專利名稱：從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監測系統，具體來說是一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系 統。
背景技術：
煤與瓦斯突出時煤礦井下極為復雜的瓦斯動力現象，是井下嚴重自然災害之一。 在人為的采礦活動的干擾下，煤礦中原始應力平衡狀態被破壞，煤的物理力學性質(煤體 強度)由強變弱，而地應力(含自重應力、構造應力、支撐應力)和瓦斯壓力相對增強；在地 應力的作用下，煤層原始結構發生破壞、產生裂痕，形成大量的自由面，導致煤層中富含的 吸附瓦斯快速、大量解吸，轉變成游離瓦斯，形成巨大的瓦斯膨脹壓力，當這種能量聚集到 一定程度時，驅使破碎后的松軟煤炭突破抵抗線，瞬間從煤層中噴射出大量的瓦斯(達數 百萬立方米)和煤炭(達萬噸)，造成井下瓦斯動力現象。煤礦開采深度越深，煤與瓦斯突 出釋放的能量越大。煤層平巷掘進、上山掘進和石門揭煤時，容易發生煤與瓦斯突出，有的 礦井的回采工作面也會發生煤與瓦斯突出。煤與瓦斯突出是一個世界難題；據統計，目前世 界上大約有中國、法國、俄羅斯、波蘭、日本等18個國家和地區有煤與瓦斯突出發生。中國 式世界上發生煤與瓦斯突出現象最嚴重、危害性最大的國家之一，發生煤與瓦斯突出總次 數占世界各國突出次數的三分之一以上。對于煤與瓦斯突出的警示問題現有技術采用的系統主要由數據采集系統、數據傳 輸、實時數據的跟蹤分析中心、綜合預警組成。其中數據采集系統由超低頻礦壓動態傳感 器、瓦斯涌出量檢測單元構成。超低頻礦壓動態傳感器由微震信號傳導桿、超低頻微震信號 傳感元件、微震信號采集分析主機組成。工作時，微震信號傳導桿的一端插入煤層中，另外 一端安裝低頻微震信號傳感元件，低頻微震信號傳感元件將信號傳輸給微震信號采集分析 主機進行分析，得到煤層特性的變化，以此作為是否報警和是否調整作業方案的依據之一。這種系統的缺點在于1.由于采用的是將微震信號傳導桿插入煤層中的這種接觸式測量，必然會有較大 誤差，而且會對煤層造成一定的松動影響，導致潛在的作業不安定因素。2.由于以整個系統作為一個整體，涉及的部件過多，系統過于龐大，結構復雜，實 施成本高。3.由于井下缺乏數據和信息的獲得，從而不能即時全面的了解整個工作層面的情 況，導致出現一些不必要的工作失誤。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統， 能夠建立在炮后30分鐘噸煤瓦斯解析量指標的基礎上判斷煤層突出危險的可能性的同 時，采用非接觸式測量，結構簡單，實施成本低。本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于包含傳感器、報警器、控制系統、井下人員定位系統，所述傳感器包括甲 烷傳感器和風速傳感器；所述傳感器、報警器分別連接控制系統，所述控制系統與井下人員 定位系統的分站相連接。甲烷傳感器、風速傳感器將實時監測的數據經分站的傳輸線路傳 送給控制系統，控制系統根據給定的數學模型進行分析處理，并通過傳輸線路將甲烷傳感 器、風速傳感器的實時監測的數據以及分析處理結果送到地面的控制系統。當工作面有煤 與瓦斯突出危險時，發出報警。上述技術方案的有益效果有由于采用了非接觸式測量，使測量的精度更高，不會 對煤層造成影響，從而避免了一些潛在的不安全因素；由于所使用的部件大部分為井下作 業本來就需要的人員管理系統，所以使得系統制造的成本降低，并且結構更加簡單。進一步，考慮到井下缺乏信息的獲得以及對系統的控制，所述的分站設有與控制 系統連接的遙控器，所述的分站還設有能夠反映整個系統情況的顯示設備，這樣分站就能 及時的對整個系統的信息進行分析和控制。進一步，考慮到控制系統的層次問題，所述的控制系統包括一單片機和一處于地 面上的上位機，這樣就更好對控制系統進行了層次性的劃分以此來增強對整個系統的控 制。進一步，考慮到人員進行分析時會利用圖表，所述的從屬型煤與瓦斯突出實時預 警系統還包含一制圖打印機，隨時可以進行打印，讓分析人員能夠根據圖表進行判斷。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明附
圖1為本實用新型的示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，甲烷傳感器1和風速傳感器 2與單片機3連接，通過分站的遙控器4可以對單片機3進行參數設置，單片機3對數據進 行處理后得到分析結果，單片機輸出端6根據分析結果決定是否控制地下聲光報警器7報 警，數據處理的過程可以在分站的顯示設備5上顯示，通過傳輸線路8將數據的處理傳輸給 地面的PC機輸入端9，在地面上的顯示設備11中顯示出V3tl的情況，從而對V30數據進行 處理，另一顯示設備12用來顯示其它的實時數據，PC機的輸出端14根據分析后的數據來 控制地面聲光報警器15是否報警，制圖設備13和打印設備12可以根據PC機輸出端14的 傳輸的信息來進行制圖和打印表報。對于整個系統，除了甲烷傳感器1、風速傳感器2之外的其它部件都采用重慶安儀 廠的人員定位系統中的部件進行添加程序后得到，把煤與瓦斯突出的預警和人員定位結合 為一個系統。對于重慶安儀廠的人員定位系統為現有技術，這里就不再贅述了。系統工作原理如下煤與瓦斯突出是由地壓、瓦斯與煤的物理力學性質綜合作用的產物。利用它們之 間與風流中瓦斯濃度變化的相互關系(排除風速影響)，正確的判斷其發展趨勢，才能得出 符合實際的診斷預警效果。在發生突出前，工作面的地壓、實時瓦斯含量都會受采掘工作應力重新分布的影響而出現一系列的隨機變化，同時受地質條件的影響，煤層的物理力學性質也會出現一些 的變化，三者之間的變化時相互依存和影響的。由于受上述影響，在發生突出前就會出現有 聲或無聲預兆。有聲預兆有媒體霹靂聲、煤炮聲、悶雷聲等，無聲預兆包括支架受壓、掉渣、 煤壁外鼓、片幫、瓦斯濃度突然增大、瓦斯涌出忽大忽小及打鉆時出現噴孔、頂鉆夾鉆等現象。突出前最明顯的突出預兆是風流中瓦斯濃度的變化，如果能將其量化，就能成為 一個較好的突出預警(診斷)指標。風流中的瓦斯濃度受控于地壓(支撐壓力)、煤層實時瓦斯含量和煤的物理力學 性質。因此了解各種突出因素對風流種瓦斯濃度變化特征，就成為預警(診斷)的技術關 鍵。工作面的地壓活動會影響某一時段內的瓦斯涌出總量，煤層實時瓦斯含量的大小 以瞬間瓦斯涌出強度表現出來，瞬間最高瓦斯涌出量隨時間變化的衰減速度取決于煤的物 理力學性質。從風流中瓦斯濃度變化特征，分離出突出前地壓、瓦斯和煤的物理力學性質變 化趨勢，經量化后得出各因素的分指標，作為突出預警(診斷)的主要判斷依據。由于煤層 的賦存狀態不同，形成突出的主要動力也不完全一致，因而根據突出類型，對地壓、瓦斯和 煤的物理力學因素的分指標給予不同的權重，最后形成綜合判斷指標，并據此對工作面的 突出危險趨勢進行安全、威脅與危險三種狀態分類，以達到預警的目的。數據處理方法如下已暴露煤面的瓦斯涌出量的日衰減量與新暴露煤面的瓦斯涌出量基本持平，因為 煤壁的瓦斯涌出量是個常數。當每日掘進煤量基本不變、在煤層瓦斯含量無變化的條件下， 其落煤的瓦斯涌出總量基本上是個常數。新暴露工作面瓦斯涌出量會受工作面前方支撐壓 力的影響，其大小與地壓成反比的關系。因此工作面每日瓦斯涌出總量基本上受控與地壓， 可作為工作面地壓活動的一個相對指標。風速傳感器2測定巷道風流的平均風速，計算出巷道中單位時間的風量，風量與 瓦斯濃度(甲烷傳感器1測定的數據)相乘可以計算出巷道單位時間內瓦斯涌出量。根據甲烷傳感器1和風速傳感器2可以測出放炮后30分鐘內噸煤瓦斯涌出量(即 V30)，當其大于8m3/t時，煤層具有突出危險。巷道連續測定V3Q15次，取其平均值，當當天的V3tl比平均值大于或小于40%，表明 煤層出現異常，突出危險倍增，及時發出預警信號。測定V3tl時，瓦斯濃度隨時間的變化采用乘冪公式表示，乘冪值與煤的強度有關， 稱為塊度系數，當其少于0. 5時，煤層破壞類型增高。突出危險性增大應及時預警。日常監測數據經過整理后，采用日平均濃度，區間日平均濃度和當天最高瓦斯濃 度等三個指標。當最高濃度大于區間日平均濃度，表明煤層瓦斯含量出現異常應及時預警。系統采用單指標預警，預警的指標越多表明煤層突出危險性越大。系統預警級別分為二種，即安全與危險。當出現危險預警信號時，并不一定會立即 發生突出，但突出的幾率較大，應及時采取防范措施。地下聲光報警器7和地面聲光報警器15通過人員定位系統連接到每個工作人員 處進行報警。[0035] 以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本領域的技術人員 來說，在不脫離本實用新型結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本 實用新型的保護范圍，這些都不會影響本實用新型實施的效果和專利的實用性。
權利要求1.一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于包含傳感器、報警器、控制系 統、井下人員定位系統，所述傳感器包括甲烷傳感器和風速傳感器；所述傳感器、報警器分 別連接控制系統，所述控制系統與井下人員定位系統的分站相連接。
2.根據權利要求1所述的從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于所述的分 站設有與所述的控制系統連接的遙控器，所述的分站還設有顯示設備。
3.根據權利要求1或2所述的從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于所述 的控制系統包括一單片機和一處于地面上的上位機。
4.根據權利要求3所述的從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于還包括一 制圖打印機。
專利摘要本實用新型公開了一種從屬型煤與瓦斯突出實時預警系統，其特征在于包含傳感器、報警器、控制系統、井下人員定位系統，所述傳感器包括甲烷傳感器和風速傳感器；所述傳感器、報警器分別連接控制系統，所述控制系統與井下人員定位系統的分站相連接；系統能夠建立在炮后30分鐘噸煤瓦斯解析量指標的基礎上判斷煤層突出危險的可能性的同時，采用非接觸式測量，結構簡單，實施成本低。
文檔編號E21F17/18GK201786387SQ20102053901
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者何金籌, 華福民, 吳渝, 周業海, 杜穗金, 汪宇, 潘立, 蘇文叔 申請人:重慶安儀煤礦設備有限公司