在线式区域瓦斯智能控制技术.pdf
《在线式区域瓦斯智能控制技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《在线式区域瓦斯智能控制技术.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 1 期2022 年 8 月铁法科技在线式区域瓦斯智能控制技术大兴矿陈志平摘要铁法矿区随着开采规模的逐年增加和采深的延伸,封闭采空区日益增多,并呈现出立体网格化、矿压影响大的特征,密闭瓦斯涌出控制已成为制约生产能力、威胁安全的不可忽视的隐患。通过对封闭采空区气体组分分析了密闭的“呼吸”形态,基于现有安全监控系统网络建立了以瓦斯浓度和相对压力双重参数的多源感知、逻辑自动调控的采空区瓦斯的智能抽采系统,实现了远程与近地双重控制互补功能,提升控制系统的鲁棒性。通过多源感知数据分析研判,实现区域瓦斯涌出来源的智能研判与瓦斯涌出源干预控制,针对邻空采场创新了一项邻空封闭区瓦斯智能抽采模式。关键词瓦斯抽
2、采智能抽采采空区大气压“呼吸”现象生产实践表明,封闭采空区瓦斯涌出与采掘时空关系和大气压变化、通风系统波动密切相关,尤其在邻空采煤工作面回采期间,邻近采空区的瓦斯涌出在总涌出量中占比较高,是不可被忽视的瓦斯涌出来源,特别是在大气压力变化幅度大、速度快时,封闭区瓦斯的涌出直接影响生产、威胁安全,给安全管理带来了极大的难度。大兴矿目前井下存有永久密闭 176 个,遍布各个采区、各个煤层。采区前进式延伸开采,采动区时时影响着封闭采空区的瓦斯涌出状态和封闭严密程度,处于上风侧密闭,涌出的瓦斯伴随风流进入采掘区域,不但影响连续生产,局部的瓦斯聚积也严重威胁安全。常规的处理方式有改变风流速度快速稀释瓦斯涌
3、出源点浓度来破坏爆炸浓度条件、人工开关密闭抽采阀门控制瓦斯涌出、采场施工导入孔抽采邻空区瓦斯等方法,措施的采取都是在发生瓦斯隐患后进行,尤其采取“以抽代管”的措施,不能随时按需调控,造成密闭区长时间抽采瓦斯漏风供氧,增加内因火灾隐患。长时间抽采低浓度瓦斯将对地面永久抽采泵站瓦斯总管路浓度产生影响,当降低到不可利用值时,只能排入大气,增加了环境污染治理压力。为实现实时监控、智能抽采,基于矿井安全监控系统自主研发区域联控智能在线瓦斯抽采装备,具有重要的意义。1封闭采空区瓦斯涌出特性分析采场回收完毕后,要对与采空区联通的巷道进行永久封闭,并定期测定分析密闭内气体成分和空气温度,定期检查密闭墙外的空气
4、温度、瓦斯浓度,密闭墙内外压差以及密闭墙墙体。图 1 记录了一个年度对井下密闭墙内外压差的观察统计,分析发现其有规律的呈现出入风排风转换变化,类似于“吸气呼气”一样。通过对密闭内气体组分分析发现,伴随着密闭的“呼吸”,外部渗流供氧和内部甲烷运移均与密闭墙压差变化出现较好的相关性,如图 2。将采空区与井下在用巷道分割的设施除了密闭墙之外还有隔了保护煤柱,在采动压影响作用窑窑68问题探讨通风与安全第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑69下,密闭墙及隔离保护煤柱均会出现不同程度的疲劳破坏,进而产生发育的孔隙裂隙通道,将采空区与巷道联通,这些孔隙裂隙也是采空区发生“呼吸”现象的主要气体交换通道。
5、当采空区发生“呼吸”现象,吸入气体时,为封闭采空区内遗留的破碎煤炭提供了良好的供氧条件,易发生内因火灾;排出气体时,密闭前易形成瓦斯积聚而造成局部瓦斯超限,当瓦斯通过隔离煤柱渗流进入回采巷道时,表现为环境甲烷浓度增高。图 1 北二 901 回风道密闭墙内外压差年观测记录1.1采空区“呼吸”形态产生原因分析封闭的采空区可以看作为为一个处于相对动态平衡状态的半封闭容器,采空区内、外气体状态发生变化时,这种平衡就有可能被打破,采空区内外会产生气体变换,从而呈现出“呼气”和“吸气”的现象。这类现象影响因素主要包括:脱附解吸瓦斯的运移补充、外界注入惰性气体、地面大气压的变化、通风系统的改变、密闭墙完好状
6、态、采空区抽采状态、疏放采空区积水过程中缓慢的“水气空间置换”等等。多数矿井封闭采空区“呼吸”现象的产生是受采空区内部气体状态变化和采空区外部静压波动的双重影响所致。封闭采空区密闭前巷道空气静压受地面大气压、流体参数和井巷风阻特征等综合因素影响。当主要通风机工况参数不变化时,井巷风量变化波动较小,密闭墙外侧静压主要受地面大气压变化的影响;短时调整主要通风机工况时可以视为地面大气压恒定不变,矿井通风压能的升高或降低,矿井风量相应的增加或减少,密闭墙外侧空气静压瞬时表现出降低或增高的变化;当矿井通风参数和矿井空气状态发生时,也会对密闭外侧空气静压产生影响。封闭采空区内部空间气体假设其满足理想气体状
7、态方程,其压力变化与采空区围岩冒落、压实程度有关,与采空区内气体温度变化有关(如氧化、涌水情况等)。当对封闭区注入气体或采区抽采瓦斯时将改变采空区内气体组分成分变化,这种变化是发生质量交换,故而也会引起采空区内外压差的转换。封闭采空区内气体与外部空气的交换流动过程,主要是通过密闭墙及其周边围岩中的裂隙孔隙系统作为通道完成的,这些发育的裂隙和孔隙中气体流动过程可视为多孔介质中的渗流。因此,封闭采空区内气体与密闭墙外部空气的交换过程符合达西流动定律。1.2大气压力变化对瓦斯涌出的影响如图 3 所示,以年度为周期对大兴矿工业广场大气气压变化的记录可以看出伴随季节、气候参数的变换,当地面空气温度升高时
8、会使地面大气压力图 2 北二 901 回风道密闭内气体组分与墙内外压差关系下降。矿井通风巷道与大气是通过井筒联通的,实践表明,井下各地点的节点静压与地面大气压变化具有一致的同步性,因此当地面大气压降低时井下巷道中节点的空气的静压受地面大气压变化的影响会发生同步降低,反之亦然。图 3大兴矿地表大气压年度观测记录封闭采空区内气压相对恒定,密闭外巷道内空气静压的波动变化使得密闭墙内外侧形成波动变化的压差。当表现为正压状态时,采空区内瓦斯气体会涌出到密闭墙外侧并形成积聚;表现为负压状态时,密闭墙外侧含氧空气会被吸入到采空区内并形成供氧条件;随着大气压高低变化波动,密闭内外压差亦会随着发生入风排气地转换
9、,如图 4(a)。为进一步挖掘大气压力变化对密闭内外压差的影响,直接对两者进行了关联性拟合,如图 4(b),总体上表现为负相关性。(b)图 4 密闭墙内外压差与大气压力变化关系矿井生产实践中,也观察到了这种规律的存在。当区域内停止采掘活动时,受大气压下降的影响,邻空工作面回风风流瓦斯会出现浓度缓慢增大、密闭前瓦斯也会增高,说明大气压的下降增加了矿井的瓦斯涌出量,其主要来源为封闭采空区内气体的涌出。1.3通风系统波动对瓦斯涌出的影响矿井通风系统是具有动态阻变特性的,当矿井通风网络发生巷道长度改变或断面变形、通风设施构筑或者减失、通风动力发生变化,引起风网通风参数改变,能够自适应性的引发风流状态重
10、构。矿井空气是一种有黏性、不可压缩、与外部有热湿交换的流体,矿井风流是空气动力过程与热力过程的动态耦合。通风阻力系数除了与井巷长度、断面面积、断面形状、支护方式相关外,还是大气压力、温度、湿度的函数。刘剑教授基于热压湿变风阻进行的网络解算,更好地解释了昼夜、季节、海拔、热动力灾变等引起矿井空气参数变化导致通风节点压力变化的问题。当矿井通风系统发生阻变型故障,如某一巷道设置增阻,增阻上风侧密闭外巷道节点静压将升高,原来排风的密闭墙可能转变为入风状态,这样就起到了抑制采空区瓦斯涌出的作用,则在其下风第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑70(a)第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑71侧
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 在线 区域 瓦斯 智能 控制 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。