矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统及方法技术方案

本发明专利技术属于煤矿安全生产与管理技术领域，公开了一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，包括用于采集钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据的传感器、工业以太网模块、人机交互模块、数据服务器和实时监控系统，传感器安装在矿井下；传感器通过工业以太网模块与实时监控系统、数据服务器通信连接，人机交互模块与数据服务器通信连接；本发明专利技术还提供了上述矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统的方法。本发明专利技术用于对矿井瓦斯抽采系统进行实时监测和评价，耗费人力物力少，对矿井瓦斯可视化，动态化，智能化具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统及方法
本专利技术属于煤矿安全生产与管理
，具体涉及一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统及方法。
技术介绍
中国是世界上煤炭生产与消费的第一大国，同时也是世界上拥有煤矿数量最多，生产条件最为复杂，事故发生频率最高，伤亡损失最为严重的国家。在所有发生的事故中，煤矿瓦斯所造成的的事故占据了50％以上，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等事故造成了大量的人员伤亡。而抽采系统人工监测瓦斯方式落后，瓦斯监测系统不全面，瓦斯监测不到位，导致无法正确决策、预警，治理效果不够明确成为了造成瓦斯事故的一大原因。现有国内矿井中瓦斯监测系统，依赖人工监测瓦斯数据。部分瓦斯监测系统软件较落后，监测范围小，数据精度低，呈现效果差，监测结果可读性差，分析难度大，抽采效果显示不直观。现有的监测系统无法细致分析瓦斯抽采源头数据，不能反馈各抽采钻孔、管路、泵站内的瓦斯浓度、流量等信息，无法针对抽采系统进行预警、决策等辅助管理工作。因此设计一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，用于实现实时监测矿井瓦斯抽采过程，预警当前抽采效果，给出瓦斯抽采改进措施建议，对于减少瓦斯事故具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的，是要提供一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，以实现实时监测矿井瓦斯抽采过程，给出瓦斯抽采改进措施建议，减少瓦斯事故的发生；本专利技术的另一个目的，是要提供上述一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统的方法，耗费人力物力少，对矿井瓦斯可视化，动态化，智能化具有重要意义。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，包括用于采集钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据的传感器、工业以太网模块、人机交互模块、数据服务器和实时监控系统，传感器安装在矿井下；所述传感器通过工业以太网模块与实时监控系统、数据服务器通信连接，人机交互模块与数据服务器通信连接；所述数据服务器包括数据专用储存库和备用服务器，传感器将监测的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据存储在数据专用储存库中，数据专用储存库内还储存有瓦斯规范，并内置有用于判定抽采是否达标的判定单元，用于提出合理措施的建议措施库；所述实时监控系统内置钻孔固定参数统计表、管路固定参数统计表，根据接收的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据，生成钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表、记录每个钻孔在不同时间内的钻孔数据的钻孔历史数据表。作为限定，所述钻孔固定参数统计表中记录的钻孔参数包括钻孔序号、开孔位置、钻孔方位角、钻孔俯仰角、孔深、孔径；管路固定参数统计表记录的包括管路编号、管路位置、管径；钻孔实时监测参量表中记录的钻孔数据包括钻孔序号、开孔相对位置、瓦斯流量、瓦斯压力、瓦斯浓度、孔深；管路实时监测参量表中记录的管路数据包括管路编号、管路相对位置、长度、瓦斯压力、瓦斯浓度、瓦斯流量；泵站实时监测参量表中记录的泵站数据包括泵站型号、最大抽气量、极限真空度、电机功率、工作电压、外形尺寸。本专利技术还提供了上述矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统的方法，该方法包括以下步骤：S1、根据数据调查以及矿井的背景资料，绘制煤矿综合柱状图，并根据煤矿综合柱状图建立坐标系，得出煤矿各岩层坐标范围，生成矿井岩层地质图；S2、通过实地勘测调查煤矿，得到煤层倾角，矿井开采厚度，收集煤岩样品，开展煤岩物理力学实验，测定煤岩抗压强度数据，获得煤岩松散系数，确定回采工作面上方冒落带，裂隙带，弯曲下沉带的高度；根据回采工作面高度，将冒落带、裂隙带、弯曲下沉带在矿井岩层地质图中用不同颜色显示，得到三带可视化图；S3、根据工作面抽采设计方案选择钻孔布置方法，确定钻孔固定参数、管路固定参数、泵站固定参数，依据和抽采泵站的相对位置对钻孔、管路进行编号，并依据钻孔、管路与抽采泵站的相对位置标定钻孔的开孔位置、管路位置，最终生成抽采系统图，重新确定钻孔、管路、抽采泵站的位置；S4、设定比例系数a，500≤a≤1000，根据抽采系统图，按照矢量化的抽采系统可视化模型长度和抽采系统图的实际长度比例为1：a绘制，得到矢量化的抽采系统可视化模型；S5、根据采掘工程平面图，获得顺槽长度，切眼长度，建立回采工作面模型，并结合矿井岩层地质图生成回采工作面上覆岩层模型，确定矿井开采条件、岩层分布、回采工作面，根据矢量化的抽采系统可视化模型、回采工作面抽采设计方案、掘进工作面抽采设计方案分析并建立瓦斯抽采系统模型，将瓦斯抽采系统模型标记于所示三带可视化图中，实现抽采系统图，回采工作面及掘进工作面的三维可视；S6、通过传感器监测采集钻孔数据、管路数据、泵站数据，并将数据通过工业以太网模块传输到实时监控系统并存储在数据服务器中，实时监控系统通过查询钻孔固定参数统计表、管路固定参数统计表，生成钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表，获取最新的监测数据，并将钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表中的数据显示在步骤S4的矢量化的抽采系统可视化模型中；S7、实时监控系统将获取的钻孔数据、管路数据发送给数据服务器的判定单元，并通过判定单元中录入的判定规则判定抽采是否达标；S8、通过建议措施库，根据距离工作面开采时间、煤层之间的压力差、透气性系数，在建议措施库中的匹配措施对瓦斯抽采不达标的煤矿提出合理措施。作为限定，步骤S2中，步骤S2中，冒落带、裂隙带、弯曲下沉带区域在矿井岩层地质图中显示时，分别采用不同的颜色；冒落带、裂隙带高度的计算公式为：h2＝(1～3)h1；其中，h1为冒落带高度，单位m；h2为裂隙带高度，单位m；m为矿井开采厚度，单位m；k为煤岩松散系数；α为煤层倾角，单位°。作为第二种限定，步骤S5中，回采工作面模型的边界长度为L1＝X+20m，宽度L2＝Y+20m；其中，X为顺槽长度，Y为切眼长度。作为第三种限定，步骤S7中，判定抽采是否达标时，需根据煤层瓦斯达标率μ1，矿井瓦斯达标率μ2的值进行判定，且煤的可解析瓦斯量、矿井瓦斯抽采率以及煤层瓦斯抽采率需要同时满足应达到的指标。作为第四种限定，μ1，μ2的计算公式为：其中，η1为煤层瓦斯抽采率，％；η为规定最低煤层瓦斯抽采率，％；η2为矿井瓦斯抽采率，％；η3为规定最低矿井瓦斯抽采率，％；若μ1，μ2≥1，则判定结果为“达标”；若判定结果为“未达标”，则根据μ1，μ2的值进行进一步逐级判定；若0.6≤μ1，μ2＜1，则判定结果为“较为达标”；若0.3≤μ1，μ2＜0.6，则判定结果为“需整改”；若μ1，μ2＜0.3，则判定结果为“废弃”。作为第五种限定，煤的可解吸瓦斯量的计算公式为：Wj＝W-Wc；其中，Wj为煤的可解吸瓦斯量，m3/t；W为抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量，m3/t；Wc为煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，其特征在于，包括用于采集钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据的传感器、工业以太网模块、人机交互模块、数据服务器和实时监控系统，传感器安装在矿井下；/n所述传感器通过工业以太网模块与实时监控系统、数据服务器通信连接，人机交互模块与数据服务器通信连接；/n所述数据服务器包括数据专用储存库和备用服务器，传感器将监测的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据存储在数据专用储存库中，数据专用储存库内还储存有瓦斯规范，并内置有用于判定抽采是否达标的判定单元，用于提出合理措施的建议措施库；/n所述实时监控系统内置钻孔固定参数统计表、管路固定参数统计表，根据接收的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据，生成钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表、记录每个钻孔在不同时间内的钻孔数据的钻孔历史数据表。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，其特征在于，包括用于采集钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据的传感器、工业以太网模块、人机交互模块、数据服务器和实时监控系统，传感器安装在矿井下；
所述传感器通过工业以太网模块与实时监控系统、数据服务器通信连接，人机交互模块与数据服务器通信连接；
所述数据服务器包括数据专用储存库和备用服务器，传感器将监测的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据存储在数据专用储存库中，数据专用储存库内还储存有瓦斯规范，并内置有用于判定抽采是否达标的判定单元，用于提出合理措施的建议措施库；
所述实时监控系统内置钻孔固定参数统计表、管路固定参数统计表，根据接收的钻孔数据、管路数据、抽采泵站数据，生成钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表、记录每个钻孔在不同时间内的钻孔数据的钻孔历史数据表。


2.根据权利要求1所述的矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统，其特征在于，所述钻孔固定参数统计表中记录的钻孔固定参数包括钻孔序号、开孔位置、钻孔方位角、钻孔俯仰角、孔深、孔径；
管路固定参数统计表记录的管路固定参数包括管路编号、管路位置、管径；
钻孔实时监测参量表中记录的钻孔数据包括钻孔序号、开孔相对位置、瓦斯流量、瓦斯压力、瓦斯浓度、孔深；
管路实时监测参量表中记录的管路数据包括管路编号、管路相对位置、长度、瓦斯压力、瓦斯浓度、瓦斯流量；
泵站实时监测参量表中记录的抽采泵站数据包括泵站型号、最大抽气量、极限真空度、电机功率、工作电压、外形尺寸。


3.根据权利要求1-2中任意一项所述的矿井瓦斯抽采系统可视化实时监测评价系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、根据数据调查以及矿井的背景资料，绘制煤矿综合柱状图，并根据煤矿综合柱状图建立坐标系，得出煤矿各岩层坐标范围，生成矿井岩层地质图；
S2、通过实地勘测调查煤矿，得到煤层倾角，矿井开采厚度，收集煤岩样品，开展煤岩物理力学实验，测定煤岩抗压强度数据，获得煤岩松散系数，确定回采工作面上方冒落带，裂隙带，弯曲下沉带的高度；根据回采工作面高度，将冒落带、裂隙带、弯曲下沉带在矿井岩层地质图中用不同颜色显示，得到三带可视化图；
S3、根据工作面抽采设计方案选择钻孔布置方法，确定钻孔固定参数、管路固定参数、泵站固定参数，依据和抽采泵站的相对位置对钻孔、管路进行编号，并依据钻孔、管路与抽采泵站的相对位置标定钻孔的开孔位置、管路位置，最终生成抽采系统图，重新确定钻孔、管路、抽采泵站的位置；
S4、设定比例系数a，500≤a≤1000，根据抽采系统图，按照矢量化的抽采系统可视化模型长度和抽采系统图的实际长度比例为1：a绘制，得到矢量化的抽采系统可视化模型；
S5、根据采掘工程平面图，获得顺槽长度，切眼长度，建立回采工作面模型，并结合矿井岩层地质图生成回采工作面上覆岩层模型，确定矿井开采条件、岩层分布、回采工作面，根据矢量化的抽采系统可视化模型、回采工作面抽采设计方案、掘进工作面抽采设计方案分析并建立瓦斯抽采系统模型，将瓦斯抽采系统模型标记于所示三带可视化图中，实现抽采系统图，回采工作面及掘进工作面的三维可视；
S6、通过传感器监测采集钻孔数据、管路数据、泵站数据，并将数据通过工业以太网模块传输到实时监控系统并存储在数据服务器中，实时监控系统通过查询钻孔固定参数统计表、管路固定参数统计表，生成钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表，获取最新的监测数据，并将钻孔实时监测参量表、管路实时监测参量表、泵站实时监测参量表中的数据显示在步骤S4的矢量化的抽采系统可视化模型中；

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红宇，贺绥男，张天军，宋爽，张磊，王康，张秀锋，张志祥，张硕，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61