[發明專利]礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成方法及分析預警系統

在審

• 申請號: 201810209968.3
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108412548A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 張慶華;趙旭生;鄒銀輝;梁軍;姚亞虎;羅廣;斯磊;趙吉玉;李明建;鄒云龍;馬國龍;覃木廣;寧小亮;王麒翔;談國文;刁勇;徐雪戰;蒲陽;張士嶺;唐韓英
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G06F17/50
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：在井下關鍵區域安裝井下監測設備，監測設備將獲取到的監測數據傳輸到地面監控中心；

S2：根據監測地點監測到的風速、風壓數據，代入建立的通風網絡動態解算模型，進行動態解算，獲取井下實時風量分配數據；

S3：根據監測地點監測到的瓦斯濃度數據，綜合井下實時風量分配，帶入巷道瓦斯分布計算模型中解算，獲得井下實時巷道瓦斯濃度分布，在地面監控中心顯示裝置上顯示巷道瓦斯濃度分布云圖；分析井下通風瓦斯系統中可能存在的安全隱患，給出報警。

2.根據權利要求1所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，所述步驟S2中所述的通風網絡動態解算模型通過以下步驟得到：

S21：假設巷道中的風流在巷道斷面內的性質是均勻的，即假設為一維流體流動；獲得礦井風網，選擇風阻較小的分支作為樹枝，選擇風阻較大的分支作為弦，構成風網最小樹；

S22：確立獨立網孔或回路數目，選擇獨立網孔或回路，擬定各分支初始風量，求解校正值ΔQ,其計算方程為:式中：n為網孔或回路中的分支數；R_i為各分支風阻，單位為N·s²/m⁸；Q_i為各分支風量，單位為m³/s，第一次迭代計算時為初始風量，憑經驗擬定；h_f為機械風壓；h_n為自然風壓；采用牛頓迭代法迭代計算，當滿足ΔQ小于0.0001時，計算結束，得到所有分支礦井巷道實時風量。

3.根據權利要求2所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，所述步驟S22中，在通風網絡動態解算模型通中，計算具有風速傳感器的巷道時，將其假定為固定風量巷道，巷道風量值Q＝60*VS，式中：V為監測風速，單位為：m/s；S為巷道斷面,單位為：m²；在風網中設定為余樹；計算具有風流壓力傳感器的巷道時，將其假定為固定風壓巷道，在風網中設定為普通分支。

4.根據權利要求1所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，所述步驟S3中所述的礦井巷道瓦斯分布計算模型，基于礦井通風網絡構成；計算模型基于質量守恒原理，即單位時間內節點流入瓦斯質量與流出瓦斯質量相等，得出單個節點流出瓦斯濃度計算公式：式中：Q'_i為單位時間內節點前驅節點流入風量，單位為m³；C_i為節點前驅節點瓦斯濃度，％；T為單位時間；k為該節點前驅節點數；經過迭代計算，得出網絡內所有節點流出瓦斯濃度，從而得出全礦井巷道瓦斯濃度。

5.根據權利要求1所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，將步驟S3中計算出的各巷道瓦斯濃度，通過設置濃度區間顏色在礦井示意圖上進行動態顯示。

6.根據權利要求1所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警方法，其特征在于，該預警類型包括：

1)巷道瓦斯濃度超限預警：巷道瓦斯濃度預警依據實時監測、解算的全礦井各分支巷道瓦斯濃度，當瓦斯濃度超過設置的報警濃度時進行報警；

2)巷道瓦斯燃燒、爆炸預警：利用生成的巷道瓦斯濃度分布云圖，結合有發火和爆炸危險性的關鍵巷道區域，對礦井瓦斯燃燒、爆炸進行災害報警，并基于風網計算災變后有害氣體影響的礦井區域范圍。

7.礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警系統，其特征在于，該系統包括：

井下監測設備，用于安裝在井下關鍵區域，采集井下關鍵區域的瓦斯、風速、風壓實時監控數據；

綜合監控設備，用于接收各點礦井監測設備獲取的實時監測數據，傳輸至地面監控中心；

地面監控中心，用于接收綜合監控設備傳輸的井下實時數據，通過對實時監控風量數據進行通風網絡動態解算獲取全礦井巷道通風量分配，基于此風量數據，代入實時監測的關鍵區域瓦斯數據進行瓦斯分布計算，得到全礦井巷道瓦斯分布后在顯示設備上顯示全礦井巷道瓦斯濃度分布云圖。

8.根據權利要求7所述的礦井巷道瓦斯分布動態云圖生成及分析預警系統，其特征在于，所述井下監測設備包括：風速傳感器、風流壓力傳感器和甲烷傳感器；所述井下關鍵區域包括：礦井及各采盤/區的各主要進回風巷道、采掘工作面、硐室；所述地面監控中心包括用于動態顯示各監測點的風量、風壓、瓦斯濃度變化及實時值的系統顯示裝置。