[發明專利]一種煤礦井下管網瓦斯抽采參數實時解算方法

在審

• 申請號: 202110033133.9
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112836350A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 夏同強;李子龍;高可;孫敦帥;崔昊杰;李小林;魏連江
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/12;G06F113/08
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

一種煤礦井下管網瓦斯抽采參數實時解算方法，首先根據瓦斯抽采系統的節點、管道和鉆孔布置建立系統節點的點位分布圖；然后基于氣體流動質量守恒定律、能量守恒方程建立管網瓦斯抽采參數解算模型；最后將管網傳感器實時監測數據、抽采區域煤體基礎數據和管網基礎參數代入管網瓦斯抽采參數解算模型中進行解算，實現其它節點處混合流量、流速、濃度、壓力、密度的解算數據。本發明通過采集有限測點的監測數據，能夠實時分析和計算整個管網的瓦斯抽采參數，不僅為瓦斯抽采動態評價和瓦斯災害預警提供充足的數據基礎，而且能夠有效減少監測系統的建設成本，提高瓦斯抽采的經濟性。

技術領域

本發明涉及一種煤礦井下瓦斯抽采管路抽采參數在線監測、實時解算和數據深度挖掘技術，具體是一種煤礦井下管網瓦斯抽采參數實時解算方法，屬于自動化和智能化瓦斯抽采技術領域。

背景技術

我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，約1/3的煤炭年產量來自于高瓦斯、突出礦井，瓦斯災害治理和資源化利用主要通過施工煤層鉆孔進行抽采，而瓦斯抽采系統是建設在煤層瓦斯和抽采管網之間的人工通道。2012年3月《煤礦瓦斯抽采達標評判細則》明確規定：瓦斯抽采礦井應當配備瓦斯抽采監控系統，實時監控管網瓦斯濃度、壓力或壓差、流量、溫度參數及設備的開停狀態等；2020年3月國家發展改革委等8部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》的通知：2021年建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦安全生產等方面的信息化傳輸、自動化運行技術體系，基本實現掘進工作面減人提效、綜采工作面內少人或無人操作；在瓦斯抽采過程中，瓦斯抽采的監測監控對瓦斯抽采動態評價和瓦斯災害預警有著極其重要的作用。然而，出于經濟性考慮，布置過多的傳感器會耗費過多的建設成本，有限的傳感器監測數據又不足以提供充足的數據來對瓦斯抽采進行動態評價和災害的預警。那么，如何利用有限測點的監測數據實時地解算出整個管網的抽采數據，已經成為當前急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種煤礦井下管網瓦斯抽采參數實時解算方法，通過采集有限測點的監測數據，能夠實時分析和解算整個管網的瓦斯抽采參數，不僅為瓦斯抽采動態評價和瓦斯災害預警提供充足的數據基礎，而且能夠有效減少監測系統的建設成本，提高瓦斯抽采的經濟性。

為了實現上述目的，本發明提供一種煤礦井下管網瓦斯抽采參數實時解算方法，包括以下步驟：

①根據瓦斯抽采系統的節點、管道和鉆孔布置建立系統節點的點位分布圖；

②基于氣體流動質量守恒定律、能量守恒方程建立管網瓦斯抽采參數解算模型；

③將管網傳感器實時監測數據、抽采區域煤體基礎數據和管網基礎參數代入管網瓦斯抽采參數解算模型中，實現其它節點處混合流量、流速、濃度、壓力、密度的解算數據。

作為本發明的進一步改進，步驟①具體為：依據瓦斯抽采系統的節點、管道和鉆孔布置對瓦斯抽采系統節點的點位進行布設，該節點的點位布置是按照管網瓦斯流向和分叉節點的原則形成的點位編號；將抽采泵所在地面作為基準面對每個點位進行標高標定以確定該節點點位的位置勢能。

作為本發明的進一步改進，將煤礦瓦斯抽采中所有的鉆場(孔)編為一個節點，瓦斯泵出口編為一個節點，所有的三通、四通變徑編為其它節點，測點布置在節點位置。

作為本發明的進一步改進，步驟②具體為：基于氣體流動質量守恒定律、能量守恒方程以及理想氣體狀態方程建立同一管網不同點位間的質量與能量的關聯性，根據瓦斯抽采管網各傳感器的實時監測數據、抽采區域系統基礎參數和管網瓦斯抽采參數解算模型建立聯立方程，從而實現由單測點監測數據解算管網流動方向任意點位的抽采參數；管網瓦斯抽采參數解算模型主要是利用氣體流動質量守恒定律、瓦斯氣體質量守恒、能量守恒方程、理想氣體狀態方程、摩爾質量計算方程建立的聯立方程，其進一步包括利用理想氣體狀態方程計算工質密度，利用流速面積法計算流速，利用混合氣體摩爾質量方程計算混合氣體摩爾質量。

步驟②中解算模型的建立方法如下：