一种智能监测瓦斯抽采管路运行状况的方法与流程

本发明涉及一种瓦斯抽采管路的监测方法，具体是一种智能监测瓦斯抽采管路运行状况的方法，尤其适用于管内易堵塞、泄露的瓦斯抽采管路运行状况的监测，属于煤炭安全监测技术领域。

背景技术：

随着煤矿开采深度及开采量的增加，甲烷涌出量越来越多，为了保证安全生产，大多数矿井通过铺设瓦斯抽采管路对煤层瓦斯进行抽采。在我国的部分矿井中，瓦斯抽采管路大多铺设于回风巷之中，巷道维护能力较差，抽采管路存在着老化生锈以至于漏气的情况，又加上外界条件较为恶劣，容易出现冒顶，淋水和底臌等情况，从而使老化生锈的抽采管路破裂，导致漏气更加严重，在抽采负压的情况下，抽采管路中容易混入空气，不仅造成抽采效率降低，而且在泄漏的情况下混入氧气，在一定的条件下会导致瓦斯爆炸；因此，实时对瓦斯抽采管路运行状况进行监测，并且在短时间内找出瓦斯抽采管路堵塞和泄露的位置，对提高瓦斯抽采效率以及瓦斯抽采管路安全运行至关重要。

目前，煤矿井下瓦斯抽采管路运行状况的监测技术主要是借鉴石油天然气行业相关技术，其监测技术主要有两种形式，一种是基于硬件的管路运行状况的监测技术，另一种是基于软件的管路运行状况的监测技术，其中基于硬件的管路运行状况的监测技术主要依靠的是通过人工巡视或者各种基于光学、声学、化学等原理的仪器设备对管壁和管道周围环境进行监测，这种方法不能实现连续的实时监测管道；基于软件的管路运行状况的监测技术不稳定；并且人工巡视监测手段的效率越来越低，大大延长了管道修复时间，影响了瓦斯抽采效率和矿井的安全生产；而基于软件的管路泄漏检测技术将是未来抽采管路监测技术的发展方向，这类方法主要是对实时采集的温度、流量、压力等信号进行实时分析和处理，以此来监测管路运行状况并对故障位置进行定位。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种智能监测瓦斯抽采管路运行状况的方法，该方法能够及时、准确检测到瓦斯抽采管路堵塞和泄露的位置，且能够检测到人工不能检测到的地方，可以缩短修复管道的时间，保障瓦斯抽采管路安全运行，提高瓦斯抽采效率的同时避免安全事故的发生。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能监测瓦斯抽采管路运行状况的方法，包括以下步骤：

步骤一：将甲烷传感器、流量传感器、超声波距离传感器、位移传感器安装在球形装置内，将球形装置设置在瓦斯抽采管道内并依靠抽采负压的作用在瓦斯抽采管道内部运动；

步骤二：球形装置在瓦斯抽采管道内运动的同时，通过甲烷传感器、流量传感器、超声波距离传感器、位移传感器实时监测瓦斯抽采管道内部的甲烷浓度c、管道内的流量q、球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d以及球形装置的轴向移动位移x；

步骤三：将步骤二中监测到的数据通过无线实时传输到地面信息处理终端，并通过地面信息处理终端对数据处理分析，从而监测到瓦斯抽采管道是否发生堵塞或泄露。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中对瓦斯抽采管路是否发生堵塞的判断方法如下：

步骤一：实时监测球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d，其数值应该满足公式(1)

d＝h-d1(1)

式中：d为球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离；

h为瓦斯抽采管道的管径；

d1为球形装置的直径；

如果瓦斯抽采管道处于正常运行状况，没有发生堵塞则球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d应该为一个常数，如果瓦斯抽采管道发生堵塞则球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d会发生改变；

步骤二：当球形装置监测到球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d发生改变的同时记录此时球形装置的轴向移动位移x1，当球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d恢复到正常值时记录此时球形装置的轴向移动位移x2，则积水积渣所造成的瓦斯抽采管道堵塞长度为x2-x1；

步骤三：将球形装置在堵塞位置监测到的球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d与瓦斯抽采管道堵塞的长度x2-x1进行拟合得到球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离d和积水积渣所造成的瓦斯抽采管道堵塞的长度x2-x1的函数关系d(x)，则积水积渣所造成的堵塞体积v1满足公式(2)

式中：v1为积水积渣的堵塞体积；

h为瓦斯抽采管道的管径；

d1为球形装置的直径；

x2-x1为堵塞长度；

d为球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离；

如果瓦斯抽采管道不堵塞，则此段瓦斯抽采管道的体积满足公式(3)

步骤四：根据v1和v2的比值，确定瓦斯抽采管道的堵塞程度。

将步骤四中的所述瓦斯抽采管道的堵塞程度划分为轻微堵塞a3、一般堵塞a2、严重堵塞a1三个等级，等级划分依据公式(4)

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中对瓦斯抽采管道是否发生泄露的判断方法如下：

步骤一：通过对瓦斯抽采管道与放水器接口处前后1m的甲烷浓度c以及管道内流量q的分析处理确定抽采钻孔是否发生泄露；每隔0.1m取一个甲烷浓度ci和管道流量qj,接口处前1m甲烷平均浓度和管道平均流量分别为接口处后1m甲烷平均浓度和管道平均流量分别为如果发生泄露则其中α＝ηβ；

步骤二：将步骤一中的泄露程度划分为轻微泄露b3、一般泄露b2、严重泄露b1三个等级，泄露等级划分依据公式为(5)

对于瓦斯抽采管道其他位置的泄露监测通过甲烷传感器实时监测到的甲烷浓度来判定；若瓦斯抽采管道没有发生泄露，则瓦斯抽采管道中的甲烷浓度c不变，即c1＝c2＝…＝cn，若发生管道泄露则外部空气漏入管道内导致甲烷浓度被稀释，浓度变小，泄露等级划分依据公式(6)

作为本发明的进一步改进，所述瓦斯抽采管道可以为铁管、pe管、pvc管、玻璃纤维管。

作为本发明的进一步改进，所述球形装置为防爆设计。

作为本发明的进一步改进，在球形装置的内部设置本安电源，该本安电源分别为甲烷传感器、流量传感器、超声波距离传感器、位移传感器供电。

本发明通过将甲烷传感器、流量传感器、超声波距离传感器、位移传感器集成在一个球形装置内，并将球形装置安装在瓦斯抽采管道中，依靠抽采负压为球形装置提供运行的动力，在球形装置运行的同时通过甲烷传感器、流量传感器、超声波距离传感器、位移传感器实时监测瓦斯抽采管道中的甲烷浓度、管道内的流量、球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离以及球形装置的位移，并且将监测到的数据通过无线传输实时将数据传输到地面信息处理终端，并对其进行分析和处理，进而准确的得到瓦斯抽采管道上泄露、堵塞的位置以及严重程度。本发明有效地克服了人工检测时不能连续检测瓦斯抽采管道，并且克服了对瓦斯抽采管道发生泄漏和堵塞的位置以及大小不能及时准确进行确定的弊端，同时本发明还能够检测到人工不能检测到的地方，大大缩短了修复或清理管道堵塞的时间，保障了瓦斯抽采管道的安全运行，同时提高了瓦斯抽采效率和避免事故的发生，具有极高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、瓦斯抽采管道，3、地面信息处理终端，4、积水积渣，5、流量传感器，6、球形装置，7、超声波距离传感器，8、甲烷传感器，9、放水器，10、抽采钻孔，11、位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种智能监测瓦斯抽采管路运行状况的方法，包括以下步骤：

步骤一：将甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11安装在球形装置6内，将球形装置6设置在瓦斯抽采管道1内并依靠抽采负压的作用在瓦斯抽采管道1内部运动；

步骤二：球形装置6在瓦斯抽采管道1内运动的同时，通过甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11实时监测瓦斯抽采管道1内部的甲烷浓度c、管道内的流量q、球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d以及球形装置6的轴向移动位移x；

步骤三：将步骤二中监测到的数据通过无线实时传输到地面信息处理终端3，并通过地面信息处理终端3对数据处理分析，从而监测到瓦斯抽采管道1是否发生堵塞或泄露。

进一步的，所述步骤三中对瓦斯抽采管路1是否发生堵塞的判断方法如下：

步骤一：实时监测球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d，其数值应该满足公式(1)

d＝h-d1(1)

式中：d为球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离；

h为瓦斯抽采管道的管径；

d1为球形装置的直径；

如果瓦斯抽采管道处于正常运行状况，没有发生堵塞则球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d应该为一个常数，如果瓦斯抽采管道1发生堵塞则球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d会发生改变；

步骤二：当球形装置6监测到球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d发生改变的同时记录此时球形装置6的轴向移动位移x1，当球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d恢复到正常值时记录此时球形装置6的轴向移动位移x2，则积水积渣4所造成的瓦斯抽采管道1堵塞长度为x2-x1；

步骤三：将球形装置6在堵塞位置监测到的球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d与瓦斯抽采管道1堵塞的长度x2-x1进行拟合得到球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d和积水积渣4所造成的瓦斯抽采管道1堵塞的长度x2-x1的函数关系d(x)，则积水积渣4所造成的堵塞体积v1满足公式(2)

式中：v1为积水积渣的堵塞体积；

h为瓦斯抽采管道的管径；

d1为球形装置的直径；

x2-x1为堵塞长度；

d为球形装置与瓦斯抽采管道内壁的距离；

如果瓦斯抽采管道1不堵塞，则此段瓦斯抽采管道1的体积满足公式(3)

步骤四：根据v1和v2的比值，确定瓦斯抽采管道1的堵塞程度。

将步骤四中的所述瓦斯抽采管道1的堵塞程度划分为轻微堵塞a3、一般堵塞a2、严重堵塞a1三个等级，等级划分依据公式(4)

进一步的，所述步骤三中对瓦斯抽采管道1是否发生泄露的判断方法如下：

步骤一：通过对瓦斯抽采管道1与放水器9接口处前后1m的甲烷浓度c以及管道内流量q的分析处理确定抽采钻孔10是否发生泄露；每隔0.1m取一个甲烷浓度ci和管道流量qj,接口处前1m甲烷平均浓度和管道平均流量分别为接口处后1m甲烷平均浓度和管道平均流量分别为如果发生泄露则其中α＝ηβ；

步骤二：将步骤一中的泄露程度划分为轻微泄露b3、一般泄露b2、严重泄露b1三个等级，泄露等级划分依据公式为(5)；对于瓦斯抽采管道1其他位置的泄露监测通过甲烷传感器8实时监测到的甲烷浓度来判定；若瓦斯抽采管道1没有发生泄露，则瓦斯抽采管道1中的甲烷浓度c不变，即c1＝c2＝…＝cn，若发生管道泄露则外部空气漏入管道内导致甲烷浓度被稀释，浓度变小，泄露等级划分依据公式(6)

本发明监测到的数据不受瓦斯抽采管道1管材材质的影响，所述瓦斯抽采管道1的材质可以为铁管、pe管、pvc管、玻璃纤维管等其他井下瓦斯抽采常用管均适用。

由于瓦斯抽采管道中环境恶劣，为延长球形装置6的使用寿命，本发明优选将所述球形装置6的外部采用防爆设计。

在球形装置6的内部设置本安电源，该本安电源分别为甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11供电。

本发明用于智能监测瓦斯抽采管路运行状况的监测系统，将甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11均安装在球形装置6内，球形装置6设置在瓦斯抽采管道1内，并依靠抽采负压的作用在瓦斯抽采管道1内部运动；球形装置6在瓦斯抽采管道1内运动的同时，通过甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11实时监测瓦斯抽采管道1内部的甲烷浓度c、管道内的流量q、球形装置6与瓦斯抽采管道1内壁的距离d以及球形装置6的移动位移x；将甲烷传感器8、流量传感器5、超声波距离传感器7、位移传感器11监测到的数据通过无线实时传输到地面信息处理终端3，并通过地面信息处理终端3对数据处理分析，从而监测到瓦斯抽采管道1是否发生堵塞或泄露，该系统结构简单，使用方便，球形装置6适合井下各种瓦斯抽采管道，其可以做到实时监测，且整个监测过程无死角。