井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制系統及其控制方法與流程

本發明涉及一種井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制系統及控制方法，尤其適用于井下煤層巷道瓦斯抽采管路中瓦斯的純流量的最佳調控和抽采鉆孔漏氣故障的判斷。

背景技術：
我國目前井下煤層巷道瓦斯抽采的管道濃度與負壓的調節全靠人工控制，只憑借經驗，沒有任何具體理論與方法，且抽采鉆孔都存在嚴重的封孔漏氣和聯孔漏氣問題，漏氣問題不能及時發現，耗時耗力。中國發明專利（申請號201010591680.0）公開了一種井下瓦斯抽采濃度自動調控預警的裝置，該裝置是利用安裝在抽采管路上的電動閥門來調節抽采負壓等于最佳抽采負壓，達到調節瓦斯濃度的目的；中國發明專利（申請號201220210786.6）公開了一種煤礦抽采系統瓦斯智能控制裝置，該裝置利用瓦斯傳感器和電動閥門來監測和控制瓦斯濃度。這些裝置利用瓦斯傳感器和電動閥門實現了抽采管道瓦斯濃度的自主調節和監測監控。但是這些裝置對于瓦斯抽采調節只關注濃度，忽視流量，流量過小時導致抽采速度過慢，影響抽采周期，且報警系統不完善，不能解決漏氣問題。

技術實現要素：
本發明目的是克服已有技術中的上述不足之處，提供一種井下瓦斯抽采管路中瓦斯的純流量的最佳調控和抽采鉆孔漏氣故障的判斷的系統及方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制系統，其特征在于：由調節系統和報警系統組成；所述調節系統包括瓦斯濃度傳感器、流量傳感器、電動閥門、調節信號采集電路、單片機、繼電器驅動電路和閥門驅動電路，瓦斯濃度傳感器、流量傳感器、電動閥門均安裝在支管路上，電動閥門連接閥門驅動電路，閥門驅動電路連接繼電器驅動電路，繼電器驅動電路連接單片機，瓦斯濃度傳感器、流量傳感器連接繼電器驅動電路；所述報警系統包括報警采集電路、單片機、蜂鳴器電路、液晶顯示電路和安裝在每個抽采管上的抽采瓦斯濃度傳感器，抽采瓦斯濃度傳感器連接報警采集電路，報警采集電路連接單片機，蜂鳴器電路、液晶顯示電路均連接單片機。所述的調節系統工作過程：所述支管路連接主管路和若干抽采單元并設置在回采巷道內，每個抽采單元的鉆孔經設有閥門的抽采管連接到匯總管并與支管路連接；電動閥門、瓦斯濃度傳感器和流量傳感器由回采巷道外端向里端依次安裝在支管路上。所述的報警系統的工作過程：將在每10~15個抽采管的化成一個抽采單元，匯總管上安裝，通過報警信號采集電路連接到單片機，單片機分別連接蜂鳴器電路和液晶顯示電路。一種井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制方法包括下述內容：a.先將電動閥門完全打開，延遲10min,記錄支管路的瓦斯濃度傳感器和流量傳感器的讀數分別為C0和S0，令最大純流量max的初值為C0*S0，i=0；b.i=0且將電動閥門開度Ki下調5%，延遲10min，記錄支管路的瓦斯濃度傳感器和流量傳感器的讀數Ci和Si，在瓦斯濃度Ci大于瓦斯濃度達到瓦斯爆炸的最高濃度的30%條件下，當新的純流量Ci*Si大于max時,將Ci*Si賦給max和電動閥門的開度Ki賦給Km,重復步驟b，直到電動閥門的開度Ki小于5%時,將電動閥門的開度調到Km,延時10min；c.當支管路的瓦斯濃度傳感器的讀數小于瓦斯濃度達到瓦斯爆炸的最高濃度的30%，跳到步驟a，如果支管路的瓦斯濃度傳感器的讀數仍小于瓦斯濃度達到瓦斯爆炸的最高濃度的30%，則關閉電動閥門；報警系統的控制方法是：標記匯總管的瓦斯濃度傳感器Ti(i=1,2,3...n)的地點位置Li,當匯總管的瓦斯濃度傳感器的讀數Ci低于瓦斯濃度達到瓦斯爆炸的最高濃度的16%時，蜂鳴器電路進行報警，液晶顯示電路上顯示報警的地點標志Li；每次間隔10~20d，復位清零，重新運行程序。本發明的有益效果：（1）對管道抽采純流量進行科學的自動調控，解決了目前瓦斯濃度的人工調節和憑經驗調控的問題，從瓦斯抽采系統的瓦斯濃度和流量與負壓的匹配關系中找到了最大純流量，極大地提高了瓦斯的抽采效果。（2）在保持瓦斯濃度的可利用的條件下，提高了瓦斯的流量，縮短抽采周期。（3）可以及時更新抽采的最大純流量值，獲得不同時間段的最大抽采效果，提高了抽采效率。（4）對于管道漏氣故障可迅速判斷并報警，通過液晶顯示電路顯示故障地點，蜂鳴器報警，簡易且準備性好，省時省力。附圖說明圖1為本發明井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制系統的原理圖。圖2為本發明控制方法的流程圖。圖中：1、瓦斯濃度傳感器，2、流量傳感器，3、電動閥門，4、瓦斯濃度傳感器，5、鉆孔，6、閥門，7、抽采管，8、匯總管，9、支管路，10、大巷，11、主管路，12、回采巷道，13、抽采單元；21、調節系統，22、報警系統，23、調節信號采集電路，24、單片機，25、繼電器驅動電路，26、閥門驅動電路，27、報警采集電路，28、蜂鳴器電路，29、液晶顯示電路。具體實施方式下面結合附圖對本發明的一個實例作進一步說明：如圖1所示，一種井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制系統，由調節系統21和報警系統22組成；所述調節系統21由瓦斯濃度傳感器1、流量傳感器2、電動閥門3、調節信號采集電路23、單片機24、繼電器驅動電路25和閥門驅動電路26組成。瓦斯濃度傳感器1、流量傳感器2、電動閥門3均安裝在支管路9上，電動閥門3連接閥門驅動電路26，閥門驅動電路26連接繼電器驅動電路25，繼電器驅動電路25連接單片機24，瓦斯濃度傳感器1、流量傳感器2連接繼電器驅動電路25；瓦斯濃度傳感器1、流量傳感器2并聯；所述報警系統22由瓦斯濃度傳感器4、報警采集電路27、單片機24、蜂鳴器電路28和液晶顯示電路29組成。抽采瓦斯濃度傳感器連接報警采集電路27，報警采集電路27連接單片機24，蜂鳴器電路28、液晶顯示電路29均連接單片機24。將每10~15個抽采管7組成一組抽采單元13，每組抽采單元13安裝一個瓦斯濃度傳感器4，回采巷道12內抽采單元13的各鉆孔5經過抽采管7連接到匯總管8，抽采管7的管口處設有閥門6，方便發生漏氣故障時能夠關閉抽采管7；各匯總管8經支管路9連接到大巷10的主管路11，設有匯總管8為了在匯總管上安裝瓦斯濃度傳感器4，來監測每組鉆孔5的漏氣情況。然后，在靠近主管路11的支管路9上由外向內依次安裝電動閥門3、瓦斯濃度傳感器1和流量傳感器2，電動閥門3用來控制支管路9內的負壓，瓦斯濃度傳感器1和流量傳感器2用來測量支管路9內的瓦斯濃度和流量，它們產生的信號通過調節信號采集電路23進行濾波、放大和模數信號轉換處理后，連接到單片機24運行程序，單片機發出的信號通過繼電器驅動電路23接通閥門驅動電路24，來對電動閥門3的開度進行控制。每組抽采單元產生的瓦斯濃度信號通過報警信號采集電路27進行濾波、放大和模數信號轉換處理后，連接到單片機24運行程序，如果發生漏氣故障，蜂鳴器電路28響動進行報警，液晶顯示電路29顯示漏氣的地點，人能夠很快地找到漏氣的地點，查出漏氣的鉆孔5，并關閉鉆孔中抽采管7上的閥門。如圖2所示，一種井下煤層巷道瓦斯抽采智能控制方法，包括下述內容：（1）先將電動閥門3進行完全打開，延遲10min的滯后時間，使支管路9內的負壓調整完全，記錄此時的瓦斯濃度傳感器1和流量傳感器2的讀數分別為C0和S0，并將最大純流量max的初值為C0*S0，令一個變量i=0，用來區分不同電動閥門開度下的流量和濃度值。（2）將i=i+1且電動閥門3的開度Ki下調5%，延遲10min，并記錄瓦斯濃度傳感器1和流量傳感器2的讀數Ci和Si，在瓦斯濃度Ci大于瓦斯抽采最低濃度30%條件下，當新的純流量Ci*Si大于max時,將Ci*Si賦給max，電動閥門3的開度Ki賦給Km,重復步驟（2）直到電動閥門3的開度Ki小于5%時,則系統的最大純流量尋找完畢，將電動閥門3的開度調到Km,延時10min，此時電動閥門3調到了最大純流量所對應的開度值。（3）當瓦斯濃度傳感器1的讀數小于瓦斯抽采最低濃度30%時，跳到程序的開頭，為了在不滿足抽采濃度要求下，再次從頭運行程序，調節電動閥門尋找最大純流量；如果瓦斯濃度傳感器1的讀數仍然小于瓦斯抽采最低濃度30%，說明抽采管路中瓦斯的濃度已經過低，不能滿足瓦斯抽采的最低濃度要求，則需要停止抽采，關閉電動閥門3。（4）標記每組抽采單元13的的地點位置Li,使每組瓦斯濃度傳感器4的位置在報警系統22中能夠顯示出來，當瓦斯濃度傳感器4的讀數Ci低于瓦斯濃度達到瓦斯爆炸的最高濃度的16%，存在爆炸危險，同時鉆孔5發生了漏氣故障，大量空氣進入管路導致瓦斯濃度過低，則蜂鳴器電路28進行報警，液晶顯示電路29上顯示報警的地點標志Li。（5）間隔10~20d，復位清零，重新運行程序，來實現在不同時間階段中瓦斯抽采的純流量最大，達到更好的抽采效果。