10)，经除渣水箱后经连通管从抽采主管路(12)排出，水和残渣在自身重力的作用下，通过孔口防喷装置(1)的下排渣管(11)流出；
d.同时PLC智能控制柜(2)向网络交换机(6)发送报警信息，网络交换机(6)再将信息传到煤矿信息管控平台(7)，进行报警信息的记录；
e.当压力传感器(3)的数值降到90kPa以下，压力传感器(3)向PLC控制箱(2)发送安全信号，在PLC控制箱(2)收到安全信号之后进一步向电动闸阀(4)发送动作信号，使电动闸阀(4)减小开口程度至正常工作状态，继续进行打孔作业；
f.打钻工作结束后，通过煤矿信息管控平台(7)，确认发生喷孔事故的次数。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述短时间内压力增幅较大时的短时间为0.1s，压力增幅为50kPa。
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