[發明專利]礦井熱動力災害救援過程中繼發性瓦斯爆炸判定方法

有效

• 申請號: 201611043088.0
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106703887B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 郭軍;鄭學召;文虎;金永飛;鄧軍;王亞超;劉文永;李亞清;費金彪;李海濤;張鐸
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;西安天河礦業科技有限責任公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G06F19/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.礦井熱動力災害救援過程中繼發性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、確定繼發性瓦斯爆炸位置：通過在礦井中多個關鍵位置處分別安裝區域監測節點(1)采集對應區域的溫度參數并將該區域的溫度參數實時傳輸至安裝在監控室內的控制計算機(3)，通過鍵盤輸入模塊(2)設置溫度參數閾值，采用控制計算機(3)標定達到溫度參數閾值的所述關鍵位置，預判繼發性瓦斯爆炸發生的位置；所述關鍵位置包括工作面進風巷道、工作面回風巷道、工作面中部、工作面回風隅角、主進風皮帶巷道、前一次礦井熱動力災害發生后高溫煙流波及區域和靠近帶電電器且異常瓦斯涌出波及區域；

區域監測節點(1)包括區域控制器(1-6)以及與所述區域控制器(1-6)相接的時鐘電路(1-5)和通信模塊(1-7)，區域控制器(1-6)的輸入端接有溫度傳感器(1-1)、風速傳感器(1-2)、氣體傳感器(1-8)、用于采集所監測區域的瓦斯濃度和瓦斯流量的瓦斯監測儀(1-3)以及用于采集所監測區域的氧氣濃度和氧氣流量的氧氣監測儀(1-4)；

步驟二、估計所監測區域發生繼發性瓦斯爆炸的時間，過程如下：

步驟201、獲取所監測區域的環境參數：通過風速傳感器(1-2)監測所監測區域的通風狀態，通過瓦斯監測儀(1-3)和氧氣監測儀(1-4)分別監測所監測區域的瓦斯含量和氧氣含量；

步驟202、判斷所監測區域是否為發生高濃度瓦斯爆炸的區域：通過區域控制器(1-6)設置監測參數變化時間閾值，根據步驟201中獲取的環境參數以及時鐘電路(1-5)記錄的環境參數變化時間，判斷災后所監測區域是否為高濃度瓦斯爆炸區域，當瓦斯監測儀(1-3)和氧氣監測儀(1-4)監測災后所監測區域瓦斯含量和氧氣含量達到瓦斯爆炸極限的時間小于所述監測參數變化時間閾值時，說明所監測區域為發生高濃度瓦斯爆炸區域，執行步驟203；否則，執行步驟204；

步驟203、高濃度瓦斯爆炸發生的時間估計，過程如下：

步驟2031、根據公式求解微分方程，可獲取高濃度瓦斯爆炸區域內氧氣濃度變化所經歷的時間t₁和甲烷濃度變化所經歷的時間t₂，其中，V為高濃度瓦斯爆炸區域體積，q₁為流入高濃度瓦斯爆炸區域內混合氣體的流量，q₂為流出高濃度瓦斯爆炸區域內混合氣體的流量，c₁為流入高濃度瓦斯爆炸區域內氧氣的濃度，c₂為流入高濃度瓦斯爆炸區域內甲烷的濃度，c₀₁為初始條件t₁＝0時，氧氣濃度的初始值，為氧氣濃度所要達到的目標值，c₀₂為初始條件t₂＝0時，甲烷濃度的初始值，為甲烷濃度所要達到的目標值；

步驟2032、根據公式計算災后高濃度瓦斯爆炸區域氧氣濃度變成12％所經歷的時間T₁、瓦斯濃度達到爆炸下限5％所經歷的時間T₂₁以及瓦斯濃度達到爆炸上限16％所經歷的時間T₂₂；

步驟2033、估計高濃度瓦斯爆炸發生的時間：當步驟2032中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T₁＞T₂₂時，高濃度瓦斯爆炸不發生；當步驟2032中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T₂₁≤T₁≤T₂₂時，高濃度瓦斯爆炸發生的時間t滿足：T₁+t₃≤t≤T₂₂+t₃，其中，t₃為達到瓦斯爆炸極限的氣體遇到火源的時間；當步驟2032中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T₁<T₂₁時，高濃度瓦斯爆炸發生的時間t滿足：T₂₁+t₃≤t≤T₂₂+t₃；

步驟204、低濃度瓦斯爆炸發生的時間估計，過程如下：

步驟2041、根據公式求解微分方程，可獲取低濃度瓦斯爆炸區域內氧氣濃度變化所經歷的時間t'₁和甲烷濃度變化所經歷的時間t'₂，其中，V'為低濃度瓦斯爆炸區域體積，q'₁為流入低濃度瓦斯爆炸區域內混合氣體的流量，q'₂為流出低濃度瓦斯爆炸區域內混合氣體的流量，c'₁為流入低濃度瓦斯爆炸區域內氧氣的濃度，c'₂為流入低濃度瓦斯爆炸區域內甲烷的濃度，c'₀₁為初始條件t'₁＝0時，氧氣濃度的初始值，c'₀₂為初始條件t'₂＝0時，甲烷濃度的初始值；

步驟2042、根據公式計算災后低濃度瓦斯爆炸區域氧氣濃度變成12％所經歷的時間T'₁、瓦斯濃度達到爆炸下限5％所經歷的時間T'₂₁以及瓦斯濃度達到爆炸上限16％所經歷的時間T'₂₂；

步驟2043、估計低濃度瓦斯爆炸發生的時間：當步驟2042中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T'₁＞T'₂₂時，低濃度瓦斯爆炸發生的時間t'滿足：T'₂₁+t'₃≤t'≤T'₂₂+t'₃；當步驟2042中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T'₂₁≤T'₁≤T'₂₂時，低濃度瓦斯爆炸發生的時間t'滿足：T'₂₁+t'₃≤t'≤T'₁+t'₃；當步驟2042中氧氣濃度變成12％所經歷的時間T'₁<T'₂₁時，低濃度瓦斯爆炸不發生，其中，t'₃為達到瓦斯爆炸極限的氣體遇到火源的時間；

步驟三、估計所監測區域發生繼發性瓦斯爆炸的概率：根據瓦斯爆炸事故樹分析法，瓦斯爆炸的概率P＝P₁×P₂×P₃，其中，P₁為災后所監測區域氣體濃度達到瓦斯爆炸極限的概率且P₁根據科瓦德爆炸三角形滿足：P₁＝P_1i，i＝1～4且P₁₁＝1＞P₁₃＞P₁₂＞P₁₄＝0，P₁₁為瓦斯濃度介于5％～16％之間且氧氣濃度大于12％時瓦斯爆炸極限的概率，P₁₂為瓦斯濃度介于5％～16％之間且氧氣濃度小于12％時瓦斯爆炸極限的概率，P₁₃為瓦斯濃度大于16％之間且氧氣濃度小于12％時瓦斯爆炸極限的概率，P₁₄為瓦斯濃度小于5％時瓦斯爆炸極限的概率，概率P₁₂和概率P₁₃均采用專家評分法估計概率值，P₂為災后所監測區域存在可以引起瓦斯爆炸火源的概率，P₃為災后所監測區域達到瓦斯爆炸極限的氣體與火源相遇的概率；

步驟四、繼發性瓦斯爆炸判定結果顯示及實時存儲：通過多個區域監測節點(1)同時監測井下所述關鍵位置發生繼發性瓦斯爆炸的時間及概率，并將對應位置處的判定結果實時傳輸至控制計算機(3)，通過顯示器(4)可實時查看判定結果，通過存儲器(5)實時保存判定結果。