《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》是煤炭科學技術研究院有限公司於2014年6月5日申請的專利，該專利的公布號為CN104018883A，公布日為2014年9月3日，發明人是常未斌、張浪、張輝、汪東、安賽、孫曉軍、潘多偉、季文博。
《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》包括兩個監測子系統，一個是線上監測分析系統，一個是離線監測分析系統；其中，線上監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器（1）、若干個瓦斯壓力監測分站（2）、礦用電源（3）和安裝有控制程式的數據伺服器（4）；離線監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器（1）、若干個瓦斯壓力監測分站（2）、該安手持儀（5）和安裝有控制程式的數據伺服器（4）；安裝有控制程式的數據伺服器（4）具有兩種數據分析模式：一種是測定煤層原始瓦斯壓力模式；一種是考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式。該發明能夠更全面、客觀、高效的監測煤層瓦斯壓力，為煤礦企業治理瓦斯提供科學的依據。
2017年12月11日，《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統
- 申請人：煤炭科學技術研究院有限公司
- 申請日：2014年6月5日
- 申請號：2014102455942
- 公布日：2014年9月3日
- 公布號：CN104018883A
- 發明人：常未斌、張浪、張輝、汪東、安賽、孫曉軍、潘多偉、季文博
- 地址：北京市朝陽區和平街青年溝路5號
- 分類號：E21F17/18(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年6月，中國煤炭年開採量一直穩居世界首位，但由於中國煤礦礦井地質條件普遍複雜，在煤炭開採量急劇增加的同時，煤礦災害也日益突出，嚴重危害著礦井生產安全。瓦斯災害是其中最為嚴重的災害之一，瓦斯治理在中國國內多數重點礦區均作為煤礦安全生產的頭等大事來抓。經過科研工作者和生產技術人員長期的理論研究和生產實踐，中國已初步建立了“以煤層瓦斯含量測定為基礎，以瓦斯危險程度預測為依據，以瓦斯防治措施為手段”的瓦斯綜合治理模式。
煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的主要因素，二者之間存在直接的關聯，同時，煤層瓦斯壓力也是煤礦進行煤與瓦斯突出危險性鑑定、煤層突出危險性預測、消突評估、煤層突出危險性區域劃分、消突評價等瓦斯綜合治理過程中最為倚重的基礎性數據。因此，對煤層瓦斯壓力進行全面、客觀、高效的監測分析已成為煤礦企業進行瓦斯治理的首要任務。
2014年前，監測煤層瓦斯壓力主要有兩種方法：一種是使用傳統的指針式壓力人工表讀取有關瓦斯壓力數據；一種是使用基於單片機的監測裝置進行自動監測。與傳統的指針式壓力表相比，自動監測系統可以實現瓦斯壓力數據的連續觀測和記錄，並且可以自動繪製煤層瓦斯壓力變化曲線，因此，自動監測裝置克服了人工讀取數據工作量大、數據連續性差、數據量少、誤差大等缺點。
但是，2014年前已有的自動監測系統存在諸多問題：（1）採集點平均，不能很好的反映煤層瓦斯壓力的變化規律；（2）布線複雜；（3）功耗高；（3）不能進行數據實時分析；（4）設備功能單一，無法滿足煤礦企業對瓦斯監測更為全面、客觀的數據要求；（5）智慧型化程度低。
綜上所述，2014年6月之前的煤層瓦斯壓力監測系統無法滿足煤礦企業，尤其是高瓦斯和煤與瓦斯突出問題嚴重的煤礦企業，進行瓦斯治理、保證生產安全的根本性要求。
發明內容
技術方案
《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》包括兩個監測子系統，一個是線上監測分析系統；一個是離線監測分析系統。其中，所述線上監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器、若干個瓦斯壓力監測分站、礦用電源和安裝有控制程式的數據伺服器；所述離線監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器、若干個瓦斯壓力監測分站、該安手持儀和安裝有控制程式的數據伺服器。兩個子系統可以單獨使用，如果同時使用，兩個子系統共用同一個安裝有控制程式的數據伺服器。
對於鋪設了井下環網的礦井，且要求長期對瓦斯壓力進行監測，可以採用線上監測分析系統，可以為礦井節省大量的人力、物力和財力。對於井下沒有鋪設環網的礦井，或只要求較短時間內對煤層瓦斯壓力進行監測，可以採用離線監測分析系統。
上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統包括兩種數據分析模式：一種是測定煤層原始瓦斯壓力模式；一種是考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式。第一種模式用於監測記錄分析煤層瓦斯壓力的上升變化規律，第二種模式用於監測記錄分析煤層瓦斯壓力下降的變化規律。具體套用哪一種模式通過所述安裝有控制程式的數據伺服器進行選擇。
在上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統中，所述考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式包括兩個監測功能：第一個為測定煤層瓦斯壓力功能；第二個為考察煤層瓦斯有效抽放半徑功能。在用於考察煤層瓦斯有效抽放半徑時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統預先設定一個監控條件，當監控條件滿足時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統即自動結束監測。線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統提供了四種監測自動結束控制模式，分別為抽放率模式、消突模式、綜合模式和擴展模式，用於設定不同的監控條件。
所述抽放率模式具體含義是：如果瓦斯在抽放後，煤層殘存瓦斯壓力小於原始煤層瓦斯壓力的49％時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動結束監測。所述消突模式具體含義是：當煤層瓦斯壓力低於0.74兆帕時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動結束監測。所述綜合模式是對上述兩種模式的綜合，具體含義是：當煤層瓦斯壓力低於0.74兆帕且煤層殘存瓦斯壓力低於原始煤層瓦斯壓力的49％時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動結束監測。
所述擴展模式具體含義是：煤礦企業根據礦井具體的安全生產要求，自行設定煤層瓦斯壓力閥值，當煤層瓦斯壓力低於預設的煤層瓦斯壓力閥值時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動結束監測。上述四種監測自動結束控制模式通過所述安裝有控制程式的數據伺服器進行選擇。
上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統包括數據採集頻率控制模組，所述數據採集頻率控制模組可以根據煤層瓦斯壓力變化規律自動調整數據採集頻率。當煤層瓦斯壓力上升較慢或者煤層瓦斯壓力穩定時，上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動降低數據採集頻率；當煤層瓦斯壓力上升較快或者突然上升時，上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統自動提高數據採集頻率，完整的監測煤層瓦斯壓力突變過程。上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統可以在保證採集數據準確並能反映煤層瓦斯壓力變化規律的前提下，有效降低功耗。具體實現方式為：
利用所述數據採集頻率控制模組，預先設定兩個反映煤層瓦斯壓力變化率ΔP的閥值，即一個最大閥值ΔPmax和一個最小閥值ΔPmin。當ΔP≥ΔPmax時，增加數據採集頻率；當ΔP≤ΔPmin時，降低數據採集頻率；當ΔP介於ΔPmax和ΔPmin之間時，數據採集頻率保持不變。上述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統設定有兩種測壓報警模式：主動測壓報警模式和被動測壓報警模式。
在正常情況下，煤層瓦斯壓力變化過程是一個上升過程到最終穩定的過程。當選擇主動測壓報警模式時，在設定的監測時間內，煤層瓦斯壓力如果出現下降現象，則說明測壓孔出現漏氣，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統發出報警信號，此情況下的測壓孔按廢孔處理。
如果煤層瓦斯壓力只要求較短的監測時間，則選擇主動測壓報警模式較為合適。當採用被動測壓模式時，應先向測壓孔注氮氣，一部分氮氣被煤層吸附以後，煤層瓦斯壓力會自然下降，這個階段不報警，而當煤層瓦斯壓力第一次開始上升以後的時間段內如果煤層瓦斯壓力再一次出現下降的情況時，則說明測壓孔漏氣，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統發出報警信號，此情況下的測壓孔按廢孔處理。
改善效果
《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》的上述技術方案相比2014年6月之前的技術具有以下優點：
①該發明提供的線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，採用數據採集頻率控制模組，設定煤層瓦斯壓力變化率ΔP的閥值，完整記錄瓦斯壓力的突變過程，提供能反映瓦斯變化規律的壓力曲線圖，因此，該發明克服了已有監測系統採集點平均，不能很好的適應瓦斯壓力變化規律的問題。
②該發明提供的線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，同①，採用數據採集頻率控制模組，當瓦斯壓力變化率小於設定的閥值時，可以減低採樣頻率，當瓦斯壓力變化很小或者在監測期間瓦斯壓力穩定時，可以設定系統處於休眠狀態，因此，該發明功耗低。
③該發明提供的線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，在考察煤層瓦斯壓力過程中設定了兩種模式（主動測壓和被動測壓），並且設定瓦斯壓力下降報警；在考察瓦斯抽放半徑過程中，設定四種模式，可以滿足煤礦井下不同的抽采要求，因此，該發明實現對數據實時分析，克服了2014年6月之前的監測系統功能單一，智慧型化程度低，不能在煤礦井下推廣套用的問題。
附圖說明
圖1是該發明線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統結構及布置示意圖；
圖2是該發明線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統中安裝有控制程式的數據伺服器的控制程式功能示意圖；
圖3是該發明線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統運行流程圖。
圖中標記為：1-瓦斯壓力感測器，2-瓦斯壓力監測分站，3-礦用電源，4-安裝有控制程式的數據伺服器，5-該安手持儀，6-井下環網，7-地面區域，8-井下區域。
權利要求
1.《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》其特徵在於：包括兩個監測子系統，一個是線上監測分析系統，一個是離線監測分析系統；其中，所述線上監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器（1）、若干個瓦斯壓力監測分站（2）、礦用電源（3）和安裝有控制程式的數據伺服器（4）；所述離線監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器（1）、若干個瓦斯壓力監測分站（2）、該安手持儀（5）和安裝有控制程式的數據伺服器（4）；所述安裝有控制程式的數據伺服器（4）具有兩種數據分析模式：一種是測定煤層原始瓦斯壓力模式；一種是考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式。
2.根據權利要求1所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：所述考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式包括兩個監測功能：第一個為測定煤層瓦斯壓力功能；第二個為考察煤層瓦斯有效抽放半徑功能。
3.根據權利要求1-2任一所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：在考察煤層瓦斯有效抽放半徑模式下，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統預先設定一個監控條件，當監控條件滿足時，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統即自動結束監測。
4.根據權利要求3所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：提供了四種監測自動結束控制模式，分別為抽放率模式、消突模式、綜合模式和擴展模式。
5.根據權利要求1-4所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：所述安裝有控制程式的數據伺服器（4）包括數據採集頻率控制模組，所述數據採集頻率控制模組可以根據煤層瓦斯壓力變化規律自動調整數據採集頻率。
6.根據權利要求5任一所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：利用所述數據採集頻率控制模組預先設定兩個反映煤層瓦斯壓力變化率ΔP的閥值，即一個最大閥值ΔPmax和一個最小閥值ΔPmin。當ΔP≥ ΔPmax時，增加數據採集頻率；當ΔP≤ΔPmin時，降低數據採集頻率；當ΔP介於ΔPmax和ΔPmin之間時，數據採集頻率保持不變。
7.根據權利要求1-6任一所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，其特徵在於：設定有兩種測壓報警模式：主動測壓報警模式和被動測壓報警模式，用於確定測壓孔是否應按廢孔處理。
實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，所述線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統，包括兩個監測子系統，一個是線上監測分析系統，一個是離線監測分析系統。其中，所述線上監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器1、若干個瓦斯壓力監測分站2、礦用電源3和安裝有控制程式的數據伺服器4；所述離線監測分析系統包括若干個瓦斯壓力感測器1、若干個瓦斯壓力監測分站2、該安手持儀5和安裝有控制程式的數據伺服器4。
所述瓦斯壓力感測器1、所述瓦斯壓力監測分站2、所述礦用電源3及所述該安手持儀5均布置於井下區域8內，所述安裝有控制程式的數據伺服器4安裝於地面區域7內。
對於所述線上監測分析系統，所述瓦斯壓力感測器1的信號輸入端接入瓦斯壓力的管路上，所述瓦斯壓力感測器1的信號輸出端與所述瓦斯壓力監測分站2的輸入端相連，所述瓦斯壓力監測分站2通過井下環網6，連線所述安裝有控制程式的數據伺服器4，所述安裝有控制程式的數據伺服器4的控制程式對接收到的瓦斯壓力數值進行分析，根據一段時間內瓦斯壓力變化情況，計算出煤層瓦斯的原始壓力或抽采半徑。
對於所述離線監測分析系統，所述瓦斯壓力感測器1的信號輸入端接入瓦斯壓力的管路上，所述瓦斯壓力感測器1的信號輸出端與所述瓦斯壓力監測分站2的輸入端相連，將數據存儲於所述瓦斯壓力監測分站2內部的數據存儲器，需要讀取數據時，將所述瓦斯壓力監測分站2的數據通過所述該安手持儀5帶到地面，與所述安裝有控制程式的數據伺服器4連線，然後用所述安裝有控制程式的數據伺服器4上的控制程式對接收到的瓦斯壓力數值進行分析。所述安裝有控制程式的數據伺服器4具有兩種數據分析模式：一種是測定煤層原始瓦斯壓力模式；一種是考察煤層瓦斯有效抽放半徑的模式。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種線上/離線煤層瓦斯壓力監測分析系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
