CN201991524U - 煤矿区煤层气安全集输智能调控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤矿安全领域，公开了一种煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，能够对煤层气集输管网进行实时检测、故障报警，并可根据检测结果判断泄漏点并对泄漏点所在的管段进行密封，包括监控主机以及分布式设置于煤矿区煤层气集输管网中的多个监控分站，以及设置在煤层气集输管网的管路中的多组传感器和负压调节装置，每组传感器包括甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器，所述每个监控分站的数据采集接口与至少一组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器的监控数据输出接口电连接，监控分站的控制输出端口与该组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器对应的负压调节装置的控制输入端口电连接，监控分站还与监控主机的数据端口电连接。

Description

煤矿区煤层气安全集输智能调控系统

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全领域，特别涉及一种用于煤层气输送系统的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统。

背景技术

煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然气，它是优质的化工和能源原料

煤矿区抽采煤层气的浓度由其抽采方法工艺及抽采系统的集输管线的密封状态决定的，在具体的抽采条件下确定了其抽采方法及工艺后，抽采系统的集输管线的密封状态决定了其抽采浓度的高低。目前，煤矿区井下抽采的煤层气中，少数较好的抽采泵站浓度也仅为50％左右，有60％以上的泵站的抽采浓度低于30％。这一方面造成抽采系统能力的极大浪费，另一方面在泵站抽采浓度低于30％的这部分中，有很大部分的浓度还正好处于爆炸浓度范围，因而使得抽采、集输，乃至排空这部分煤层气过程中都存在很大的安全隐患。

为了达到较好的抽采效果，对于煤矿区煤层气抽采，不同的抽采 方法需要不同的抽采参数，而且同一种抽采方法不同时间其抽采参数也不一样。因此，对抽采系统的集输管线的状态进行实时在线检测，从而保障抽采效果是至关重要的。

因此，需要一种能够对整个煤矿井下抽采管网运行状态进行实时检测的系统，当抽采系统运行异常时，能够自动确定抽采管路发生异常的管段，并切断泄漏区域管路。此外，还能够根据检测数据，对煤层气抽采管网的主要工艺参数进行调节，优化抽采系统运行状态，实现煤矿区井下抽采煤层气的安全输送，提高抽采煤层气利用效率。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本实用新型公开了一种煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，能够对煤层气集输管网进行实时检测，并可根据检测结果判断泄漏点并对泄漏点所在的管段进行密封。

本实用新型的目的是这样实现的：煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，包括监控主机以及分布式设置于煤矿区煤层气集输管网中的多个监控分站，以及设置在煤层气集输管网的管路中的多组传感器和负压调节装置，每组传感器包括甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器，所述每个监控分站的数据采集接口与至少一组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器的监控数据输出接口电连接，监控分站的控制输出端口与该组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器对应的负压调节装置的控制输入端口电连接，监控分站还与监控主机的数据端口电连接。

进一步，每组传感器中还包括一个温度传感器，所述温度传感器 的监控数据输出接口与对应的监控分站的数据采集接口电连接。

进一步，所述负压调节装置包括设置于管路中的电动阀门和负压调节控制器，所述负压调节控制器的控制输入端口与监控分站的控制输出端口电连接，负压调节控制器的控制输出端口与电动阀门的控制输入端口电连接。

进一步，所述电动阀门为电动蝶阀。

进一步，所述煤矿区煤层气安全集输智能调控系统还包括声光报警器，所述声光报警器的控制输入端与监控主站或监控分站电的控制输出端电连接。

进一步，所述煤矿区煤层气安全集输智能调控系统还包括数据库服务器，所述数据库服务器与监控主机的数据端口电连接。

本实用新型的有益效果如下：

1、能够对煤层气集输管网进行实时监测，根据监测结果判识出煤层气输送管路发生故障的类型，并且能确定发生故障的管段，当管路发生泄漏或堵塞时系统发出声光报警，以便对故障管段执行相应操作；当管路发生断裂时，系统能通过负压调节装置对断裂管段前后端实行联动截断，保证煤矿区井下抽采煤层气的安全输送。

2、能够根据检测数据，对煤层气抽采管网的主要工艺参数进行调节，优化抽采系统运行状态，实现煤矿区井下抽采煤层气的安全输送，提高抽采煤层气利用效率。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将 结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1示出了煤矿区煤层气安全集输智能调控系统的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，包括煤矿区煤层气集输管网，还包括监控主机、数据库服务器、声光报警器、分布式设置于煤矿区煤层气集输管网中的多个监控分站以及设置于煤层气集输管网的管路中间隔设置的多组甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器、温度传感器和负压调节装置，所述每个监控分站的数据采集接口与至少一组甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器、温度传感器的监控数据输出接口电连接，监控分站的控制输出端口与该组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器对应的负压调节装置的控制输入端口电连接，监控分站还与监控主机的数据端口电连接。所述每个监控分站接收一组甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器、温度传感器采集的管路内的甲烷浓度、负压、流量和温度监控数据并传输给监控主机，监控主站根据各个监控分站发来的监控数据，分析判断出煤层气集输管网是否存在异常，当存在异常时，通过监控分站控制对应的负压调节装置将异常区域管路密闭，并控制声光报警器发出声光警报，所述声光报警器的控制输入端与监控主站或监控分站电的控制输出端电连接；所述监控主站还可根据各个监控分站发来的监控数据，分析判断煤层气集输管网的运行状态，通过监控分站实时控制负压调节装置调节管路中的负压。所述数据库服务器与监控主机的数据端口电连接，所述数据库服务器用于存储监控数据并提供查询。

所述负压调节装置包括设置于管路中的电动阀门和负压调节控制器，所述负压调节控制器的控制输入端口与监控分站的控制输出端口电连接，负压调节控制器的控制输出端口与电动阀门的控制输入端口电连接，所述负压调节控制器接收经监控分站转发的监控主机的控制信号，控制电动阀门的开合度以调节管路中的负压。优选的，电动阀门可以选用电动蝶阀。

监控主站判断煤层气集输管网是否存在异常的方法如下：

1)根据同一管路中相邻两组传感器获取的数据，获取这两组传感器之间的管路的压力指标K₁、流量指标K₂和浓度指标K₃；

其中，压力指标K₁＝((P₂-P₁)-ΔP)/ΔP；

其中，P₁为远泵端负压传感器测得的负压值；P₂为近泵端负压传感器测得的负压值；

$\mathrm{\ΔP}=0.089{(\frac{\mathrm{\Δ}}{d_0}+\frac{17\mathrm{v\π}{d}_0}{Q})}^{0.25}\·\frac{L}{d_0^5}\mathrm{\ρ}{Q}^2-\mathrm{\ρg}(z_1-z_2)+\mathrm{\ξ}\·\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2}\mathrm{\ρ}\frac{{Q_1}^2}{d_0^4};$

上式中，Q₁为远泵端流量传感器测得的气体流量；η_甲烷为远泵端浓度传感器测得的甲烷气体浓度；Δ为管道内壁绝对粗糙度；L为两点间管长；d₀为管内径；z₁为远泵端高程；z₂近远泵端高程；ξ为局部阻力损失系数；π为圆周率，g为重力加速度；

ρ＝1.295×(1-0.0058η_甲烷)；

上式中，ν_甲烷为标准状态下纯瓦斯的运动粘度；ν_空气为标准状态下空气的运动粘度；

流量指标 $K_2=\frac{Q_2-Q_1}{Q_1};$

上式中，Q₁为远泵流量传感器测得的气体流量；Q₂为近泵流量传感器测得的的气体流量；

浓度指标 $K_3=\frac{{\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2^{\′}}{{\mathrm{\η}}_1};$

上式中， 

为通过远泵端流量传感器和甲烷浓度传感器获得的纯瓦斯流量； 

为通过近泵端流量传感器和甲烷浓度传感器获得的纯瓦斯流量；

2)对于工作面支管段管路，若K₁＞ε₁，且K₂＞ε₂或K₃＞ε₃，则判定该段管路发生泄漏；若K₁＞ε₁，且K₂＜ε₂或K₃＜ε₃，则判定该段管路发生堵塞；

对于干管和主管段管路，若K₂＜ε₂或K₃＜ε₃，且K₁＞ε₁，则判定该段管路发生泄漏；

当判定管路发生泄漏时，若Q₂-Q₁＝0.5Q₁，且P₁小于阈值，则说明管路发生断裂，所述阈值为正常运行时远泵端负压传感器测得的负压值的50％。

以上所述仅为本实用新型的优选并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，包括煤矿区煤层气集输管网，其特征在于：还包括监控主机以及分布式设置于煤矿区煤层气集输管网中的多个监控分站，以及设置在煤层气集输管网的管路中的多组传感器和负压调节装置，每组传感器包括甲烷浓度传感器、负压传感器、流量传感器，所述每个监控分站的数据采集接口与至少一组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器的监控数据输出接口电连接，监控分站的控制输出端口与该组甲烷浓度传感器、负压传感器和流量传感器对应的负压调节装置的控制输入端口电连接，监控分站还与监控主机的数据端口电连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，其特征在于：每组传感器中还包括一个温度传感器，所述温度传感器的监控数据输出接口与对应的监控分站的数据采集接口电连接。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，其特征在于：所述负压调节装置包括设置于管路中的电动阀门和负压调节控制器，所述负压调节控制器的控制输入端口与监控分站的控制输出端口电连接，负压调节控制器的控制输出端口与电动阀门的控制输入端口电连接。

4.根据权利要求3所述的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，其特征在于：所述电动阀门为电动蝶阀。

5.根据权利要求4所述的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，其特征在于：所述煤矿区煤层气安全集输智能调控系统还包括声光报警器，所述声光报警器的控制输入端与监控主站或监控分站电的控制输出端电连接。

6.根据权利要求5所述的煤矿区煤层气安全集输智能调控系统，其特征在于：所述煤矿区煤层气安全集输智能调控系统还包括数据库服务器，所述数据库服务器与监控主机的数据端口电连接。

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