一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统及智能调控方法技术方案

一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，包括系统调控服务器，以及依次连接形成导气通路的气瓶、抽采模拟单元和可变负压抽采泵，可变负压抽采泵提供抽采负压以使气瓶内的气体介质经抽采模拟单元抽出，抽采模拟单元包括煤层透气模拟器件、抽采钻孔模拟器件、气流止阀、流量表、浓度表和电磁阀，煤层透气模拟器件和抽采钻孔模拟器件之间通过中间管路连接导通，煤层透气模拟器件通过输入管路延伸出透明玻璃罩并连接至气瓶，抽采钻孔模拟器件通过输出管路延伸出透明玻璃罩并连接至可变负压抽采泵，流量表和浓度表设置在输出管路上。本发明专利技术保障了瓦斯抽采过程中系统运行的高效性及安全性，减少人为控制，降低抽采成本，提高瓦斯抽采效率。提高瓦斯抽采效率。提高瓦斯抽采效率。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统及智能调控方法


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯抽采
，具体涉及一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统及智能调控方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源浅部开采逐渐枯竭，我国矿井逐渐进入深部开采阶段，这也伴随着地应力不断增大，低透气性的高瓦斯煤层也越来越多，瓦斯治理的难度也随之增加。瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出、实现瓦斯抽采达标、防止瓦斯积聚和超限，以及煤层气利用等最为经济有效的技术措施。现有的抽采系统在实际抽采过程中存在一定的弊端，通常需要人为井下监测调控，其过程复杂，工作量大，耗费时间长，测得的误差相对较大，导致调控效果不明显，即抽采效果与预期效果具有较大差距。由于井下瓦斯抽采人为调控实时性及智能性较差，导致瓦斯抽采效果差，抽采效率低。但由于目前瓦斯抽采智能调控机制仍未完全建立，瓦斯抽采调控更多依赖人工经验，抽采系统每一部分的工况变化都将对调控结果产生影响，调控后的实时数据与理想数据存在一定的偏差，无法实现抽采系统中工况参数之间的动态智能调控。因此，需要进一步研究瓦斯抽采智能调控模型，探究抽采系统中工况参数之间潜在关系，以构建物理调控模型，以提高瓦斯抽采的安全性和高效性。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统及智能调控方法，以实现寻求最优控制变量。且该系统解决了矿井瓦斯抽采人为调控无精度、反馈差、调控慢的问题，保障瓦斯抽采过程中系统运行的高效性及安全性，从而指导矿井瓦斯抽采，优化抽采系统，减少人为控制，降低抽采成本，提高瓦斯抽采效率，使矿井瓦斯抽采过程进一步实现了智能化、无人化。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其包括系统调控服务器，以及依次连接形成导气通路的气瓶、抽采模拟单元和可变负压抽采泵，所述可变负压抽采泵用于提供抽采负压以使所述气瓶内的气体介质经所述抽采模拟单元抽出，其中：
[0005]所述抽采模拟单元包括煤层透气模拟器件、抽采钻孔模拟器件、气流止阀、流量表、浓度表和电磁阀，所述煤层透气模拟器件和所述抽采钻孔模拟器件均设置在密封的透明玻璃罩内，所述煤层透气模拟器件和所述抽采钻孔模拟器件之间通过中间管路连接导通，所述煤层透气模拟器件通过输入管路延伸出所述透明玻璃罩并连接至所述气瓶，所述抽采钻孔模拟器件通过输出管路延伸出所述透明玻璃罩并连接至所述可变负压抽采泵，所述气流止阀和所述流量表设置在所述输入管路上，所述流量表和所述浓度表设置在所述输出管路上，所述煤层透气模拟器件用于模拟煤层的透气度，所述抽采钻孔模拟器件用于模拟煤层中的瓦斯抽采钻孔；
[0006]所述系统调控服务器与所述可变负压抽采泵、流量表、浓度表、电磁阀，以及设置
在所述抽采钻孔模拟器件上的漏气检测表信号连接。
[0007]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述抽采模拟单元为多个，多个所述抽采模拟单元呈并联结构连接在所述气瓶与所述可变负压抽采泵之间。
[0008]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述煤层透气模拟器件包括密封的第一透明塑料管，所述第一透明塑料管内填充有疏密度可调的第一煤粒，所述第一透明塑料管的一端与所述输出管路连通，所述第一透明塑料管的另一端与所述中间管路连通。
[0009]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述第一透明塑料管内设有间距可调的两片滤网，所述第一煤粒夹设在两片所述滤网之间，其中一片所述滤网连接有调节螺杆，所述调节螺杆用于调节两片所述滤网的间距，从而调节所述第一煤粒的疏密度以改变煤层透气模拟器件的透气性。
[0010]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述抽采钻孔模拟器件包括密闭的用于模拟煤层漏气圈的第二透明塑料管，所述第二透明塑料管中插接有抽采管，所述抽采管与所述第二透明塑料管之间填充有第二煤粒，所述抽采管从所述第二透明塑料管的一端延伸出并与所述输出管路连通，所述第二透明塑料管的另一端与所述中间管路连通，所述第二透明塑料管上开设有用于安装所述漏气检测表的漏气接口。
[0011]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述抽采钻孔模拟器件的钻孔漏风量满足以下计算公式：
[0012][0013]其中Q
L
为单位体积第二煤粒在单位时间内的漏风量，m3/(m3*d)；P
a
为大气压力，0.101MPa；P
n
为抽采绝对压力，MPa；R
L
为漏风阻力，MPa
11/7
*d。
[0014]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述第一煤粒和第二煤粒粒径均为6
‑
10mm。
[0015]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述气瓶中的气体介质为8～10Mpa的二氧化碳，所述气瓶开口处设置有减压阀；所述可变负压抽采泵提供的抽采负压的调节范围为0
‑
45Kpa。
[0016]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种采上述矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统的智能调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0017]S1、打开气瓶按预设压力释放气体介质，调节煤层透气模拟器件的透气性，等待各抽采参数值稳定，其中，抽采参数包括介质浓度、介质流量、钻孔漏气量、抽采负压及电磁阀开度，该介质浓度、介质流量和钻孔漏气量分别通过浓度表、流量表和漏气检测表测得，抽采负压和电磁阀开度由可变负压抽采泵和电磁阀反馈得到；
[0018]S2、梯度调节可变负压抽采泵，抽采负压变化范围为20
‑
45KPa，每次调节5kPa，记录不同抽采负压下的各抽采参数的变化值，分析抽采负压同抽采参数的两两之间的函数关系；
[0019]S3、根据介质浓度值的变化情况，结合MPC调控算法得到优化目标反馈调控可变负压抽采泵和电磁阀，直到对应抽采模拟单元流出的介质浓度动态趋近于最优目标为止；
[0020]S4、重复步骤S2和S3,找寻抽采负压与电磁阀开度同抽采参数的调控机制，得到最优调控方案。
[0021]本专利技术的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统及智能调控方法，采用上述技术方案，
可以达到如下有益效果：
[0022]1)本专利技术的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，通过依次连接形成导气通路的气瓶、抽采模拟单元和可变负压抽采泵组成抽采系统，由系统调控服务器进行智能调控，能真实的模拟井下瓦斯抽采的实际过程，而且结构简单，可视化操控，便于实验操作；
[0023]2)本专利技术的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，通过物理相似模拟了井下瓦斯抽采的实际过程，得到的试验规律与调控机制，可为日后井下瓦斯智能化提供了理论依据，极大的优化了瓦斯抽采系统，减少了工人对抽采过程中的控制，降低了抽采成本，提高了瓦斯抽采效率，切将瓦斯抽采不可调控转变为可调控，使瓦斯抽采过程进一步实现智能化、无人化管理；
[0024]3)本专利技术的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统的智能调控方法，研究抽采参量包括抽采负压、抽采浓度、抽采流量等变化关系构建调控模型，通过智能调节可变负压抽采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其特征在于，包括系统调控服务器，以及依次连接形成导气通路的气瓶、抽采模拟单元和可变负压抽采泵，所述可变负压抽采泵用于提供抽采负压以使所述气瓶内的气体介质经所述抽采模拟单元抽出，其中：所述抽采模拟单元包括煤层透气模拟器件、抽采钻孔模拟器件、气流止阀、流量表、浓度表和电磁阀，所述煤层透气模拟器件和所述抽采钻孔模拟器件均设置在密封的透明玻璃罩内，所述煤层透气模拟器件和所述抽采钻孔模拟器件之间通过中间管路连接导通，所述煤层透气模拟器件通过输入管路延伸出所述透明玻璃罩并连接至所述气瓶，所述抽采钻孔模拟器件通过输出管路延伸出所述透明玻璃罩并连接至所述可变负压抽采泵，所述气流止阀和所述流量表设置在所述输入管路上，所述流量表和所述浓度表设置在所述输出管路上，所述煤层透气模拟器件用于模拟煤层的透气度，所述抽采钻孔模拟器件用于模拟煤层中的瓦斯抽采钻孔；所述系统调控服务器与所述可变负压抽采泵、流量表、浓度表、电磁阀，以及设置在所述抽采钻孔模拟器件上的漏气检测表信号连接。2.根据权利要求1所述的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其特征在于，所述抽采模拟单元为多个，多个所述抽采模拟单元呈并联结构连接在所述气瓶与所述可变负压抽采泵之间。3.根据权利要求1所述的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其特征在于，所述煤层透气模拟器件包括密封的第一透明塑料管，所述第一透明塑料管内填充有疏密度可调的第一煤粒，所述第一透明塑料管的一端与所述输出管路连通，所述第一透明塑料管的另一端与所述中间管路连通。4.根据权利要求3所述的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其特征在于，所述第一透明塑料管内设有间距可调的两片滤网，所述第一煤粒夹设在两片所述滤网之间，其中一片所述滤网连接有调节螺杆，所述调节螺杆用于调节两片所述滤网的间距，从而调节所述第一煤粒的疏密度以改变煤层透气模拟器件的透气性。5.根据权利要求1所述的矿井瓦斯抽采智能调控模拟系统，其特征在于，所述抽采钻孔模拟器件包括密闭的用于模拟煤层漏气圈的第二透明塑料管，所述第二透明塑料管中插接有抽采管，所述抽采管与所述第二透明塑料管之间填充有第二煤粒，所述抽采管从所述第二透明塑料管的一端延伸出并与所述输...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爽，陈俊涛，贺绥男，李树刚，张天军，潘红宇，马莉，张磊，庞明坤，纪翔，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：