煤层瓦斯抽采钻孔智能调控技术研究与应用

为了解决刘庄煤矿瓦斯抽采钻孔负压分配不合理、煤层瓦斯抽采浓度衰减速度快等问题,进一步提高煤层瓦斯抽采效果,以支持向量机回归机技术为基础,构建了煤层瓦斯抽采钻孔调控模型,提出了煤层瓦斯抽采钻孔调控判识及策略,研发了煤层瓦斯抽采钻孔智能调控系统,在刘庄煤矿151108工作面进行了现场工程应用。结果表明：煤层瓦斯抽采钻孔调控模型可以有效确定瓦斯钻孔最佳抽采负压;采用煤层瓦斯抽采钻孔智能调控技术的组孔调控时,煤层瓦斯抽采浓度提升15%以上,而采用单孔调控时,抽采浓度可提升30%以上,可以有效延长钻孔瓦斯有效抽采期,提升煤层瓦斯抽采能力。     

抽采钻孔瓦斯浓度影响因素实验研究

为了研究抽采负压、瓦斯压力及透气性系数对瓦斯抽采浓度的影响。通过自主研发物理模拟井下瓦斯抽采影响实验平台,通过控制变量法,研究瓦斯抽采浓度随不同抽采负压、不同瓦斯压力及不同透气性系数变化规律。结果表明：当漏气量小于CO2进气流量与CO2纯量时,CO2抽采浓度比较高,因此最佳抽采负压应该在30KPa-40KPa之间;CO2进气流量随煤层初始压力提高而提高,CO2纯量随煤层初始压力提高同样呈增长趋势;透气性系数增大时,提高抽采负压可以提高抽采浓度。     

煤矿瓦斯抽采智能系统设计

针对煤炭生产开采中的瓦斯安全问题,通过在抽采主管道、支管道等各个监测节点安装的传感器对抽采管路中的瓦斯浓度、气体温度、管道负压、混合流量等主要参数进行实时监测,由PLC作为核心控制器并利用隐马尔科夫模型(HMM)来处理分析相关数据,调节井下电动调节阀门的开度位置,进而控制管路中的瓦斯抽采浓度始终保持在抽采要求范围内,地面监控中心由组态软件创建上位机实时显示当前瓦斯抽采参数,最终实现瓦斯抽采智能监控。试验结果表明,随抽采过程的进行,矿井温度、负压的作用逐渐减弱,降低瓦斯的抽采负压能够有效提高抽采瓦斯浓度。     

煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略

基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则,提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程,以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数,建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型,分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束条件定量判定瓦斯抽采安全与效率;以上述模型为基础,针对钻孔抽采区域温度高于临界温度、钻孔抽采纯量低于抽采纯量下限,以及钻孔抽采浓度低于瓦斯安全浓度下限等工况条件展开理论分析和数值计算,提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略,通过协同调整不同抽采钻孔的阀门开度和抽采泵转速,有效提高了抽采瓦斯体积分数、效能比和抽采纯流量,并提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略。最后,设计了由数据感知模块、通信传输模块、数据处理与决策模块、控制模块等部分组成的瓦斯智能抽采系统,开发了基于物联网的智能调节阀门,阀门的感知模块包括温度传感器、瓦斯浓度传感器和气压传感器等,通讯模块将数据上传至云存储端,通过电脑网页和手机客户端实现监测与控制;发明了采用高分子减阻剂提高水环真空泵效率的技术方法,以高分子减阻溶液作为水环真空泵的工作介质,有效降低了液环的湍流损失和流体与泵体过流部件的摩擦损失,并开发了地面全封闭式和井下直注式2种瓦斯抽采泵节能系统,该项技术在山西潞安集团余吾煤业成功应用,节电率和节水率分别达到22.5%和66.7%,为瓦斯智能高效抽采提供了借鉴。     

瓦斯抽采泵站自动化系统设计

针对目前煤矿瓦斯抽采泵站自动化建设需求及建设现状,分析了存在的现实问题,基于系统需求,从瓦斯抽采管道参数监测、抽采泵站电力监测、抽采泵房环境安全监测、抽采设备监测、抽采设备控制、人机对话等方面对瓦斯抽采泵站自动控制进行了系统设计,并对控制系统中的基本设备现场布置方式进行了详细设计,对目前国内瓦斯抽采泵站自动化系统新建及改造项目建设具有一定的参考意义。     

瓦斯抽采钻孔负压沿孔长动态变化特性研究

通过分析孔口负压、瓦斯流量等参数对钻孔孔内负压分布影响的基础上,得出了抽采钻孔负压沿孔长的动态分布规律,抽采负压沿钻孔长度方向逐渐减少。通过对不同瓦斯流量、不同孔口负压对孔内负压分布的影响研究,得到抽采钻孔负压分布与钻孔长度服从负指数关系;随着钻孔流量的增加,孔内负压损失逐渐升高,两者符合幂指数关系。     

煤层瓦斯抽采钻孔抽采半径考察技术研究

采用FLAC3D数值模拟软件研究了抽采钻孔周围应力、位移及瓦斯压力的分布特征,并在现场进行了抽采半径的实测,验证了数值模拟结果的正确性。研究表明:采用数值模拟和现场测试相结合的方法,能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理布置间距,对节省抽采半径的考察时间和合理布置抽采钻孔有一定的指导意义。     

皮托管在瓦斯抽采计量中的应用

皮托管在人工测量瓦斯管路流量中准确性高、适用性强、经济可行。为了推广皮托管在煤矿瓦斯抽采计量中的应用,从皮托管原理出发,介绍了皮托管在瓦斯抽采计量中的使用方法。针对皮托管测量的主要影响因素,从提高设备精度、规范皮托管操作及简化测量及计算方法方面提出了相应的优化措施。     

掩护抽采巷高位钻孔瓦斯抽采技术研究与应用

针对采煤工作面在回采过程中,受邻近层等影响,采空区瓦斯涌出量巨大,传统的钻场抽采,效果较差;专用的高抽巷,成本太高;采用煤巷掩护方式对采空区进行大面积的集中连续抽采,是一种既安全又经济实用的抽采方法,取得良好的效果.     

东曲煤矿大直径钻孔瓦斯抽采治理技术研究

上隅角瓦斯浓度超限问题严重影响煤矿安全生产工作,针对东曲煤矿瓦斯抽采流量低、工作面瓦斯浓度超限等问题,采用数值模拟方法对150 mm、250 mm、350 mm直径钻孔,以及-45 kPa、-30 kPa、-15kPa抽采负压的瓦斯抽采效果进行对比。以28802-2工作面为例,选取350 mm大钻孔与-45 kPa抽采负压进行30 d的瓦斯流量与浓度监测,结果表明瓦斯治理取得了良好效果。     

煤矿瓦斯抽采系统自动排水技术

利用杠杆原理,把水的浮力、永磁铁的磁力及惯性力进行合理的调配,克服抽采系统的高负压,使放水器在60kPa以上的负压状态下完成自动放水.     

瓦斯预抽快速启封密闭应用研究

高瓦斯、突出矿井密闭内的瓦斯是安全启封的重大威胁,通过在李村煤矿对永久封闭巷道启封前应用瓦斯预抽,降低密闭内的瓦斯浓度,有效提高了启闭的安全性,对启封密闭具有重要的借鉴意义。     

上隅角瓦斯浓度变化的原因及实证分析

分析了瓦斯抽采系统抽采负压与上隅角瓦斯浓度之间的关系,以及上隅角瓦斯浓度与工作面风量、瓦斯尾排巷风量之间的关系,通过改变抽放负压、合理增加工作面风量及瓦斯尾巷风量,对降低采煤工作面上隅角瓦斯浓度均有显著效果,并对其进行了实证分析。     

钻孔负压法测定瓦斯抽放半径的实践与应用

对平沟煤矿0908综采工作面煤壁前方卸压带、集中应力带应力分布及变形情况的原因进行了认真的剖析,并利用钻孔负压法对钻孔的瓦斯抽放半径进行了测定,同时详细叙述了钻孔负压法测定瓦斯抽放所需设备和测定步骤,并通过现场测定确定了钻孔的瓦斯抽放半径,为卸压带瓦斯抽放钻孔间距的设计提供了合理依据,确保了工作面的安全生产。     

高负压情况下新型放水器的研究与应用

分析了瓦斯抽放泵运行过程中瓦斯抽放管路中存在积水及放水困难的原因。结合采煤工作面现场和瓦斯泵运转的实际情况研制出一种在高负压的情况能够顺利放水的新型放水器,并阐述了新型放水器的工作原理,成功地对鹤壁中泰矿业公司25041采煤工作面瓦斯抽放管路内的积水进行了有效治理,确保了采煤工作面的安全生产。     

基于PLC的矿井自动排水系统设计

介绍可编程序控制器(PLC)在矿井排水系统中的应用,设计了硬件组成和软件控制方法,在节能降耗、提高效率等方面取得良好效果。     

三系统抽采在井下临时过渡瓦斯抽采泵站中的应用

针对同时服务于煤层瓦斯预抽、采空区瓦斯抽采和高抽巷抽采的瓦斯抽采系统,从不同抽采方式对抽采负压的不同要求、瓦斯分源抽采和利用等方面分析了分3套系统建设的必要性;结合某矿+470 m水平的实际情况,分析了井下临时泵站分三系统建设的可行性;+470 m水平井下临时过渡瓦斯抽采泵站分3套系统建设取得了良好的效果。     

提高瓦斯抽采浓度的技术探索

利用钻孔抽采煤体瓦斯,降低回采工作面生产过程中的瓦斯浓度是确保矿井安全生产的重要手段,通过对影响抽采系统瓦斯浓度的因素进行分析,摸索出提高瓦斯抽采浓度的成套技术,可有效提高矿井抽采率,避免瓦斯事故发生。     

瓦斯抽采系统合理匹配矿井生产能力的技术研究

分析了永红煤矿瓦斯抽采系统实际抽采能力与矿井生产能力不相匹配的现状,认为造成这种现状的主要原因是矿井在生产技术改造升级后生产能力显著提高,全矿井和新区的瓦斯涌出来源及构成比例发生重大变化,于是对原有的瓦斯抽采系统进行了优化,包括:瓦斯抽采方式及抽采设备,优化后预计新区瓦斯抽采率达到71%,回采工作面达33%,抽采效果能很好匹配矿井的生产能力。