煤矿瓦斯涌出动态分析监控预警系统宣传册

煤矿瓦斯涌出动态分析预警系统

前言

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象，也是威胁煤矿井下安全生产最重要的灾害之一。瓦斯突出的极早期预警具有重大意义，它虽然不能抑制突出的发生，但可以与后续的瓦斯抑爆、隔燃系统联动，抑制瓦斯爆炸的产生，阻止爆炸火焰的传播，将瓦斯突出事故造成的损失降低到最小。

淮南局某矿为实现瓦斯零超限，制定了一系列瓦斯管理制度，尽管如此，2010年4月18日仍然发生了一起瓦斯异常现象。2010年4月18日中班，1252(3)底抽巷在施工顶部锚杆眼时发生瓦斯异常涌出，T1瓦斯值在13:06分由0.1上升至0.25，接着于15:08分发生了瓦斯异常现象，从0.1至0.25瓦斯变化之间安全监控系统未能及时捕捉其间瓦斯变化的信息。

经过大量观测研究发现，在煤与瓦斯突出的孕育时期，掘进工作面瓦斯浓度往往发生一些规律性的变化。通过对这些变化规律的考察，利用掘进工作面瓦斯浓度的变化，结合计算机技术，是能够实现瓦斯突出预报的。因此我们结合现有的安全监控系统当前运行状况，对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘和利用，为此矿提出了建立煤矿瓦斯涌出动态分析预警系统，最终实现对瓦斯涌出过程实时监控和达到异常预警的目的。

功能介绍

功能一：瓦斯浓度瞬间增幅预警

瞬间增幅法（Transient Increase ）是指动态瓦斯浓度数据与前一个巡检周期瓦斯浓度数据进行增幅预警。

瞬间增幅可通过下式计算： %100D D D TI(n)1n 1

n n ⨯-=--

式中 D n ——动态瓦斯浓度

D n-1——前一个巡检周期瓦斯浓度

以掘进工作面T2瓦斯传感器为例，规则可按下列区间设置：

当D n ＜0.1%时，不实行动态预警。

当D n ≥0.1%时，从n-1到n 个T 内，采取动态方式预警：

当0.1%≤D n-1≤0.2%，若TI(n)≥100%自动预警；

当0.2%＜D n-1≤0.4%，若TI(n)≥50%自动预警；

当0.4%＜D n-1≤0.6%，若TI(n)≥25%自动预警；

当0.6%＜D n-1， 若TI(n)≥15%自动预警。

功能二：瓦斯浓度平均值增幅预警

平均值增幅法（Average Increase ）是指当前测点瓦斯浓度数据与前N 个巡检周期时间段内（巡检周期*N ）所有瓦斯数据的平均值进行增幅预警。

平均值增幅可通过下式计算：

∑==t 1

i i

D t 1

A %100A A

D AI(n)n ⨯-=

式中 A ——前N 个巡检周期的样本均值

D n ——动态瓦斯浓度

D n-1——前一个巡检周期瓦斯浓度

以掘进工作面T2瓦斯传感器为例，规则可按下列区间设置：

当A ＜0.1%且D n ＜0.1%不实行动态预警。

当D n ≥0.1%时，采取动态方式预警：

当0.1%≤A ≤0.2%，若AI(n)≥100%自动预警；

当0.2%＜A ≤0.3%，若AI(n)≥50%自动预警；

当0.3%＜A ≤0.4%，若AI(n)≥40%自动预警；

当0.4%＜A ≤0.5%，若AI(n)≥30%自动预警；

当0.5%＜A ≤0.6%，若AI(n)≥20%自动预警；

当0.6%＜A ， 若AI(n)≥15%自动预警。

功能三：瓦斯涌出、突出模型预测

突出事故中，瓦斯浓度在数分钟内就能达到30%，上升至5%用时更短，因为5%是瓦斯可以爆炸的下限，所以必须在浓度上升的极早期进行分析、识别。从分析中可以得出突出事故中瓦斯浓度变化远比涌出情况剧烈。

从原始采集数据得出一次梯度的表达式(1)：

g1(k)=d(k+1)-d(k) (1) 从一次梯度数据得出二次梯度的表达式(2)：

g2(k)=g1(k+1)-g1(k) (2) 及一次梯度曲线和二次梯度曲线。

实现成功的预警需要快速分析瓦斯浓度的波动，关键是在极早期准确区分突出与涌出。通过建立的一般性模型分析发现瓦斯浓度的一次梯度、二次梯度在不同涌出强度下差别明显，利用模糊数学方法，以瓦斯浓度的一次梯度、二次梯度作为输入，可以对涌出与突出进行准确识别，实现突出时间的极早期预警。

功能四：绝对瓦斯涌出量预警

绝对瓦斯涌出量预警法（Absolute Increase In Gas Emission）是指利用测点的瓦斯浓度、风速及巷道断面面积计算瞬时绝对瓦斯涌出量的预警方法。设有瓦斯测点G、风速测点F，已知巷道断面面积为S，则风速、瓦斯浓度任意一个量发生变化，都会引起绝对瓦斯量的变化。可对该巷道绝对瓦斯涌出量进行动态预警，预警方案初步具备绝对瓦斯量上限预警、瞬间增幅预警、平均值增幅预警。

绝对瓦斯涌出量定义：（即单位时间涌出瓦斯体积，m3/min）：

q CH4=60×S×V F×C G/100

式中 q CH4——绝对瓦斯涌出量，m3/min；

S——断面积，m2；

V F——风速（传感器测定值或人工测定值）， m/s；

C G——传感器测定瓦斯浓度，％。

功能五：绝对瓦斯涌出量累计、涌出量趋势图

通过累计绝对瓦斯涌出量，自动生成涌出量趋势图，对一段时期内的瓦斯涌出量进行查询分析。

图例

一、预警测点选择设置

二、测点预警幅度设置

三、系统主界面及预警设置

四、历史采集数据曲线查询