智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法

摘要

智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法，属于瓦斯监控技术领域。包括设置在每个采区内的三通管路（14），三通管路（14）的另外两端接入抽采主管道（5）内，相邻两三通管路（14）之间由一根或多根塑料管路（13）连接，抽采主管道（5）延伸至地面与地面的抽采设备相连，其特征在于：在所述的分支管路内设置有支路监测装置，在所述的抽采主管道（5）中设置有主管道抽采装置，支路监测装置、主管道抽采装置同时与数据传输总线（4）相连。本发明的智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法在井下煤矿瓦斯抽采主管道以及每个采区分支管道内进行瓦斯浓度监测，同时可以有效、准确的判断漏气地点，实现高效、安全抽采。

说明书

技术领域

智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法，属于瓦斯监控技术领域。具体涉及一种具有检漏、防漏、堵漏的特点，实现高效安全抽采的智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法。

背景技术

在我国由于各个煤矿的地质条件的不同，煤层气（瓦斯）的瓦斯含量是在0.5%-80%之间动态变化的。由于每个采掘面所抽到的瓦斯的量不同，所以各个采区的分支管路所抽到的瓦斯汇集到抽采主管道后，浓度是处在时刻变化过程中的。因此，在现有技术中，位于地上的监控中心很难监控到稳定、准确的瓦斯浓度数值，从而对瓦斯浓度的判断以及泄漏情况无法进行准确的判断、掌握，一旦瓦斯发生泄漏，则会成为较大的安全隐患。在现有技术中，一般采用人工的方式对抽采管道的瓦斯泄漏情况进行判断，由于抽采管道一般较长且有较多的分支管道，所以采用人工检漏的方式工作效率较低，浪费大量的人力物力，同时无法满足瓦斯泄漏点快速定位的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在井下煤矿瓦斯抽采主管道以及每个采区分支管道内进行瓦斯浓度监测，同时可以有效、准确的判断漏气地点，实现高效、安全抽采的智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该智能化瓦斯输送管道监控系统，包括一个端口伸入每个采区内作为分支管路的三通管路，三通管路的另外两端接入抽采主管道内，相邻两三通管路之间由一根或多根塑料管路连接，抽采主管道延伸至地面与地面的抽采设备相连，其特征在于：在所述的分支管路内设置有支路监测装置，在所述的抽采主管道中设置有主管道抽采装置，支路监测装置、主管道抽采装置同时与数据传输总线相连。

所述的主管道抽采装置包括设置在抽采主管道入口和出口处的抽采流量监测装置，设置在抽采主管道内的多个抽采监控监测装置。

所述的支路监测装置包括设置在各采区分支管路入口处的甲烷传感器，设置在采区分支管路出口处的抽采流量监测装置以及设置在分支管路内的管道喷粉监控系统。

在所述的每个采区的巷道内设置有环境监控装置。

所述的抽采流量监测装置包括：第一通讯模块、第一存储模块、第一显示模块、第一微处理器、第一红外遥控模块、第一电源转换模块以及多个探测传感器，探测传感器与第一微处理器相连，第一微处理器与第一存储模块和第一显示模块相连，第一红外遥控模块与第一电源转换模块与第一微处理器相连，第一微处理器与第一通讯模块相连，第一通讯模块与数据传输总线相连。

所述的环境监控装置包括第二通讯模块、第二存储模块、第二显示模块、第二微处理器、第二红外遥控模块、第二电源转换模块、第一传感器控制模块以及环境监测传感器，环境监测传感器与第一传感器控制模块相连，第一传感器控制模块与第二微处理器相连，第二微处理器与第二存储模块和第二显示模块相连，第二红外遥控模块与第二电源转换模块与第二微处理器相连，第二微处理器与第二通讯模块相连，第二通讯模块与数据传输总线相连。

所述的环境监测传感器包括：甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、SO₂传感器、H₂S传感器以及氨气传感器。

所述的抽采监控监测装置包括：第三通讯模块、第三存储模块、第三显示模块、第三微处理器、第三红外遥控模块、第三电源转换模块、第二传感器控制模块以及监测传感器，监测传感器与第二传感器控制模块相连，第二传感器控制模块与第三微处理器相连，第三微处理器与第三存储模块和第三显示模块相连，第三红外遥控模块与第三电源转换模块与第三微处理器相连，第三微处理器与第三通讯模块相连，第三通讯模块与数据传输总线相连。

所述的监测传感器包括甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器以及若干光纤甲烷传感器，光纤甲烷传感器均布在抽采主管道内以及抽采主管道与分支管道连接处。

智能化瓦斯输送管道监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1001，传感器探测；

设置在抽采主管道内、两段管路的结合处、抽采主管道和每个采区连接的分支管路的连接处的若干光纤甲烷传感器对甲烷的浓度进行实时采集；

步骤1002，输出实时数据；

各光纤甲烷传感器将采集到的浓度值上传到相连的抽采监控监测装置内；

步骤1003，点对点比较；

抽采监控监测装置根据接收到的各光纤甲烷传感器上传的实时浓度值，对相邻的两点进行点对点的浓度比较；

步骤1004，浓度差阈值比较；

抽采监控监测装置将计算出的多个差值依次与预先设定的浓度差阈值进行比较；

步骤1005，是否达到阈值；

抽采监控监测装置判断所有差值是否达到或超过预先设定的浓度差阈值，如果未达到预先设定的浓度差阈值，返回步骤1001，如果已达到或超过预先设定的浓度差阈值，则可判定出现该差值的相邻两甲烷传感器所对应抽采主管道内出现瓦斯泄漏，执行步骤1006；

步骤1006，上传计算机；

发现管道泄漏后，抽采监控监测装置将相关数据上传至地面控制计算机内进行报警；

步骤1007，人员定位检漏；

地面的工作人员看到地下矿井内上传的报警信号之后，通知地下工作人员到抽采主管道的泄漏段进行人工检漏、处理，完成堵漏。

与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：本发明的智能化瓦斯输送管道监控系统及监控方法，在井下煤矿瓦斯抽采主管道以及每个采区分支管道内进行瓦斯浓度监测，当发生瓦斯泄漏情况之后，通过设置在抽采主管道以及各采区内的瓦斯传感器采集到的监测值，对相邻两个甲烷传感器的监测值进行浓度差值的计算，同时与预设定的差值阈值进行比较，从而可以有效、准确的判断漏气地点，实现高效、安全抽采，大大缩短了检漏的时间，保证了井下抽采的安全性。同时对各传感器采集到的数据进行存储、上传，同时提高了井上工作的工作效率，使抽采的智能化程度大大增加。

附图说明

图1为智能化瓦斯输送管道监控系统结构示意图。

图2为智能化瓦斯输送管道监控系统抽采流量监测装置原理方框图。

图3为智能化瓦斯输送管道监控系统环境监控装置原理方框图。

图4为智能化瓦斯输送管道监控系统抽采监控监测装置原理方框图。

图5为智能化瓦斯输送管道监控方法流程图。

其中：1、第一采区  2、第二采区  3、第N采区  4、数据传输总线  5、抽采主管道  6、抽采监控监测装置  7、阻火器  8、环境监控装置  9、防漏气装置  10、管道喷粉监控系统  11、甲烷传感器  12、抽采流量监测装置  13、塑料管路  14、三通管路。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明：

如图1所示，在地下矿井内分布有多个采区：第一采区1、第二采区2……第N采区3，每一个采区均对应设置有一个金属制的三通管路14，三通管路14的一个端口伸入采区内作为该采区抽采的分支管路，三通管路14另两个端口接入抽采主管道5内，多个相邻的三通管路14以及将各三通管路14连接的若干塑料管路13连接组成抽采主管道5。抽采主管道5延伸至地面，由设置在地面的抽采装置（图中未画出）进行抽采，在抽采装置的作用下，抽采主管道5内形成负压，形成抽采主管道5内瓦斯流动的动力。

相邻两个采区的三通管路14之间通过塑料管路13连接，当相邻两采区距离较远时，对应的两三通管路14之间需要由多根塑料管路13首尾连接实现抽采主管道5的连通。当需要多根塑料管路13组合使用时，相邻的两根塑料管路13之间通过防漏气装置9相连，防漏气装置9已由本申请人于专利号为201020105215.7的专利中公开。

在每个采区的分支管道内的入口处设置有甲烷传感器11，出口处（即分支管路与抽采主管道5接口处）设置有抽采流量监测装置12，在分支管路内同时设置有管道喷粉监控系统10，管道喷粉监控系统10、甲烷传感器11和抽采流量监测装置12均与数据传输总线4相连。甲烷传感器11用于对该分支管道内入口处的甲烷的浓度进行采集，并将采集到的数据通过数据传输总线4进行上传；抽采流量监控装置12用于对该分支管道内的流量及各类气体的浓度进行监测，并将采集到的数据通过数据传输总线4进行上传。管道喷粉监控系统10的信号输入端与安装在分支管道内的紫外线火焰传感器、红外线火焰传感器、温度传感器及爆轰压力传感器（图中均未画出）连接，当分支管道内发生火灾时，管道喷粉监控系统10内的传感器迅速将数据上传，同时进行喷粉，进行报警的同时对火灾进行控制。管道喷粉监控系统10的信号输出端与数据传输总线4相连，并将与之相连的各传感器采集到的数据通过数据传输总线4进行上传。在抽采主管道5内同时设置有若干抽采监控监测装置6，抽采监控监测装置6与抽采流量监测装置12的主要区别在于，抽采流量监测装置12的传感器设置较为固定，主要包括甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、压力传感器以及流量计，抽采监控监测装置6所控制的传感器数量较多且不固定，同时扩展性较强，可根据实际环境的更换或增设不同的传感器。在矿井的巷道内，同时设置有若干环境监控装置8，用以对抽采管道外巷道内的环境浓度进行监测。在每条抽采主管道5内同时设置有阻火器7。

如图2所示，抽采流量监测装置12包括：第一通讯模块、第一存储模块、第一显示模块、第一微处理器、第一红外遥控模块、第一电源转换模块以及各类探测传感器。各类探测传感器与第一微处理器相连，将探测到的信号传递到第一微处理器。第一微处理器与第一存储模块和第一显示模块相连，将接收到的传感器信号进行存储和显示，第一红外遥控模块与第一电源转换模块与第一微处理器相连，分别对第一微处理器进行供电和红外控制；第一微处理器与第一通讯模块相连，第一通讯模块与数据传输总线4相连，通过第一通讯模块以及数据传输总线4将各类探测传感器探测到的信号进行上传。上述的各类探测传感器包括：甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、压力传感器、流量计，在使用流量计时需要配合流量模块使用。

如图3所示，环境监控装置8包括第二通讯模块、第二存储模块、第二显示模块、第二微处理器、第二红外遥控模块、第二电源转换模块、第一传感器控制模块以及环境监测传感器。环境监测传感器与第一传感器控制模块相连，第一传感器控制模块与第二微处理器相连，将接收到的信号传递到第二微处理器。第二微处理器与第二存储模块和第二显示模块相连，将接收到的传感器信号进行存储和显示，第二红外遥控模块与第二电源转换模块与第二微处理器相连，分别对第二微处理器进行供电和红外控制；第二微处理器与第二通讯模块相连，第二通讯模块与数据传输总线4相连，通过第二通讯模块以及数据传输总线4将各类探测传感器探测到的信号进行上传。上述的环境监测传感器包括：甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、SO₂传感器、H₂S传感器以及氨气传感器，环境监控装置8用于对巷道内的各类气体的浓度进行监测。

如图4所示，抽采监控监测装置6的原理方框图与环境监控装置原理方框图相同，包括第三通讯模块、第三存储模块、第三显示模块、第三微处理器、第三红外遥控模块、第三电源转换模块、第二传感器控制模块以及监测传感器。监测传感器与第二传感器控制模块相连，第二传感器控制模块与第三微处理器相连，将接收到的信号传递到第三微处理器。第三微处理器与第三存储模块和第三显示模块相连，将接收到的传感器信号进行存储和显示，第三红外遥控模块与第三电源转换模块与第三微处理器相连，分别对第三微处理器进行供电和红外控制；第三微处理器与第三通讯模块相连，第三通讯模块与数据传输总线4相连，通过第三通讯模块以及数据传输总线4将各类探测传感器探测到的信号进行上传。抽采监控监测装置6的监测传感器包括：甲烷传感器、CO传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器以及若干光纤甲烷传感器。抽采监控监测装置6连接的光纤甲烷传感器均布在抽采主管道5内以及抽采主管道5与分支管道连接处，对抽采主管道5内的甲烷动态数据进行监控，并由抽采监控监测装置6对各光纤传感器上传的数据进行分析，实现抽采主管道5的智能、高效检漏。

如图5所示的智能化瓦斯输送管道监控方法流程图，包括以下步骤：

步骤1001，传感器探测；

设置在抽采主管道5内、两段管路的结合处、抽采主管道5和每个采区连接的分支管路的连接处的若干光纤甲烷传感器对甲烷的浓度进行实时采集；

步骤1002，输出实时数据；

各光纤甲烷传感器将采集到的浓度值上传到相连的抽采监控监测装置6内；

步骤1003，点对点比较；

抽采监控监测装置6根据接收到的各光纤甲烷传感器上传的实时浓度值，对相邻的两点进行点对点的浓度比较；

在进行点对点的浓度值比较时，抽采监控监测装置6对相邻两光纤甲烷传感器采集到的甲烷浓度值依次进行差值比较，并将计算出的差值进行记录；

步骤1004，浓度差阈值比较；

抽采监控监测装置6将计算出的多个差值依次与预先设定的浓度差阈值进行比较；

步骤1005，是否达到阈值；

抽采监控监测装置6判断所有差值是否达到或超过预先设定的浓度差阈值，如果未达到预先设定的浓度差阈值，返回步骤1001，如果已达到或超过预先设定的浓度差阈值，则可判定出现该差值的相邻两甲烷传感器11所对应抽采主管道5内出现瓦斯泄漏，执行步骤1006；

步骤1006，上传计算机；

发现管道泄漏后，抽采监控监测装置6将相关数据上传至地面控制计算机内进行报警；

步骤1007，人员定位检漏；

地面的工作人员看到地下矿井内上传的报警信号之后，通知地下工作人员到抽采主管道5的泄漏段进行人工检漏、处理，完成堵漏。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。