井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统及其控制方法.pdf

井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统及其控制方法，属于煤矿瓦斯抽采系统智能调控。它包括调节系统和报警系统，调节系统由瓦斯浓度传感器、流量传感器、电动阀门、调节信号采集电路、单片机、继电器驱动电路和阀门驱动电路组成，其方法是通过依次从大到小调节电动阀门的开度，在满足瓦斯开采的最低浓度的要求下，从中找出纯流量的最大值，调节电动阀门到最大纯流量对应的开度，再隔一段时间自动复位清零，重新运行程序；报警系统由瓦斯浓度传感器、报警采集电路、单片机、液晶显示电路和蜂鸣器电路组成，其方法是瓦斯浓度传感器的报警信号通过单片机处理，蜂鸣器报警和液晶显示电路显示漏气地点。本发明实现了抽采智能控制并保持最佳抽采效果。

1.  一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制的系统，其特征在于：由调节系统和报警系统组成；所述调节系统包括瓦斯浓度传感器(1)、流量传感器（2）、电动阀门（3）、调节信号采集电路（23）、单片机（24）、继电器驱动电路（25）和阀门驱动电路（26），瓦斯浓度传感器(1)、流量传感器（2）、电动阀门（3）均安装在支管路（9）上，电动阀门（3）连接阀门驱动电路（26），阀门驱动电路（26）连接继电器驱动电路（25），继电器驱动电路（25）连接单片机（24），瓦斯浓度传感器(1)、流量传感器（2）连接继电器驱动电路（25）；
所述报警系统包括报警采集电路（27）、单片机（24）、蜂鸣器电路（28）、液晶显示电路（29）和安装在每个抽采管（7）上的抽采瓦斯浓度传感器（4），抽采瓦斯浓度传感器连接报警采集电路（27），报警采集电路（27）连接单片机（24），蜂鸣器电路（28）、液晶显示电路（29）均连接单片机（24）。

2.  根据权利要求1所述的一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统，其特征在于：所述支管路（9）连接主管路（11）和若干抽采单元（13）并设置在回采巷道（12）内，每个抽采单元（13）的钻孔（5）经设有阀门（6）的抽采管（7）连接到汇总管（8）并与支管路（9）连接；电动阀门（3）、瓦斯浓度传感器（1）和流量传感器（2）由回采巷道外端向里端依次安装在支管路（9）上。

3.  一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制方法，其特征在于包括下述内容：
先将电动阀门（3）完全打开，延迟10min,记录瓦斯浓度传感器（1）和流量传感器（2）的读数分别为C0和S0，令最大纯流量max的初值为C0*S0；
将电动阀门（3）的开度Ki下调5%，延迟10min，记录瓦斯浓度传感器（1）和流量传感器（2）的读数Ci和Si，在瓦斯浓度Ci大于瓦斯抽采最低浓度30%条件下，当纯流量Ci*Si大于max时,将Ci*Si赋给max和电动阀门（3）的开度Ki赋给Km,重复步骤b，直到电动阀门（3）的开度Ki小于最大开度的5%时,将电动阀门（3）的开度调到Km,延时10min；
c.当瓦斯浓度传感器（1）的读数小于瓦斯抽采最低浓度30%时，跳到步骤a，如果瓦斯浓度传感器（1）的读数仍小于瓦斯抽采最低浓度30%，则关闭电动阀门（3）。

4.  根据权利要求3所述的一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制方法，其特征在于：标记瓦斯浓度传感器Ti（4）的地点位置Li,当瓦斯浓度传感器Ti（4）的读数Ci低于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的16%时，蜂鸣器电路（28）进行报警，液晶显示电路（29）上显示报警的地点标志Li。

5.  根据权利要求3所述的一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制的方法，其特征在于：间隔10~20d，复位清零，重新运行程序。

井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统及控制方法，尤其适用于井下煤层巷道瓦斯抽采管路中瓦斯的纯流量的最佳调控和抽采钻孔漏气故障的判断。
背景技术
我国目前井下煤层巷道瓦斯抽采的管道浓度与负压的调节全靠人工控制，只凭借经验，没有任何具体理论与方法，且抽采钻孔都存在严重的封孔漏气和联孔漏气问题，漏气问题不能及时发现，耗时耗力。中国发明专利（申请号201010591680.0）公开了一种井下瓦斯抽采浓度自动调控预警的装置，该装置是利用安装在抽采管路上的电动阀门来调节抽采负压等于最佳抽采负压，达到调节瓦斯浓度的目的；中国发明专利（申请号201220210786.6）公开了一种煤矿抽采系统瓦斯智能控制装置，该装置利用瓦斯传感器和电动阀门来监测和控制瓦斯浓度。这些装置利用瓦斯传感器和电动阀门实现了抽采管道瓦斯浓度的自主调节和监测监控。但是这些装置对于瓦斯抽采调节只关注浓度，忽视流量，流量过小时导致抽采速度过慢，影响抽采周期，且报警系统不完善，不能解决漏气问题。
发明内容
本发明目的是克服已有技术中的上述不足之处，提供一种井下瓦斯抽采管路中瓦斯的纯流量的最佳调控和抽采钻孔漏气故障的判断的系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统，其特征在于：由调节系统和报警系统组成；所述调节系统包括瓦斯浓度传感器、流量传感器、电动阀门、调节信号采集电路、单片机、继电器驱动电路和阀门驱动电路，瓦斯浓度传感器、流量传感器、电动阀门均安装在支管路上，电动阀门连接阀门驱动电路，阀门驱动电路连接继电器驱动电路，继电器驱动电路连接单片机，瓦斯浓度传感器、流量传感器连接继电器驱动电路；
所述报警系统包括报警采集电路、单片机、蜂鸣器电路、液晶显示电路和安装在每个抽采管上的抽采瓦斯浓度传感器，抽采瓦斯浓度传感器连接报警采集电路，报警采集电路连接单片机，蜂鸣器电路、液晶显示电路均连接单片机。
所述的调节系统工作过程：所述支管路连接主管路和若干抽采单元并设置在回采巷道内，每个抽采单元的钻孔经设有阀门的抽采管连接到汇总管并与支管路连接；电动阀门、瓦斯浓度传感器和流量传感器由回采巷道外端向里端依次安装在支管路上。
所述的报警系统的工作过程：将在每10~15个抽采管的化成一个抽采单元，汇总管上安装，通过报警信号采集电路连接到单片机，单片机分别连接蜂鸣器电路和液晶显示电路。
一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制方法包括下述内容：
a.先将电动阀门完全打开，延迟10min,记录支管路的瓦斯浓度传感器和流量传感器的读数分别为C0和S0，令最大纯流量max的初值为C0*S0，i=0；
b.i=0且将电动阀门开度Ki下调5%，延迟10min，记录支管路的瓦斯浓度传感器和流量传感器的读数Ci和Si，在瓦斯浓度Ci大于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的30%条件下，当新的纯流量Ci*Si大于max时,将Ci*Si赋给max和电动阀门的开度Ki赋给Km,重复步骤b，直到电动阀门的开度Ki小于5%时,将电动阀门的开度调到Km,延时10min；
c.当支管路的瓦斯浓度传感器的读数小于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的30%，跳到步骤a，如果支管路的瓦斯浓度传感器的读数仍小于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的30%，则关闭电动阀门；
报警系统的控制方法是：标记汇总管的瓦斯浓度传感器Ti(i=1,2,3...n)的地点位置Li,当汇总管的瓦斯浓度传感器的读数Ci低于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的16%时，蜂鸣器电路进行报警，液晶显示电路上显示报警的地点标志Li；
每次间隔10~20d，复位清零，重新运行程序。
本发明的有益效果：
（1）对管道抽采纯流量进行科学的自动调控，解决了目前瓦斯浓度的人工调节和凭经验调控的问题，从瓦斯抽采系统的瓦斯浓度和流量与负压的匹配关系中找到了最大纯流量，极大地提高了瓦斯的抽采效果。
（2）在保持瓦斯浓度的可利用的条件下，提高了瓦斯的流量，缩短抽采周期。
（3）可以及时更新抽采的最大纯流量值，获得不同时间段的最大抽采效果，提高了抽采效率。
（4）对于管道漏气故障可迅速判断并报警，通过液晶显示电路显示故障地点，蜂鸣器报警，简易且准备性好，省时省力。
附图说明
图1为本发明井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统的原理图。
图2为本发明控制方法的流程图。
图中：1、瓦斯浓度传感器，2、流量传感器，3、电动阀门，4、瓦斯浓度传感器，5、钻孔，6、阀门，7、抽采管，8、汇总管，9、支管路，10、大巷，11、主管路，12、回采巷道，13、抽采单元；21、调节系统，22、报警系统，23、调节信号采集电路，24、单片机，25、继电器驱动电路，26、阀门驱动电路，27、报警采集电路，28、蜂鸣器电路，29、液晶显示电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实例作进一步说明：
如图1所示，一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制系统，由调节系统21和报警系统22组成；所述调节系统21由瓦斯浓度传感器1、流量传感器2、电动阀门3、调节信号采集电路23、单片机24、继电器驱动电路25和阀门驱动电路26组成。
瓦斯浓度传感器1、流量传感器2、电动阀门3均安装在支管路9上，电动阀门3连接阀门驱动电路26，阀门驱动电路26连接继电器驱动电路25，继电器驱动电路25连接单片机24，瓦斯浓度传感器1、流量传感器2连接继电器驱动电路25；瓦斯浓度传感器1、流量传感器2并联；
所述报警系统22由瓦斯浓度传感器4、报警采集电路27、单片机24、蜂鸣器电路28和液晶显示电路29组成。抽采瓦斯浓度传感器连接报警采集电路27，报警采集电路27连接单片机24，蜂鸣器电路28、液晶显示电路29均连接单片机24。
将每10~15个抽采管7组成一组抽采单元13，每组抽采单元13安装一个瓦斯浓度传感器4，回采巷道12内抽采单元13的各钻孔5经过抽采管7连接到汇总管8，抽采管7的管口处设有阀门6，方便发生漏气故障时能够关闭抽采管7；
各汇总管8经支管路9连接到大巷10的主管路11，设有汇总管8为了在汇总管上安装瓦斯浓度传感器4，来监测每组钻孔5的漏气情况。然后，在靠近主管路11的支管路9上由外向内依次安装电动阀门3、瓦斯浓度传感器1和流量传感器2，电动阀门3用来控制支管路9内的负压，瓦斯浓度传感器1和流量传感器2用来测量支管路9内的瓦斯浓度和流量，它们产生的信号通过调节信号采集电路23进行滤波、放大和模数信号转换处理后，连接到单片机24运行程序，单片机发出的信号通过继电器驱动电路23接通阀门驱动电路24，来对电动阀门3的开度进行控制。
每组抽采单元产生的瓦斯浓度信号通过报警信号采集电路27进行滤波、放大和模数信号转换处理后，连接到单片机24运行程序，如果发生漏气故障，蜂鸣器电路28响动进行报警，液晶显示电路29显示漏气的地点，人能够很快地找到漏气的地点，查出漏气的钻孔5，并关闭钻孔中抽采管7上的阀门。
 如图2所示，一种井下煤层巷道瓦斯抽采智能控制方法，包括下述内容：
（1）先将电动阀门3进行完全打开，延迟10min的滞后时间，使支管路9内的负压调整完全，记录此时的瓦斯浓度传感器1和流量传感器2的读数分别为C0和S0，并将最大纯流量max的初值为C0*S0，令一个变量i=0，用来区分不同电动阀门开度下的流量和浓度值。
（2）将i=i+1且电动阀门3的开度Ki下调5%，延迟10min，并记录瓦斯浓度传感器1和流量传感器2的读数Ci和Si，在瓦斯浓度Ci大于瓦斯抽采最低浓度30%条件下，当新的纯流量Ci*Si大于max时,将Ci*Si赋给max，电动阀门3的开度Ki赋给Km,重复步骤（2）直到电动阀门3的开度Ki小于5%时,则系统的最大纯流量寻找完毕，将电动阀门3的开度调到Km,延时10min，此时电动阀门3调到了最大纯流量所对应的开度值。
（3）当瓦斯浓度传感器1的读数小于瓦斯抽采最低浓度30%时，跳到程序的开头，为了在不满足抽采浓度要求下，再次从头运行程序，调节电动阀门寻找最大纯流量；如果瓦斯浓度传感器1的读数仍然小于瓦斯抽采最低浓度30%，说明抽采管路中瓦斯的浓度已经过低，不能满足瓦斯抽采的最低浓度要求，则需要停止抽采，关闭电动阀门3。
（4）标记每组抽采单元13的的地点位置Li,使每组瓦斯浓度传感器4的位置在报警系统22中能够显示出来，当瓦斯浓度传感器4的读数Ci低于瓦斯浓度达到瓦斯爆炸的最高浓度的16%，存在爆炸危险，同时钻孔5发生了漏气故障，大量空气进入管路导致瓦斯浓度过低，则蜂鸣器电路28进行报警，液晶显示电路29上显示报警的地点标志Li。
（5）间隔10~20d，复位清零，重新运行程序，来实现在不同时间阶段中瓦斯抽采的纯流量最大，达到更好的抽采效果。