一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法

摘要

本发明提供一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法，采用以下步骤：1)采区主管路瓦斯浓度检测，2)计算向步进电机发送脉冲数，3)电动调节阀门开度的控制，其特征在于：在PLC控制的每个采样周期，利用瓦斯浓度传感器检测采区主管路瓦斯浓度并计算瓦斯浓度变化率；采区主管路中设置有步进电机控制的电动调节阀门，计算向步进电机发送的脉冲数；如果采区主管路瓦斯浓度上升，向步进电机顺时针方向发送脉冲，使阀门开度变大；如果瓦斯浓度下降，向步进电机逆时针方向发送脉冲，使阀门开度变小；如果瓦斯浓度不变则保持阀门开度不变。本发明优点是：能根据地下采区主管路瓦斯浓度的变化准确控制电动调节阀门，以提高抽放出瓦斯气体的浓度稳定性。

权利要求

1.一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法，采用以下步骤：

1)采区主管路瓦斯浓度检测，

2)计算向步进电机发送脉冲数，

3)电动调节阀门开度的控制，

其特征在于：步骤1)中，在PLC控制(3)的第k个采样周期，利用瓦斯浓度传感器(9)检测采区主管路(6)瓦斯浓度，设为s(k)，设第(k-1)个采样周期检测到的采区主管路(6)瓦斯浓度为s(k-1)，则第k个采样周期中瓦斯浓度变化率为e(k)＝[s(k)-s(k-1)]/s(k-1)；

步骤2)中，步进电机(7)和该采区主管路中线性流量特性阀门(8)组成电动调节阀门，计算第k个采样周期中向步进电机(7)发送的脉冲数Q(k)＝round[μ*e(k)/a]，其中μ为控制系数，是个常量，在140～160之间取值，a是步进电机步距角，round是四舍五入函数；

步骤3)中，在第k个采样周期，如果采区主管路(6)瓦斯浓度上升，即e(k)>0，则Q(k)>0，向步进电机(7)顺时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变大，如果采区主管路(6)瓦斯浓度下降，即e(k)<0，则Q(k)<0，向步进电机(7)逆时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变小，如果采区主管路(6)瓦斯浓度不变，即e(k)＝0，保持电动调节阀门开度不变；

所述步进电机步距角a为1.5°，所述控制系数μ取为150。

说明书

一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯控制方法，特别是涉及一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法。

背景技术

[0002] 在有机物质变成煤的过程中，同时产生大量的甲烷气体。矿井瓦斯爆炸是煤矿各种事故中后果最为惨重的一种灾害，不仅会造成大量人员伤亡，摧毁井下设备和设施，有时还会引起煤尘爆炸或者矿井火灾。高效的瓦斯抽放系统是煤矿安全生产必不可少的组成部分，同时瓦斯抽放后如何高效利用也是个重要问题。

[0003] 煤矿瓦斯抽放系统，一般由地面的水环真空泵连接抽采主管路，抽采主管路延伸至地下与多条采区主管路连接。各条采区主管路处于采煤工作面的不同位置，在抽采过程中各条采区主管路中瓦斯浓度会有变化。如果不对采区主管路中瓦斯气体流量进行控制，实践经验证明在地面经水环真空泵抽放、气水分离器排出的瓦斯气体浓度变化较大。当气水分离器排出的瓦斯气体浓度过于低时，这些瓦斯气体便没有利用价值，往往被直接排放到大气中。既是能源浪费，又增加了温室效应。因此，在地下采区主管路瓦斯浓度变化时如何相应的控制采区主管路气体流量，提高抽放出的瓦斯气体浓度稳定性，对于抽放出瓦斯气体的有效综合利用具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种水环真空泵抽放煤矿瓦斯中采区主管路控制方法，其技术方案为：采用以下步骤：1)采区主管路瓦斯浓度检测，2)计算向步进电机发送脉冲数，3)电动调节阀门开度的控制，其特征在于：步骤1)中，在PLC控制(3)的第k个采样周期，利用瓦斯浓度传感器(9)检测采区主管路(6)瓦斯浓度，设为s(k)，设第(k-1)个采样周期检测到的采区主管路(6)瓦斯浓度为s(k-1)，则第k个采样周期中瓦斯浓度变化率为e(k)＝[s(k)-s(k-1)]/s(k-1)；步骤2)中，步进电机(7)和该采区主管路中线性流量特性阀门(8)组成电动调节阀门，计算第k个采样周期中向步进电机(7)发送的脉冲数Q(k)＝round[μ*e(k)/a]，其中μ为控制系数，是个常量，在140～160之间取值，a是步进电机步距角，round是四舍五入函数；步骤3)中，在第k个采样周期，如果采区主管路(6)瓦斯浓度上升，即e(k)>0，则Q(k)>0，向步进电机(7)顺时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变大，如果采区主管路(6)瓦斯浓度下降，即e(k)<0，则Q(k)<0，向步进电机(7)逆时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变小，如果采区主管路(6)瓦斯浓度不变，即e(k)＝0，保持电动调节阀门开度不变。

[0005] 本发明与现有技术相比，其优点是：可以根据地下采区主管路瓦斯浓度的变化准确控制电动调节阀门，以提高抽放出瓦斯气体的浓度稳定性。

附图说明

[0006] 图1是本发明的水环真空泵抽放煤矿瓦斯采区系统结构示意图。

[0007] 图2是本发明的水环真空泵抽放煤矿瓦斯采区主管路控制流程图。

[0008] 图3是本发明的水环真空泵抽放煤矿瓦斯采区主管路控制结构。

[0009] 其中：1、水环真空泵 2、变频器 3、集中控制PLC 4、数据总线 5、抽采主管路 6、采区主管路 7、步进电机 8、线性流量特性阀门 9、瓦斯浓度传感器 10、采区分支管路 11、手动调节阀。

具体实施方式

[0010] 图1～3是本发明的一个实施例，下面结合图1～3对本发明做进一步详细描述。

[0011] 煤矿瓦斯抽放系统中，地面的水环真空泵连接抽采主管路，抽采主管路延伸至地下与多条采区主管路连接。每条采区主管路都安装有浓度传感器和电动调节阀门，其中电动调节阀门由步进电机和线性流量特性阀门组成。采用PLC集中控制所有采区主管路，即每条采区主管路的瓦斯浓度检测数据均传输到PLC，PLC计算每条采区主管路的浓度变化率和向步进电机发送脉冲数，进而控制各步进电机向顺时针方向或逆时针方向旋转一定角度实现阀门调节和气体流量控制。

[0012] 步骤1)：在PLC控制(3)的第k个采样周期，利用采区主管路浓度传感器(9)检测采区主管路(6)瓦斯浓度，设为s(k)，设第(k-1)个采样周期检测到的采区主管路(6)瓦斯浓度为s(k-1)，则第k个采样周期中瓦斯浓度变化率为e(k)＝[s(k)-s(k-1)]/s(k-1)。

[0013] 步骤2)：步进电机(7)和该采区主管路中线性流量特性阀门(8)组成电动调节阀门，计算第k个采样周期中向步进电机(7)发送的脉冲数Q(k)＝round[μ*e(k)/a]，其中μ为控制系数，是个常量，在140～160之间取值，a是步进电机步距角，round是四舍五入函数。

[0014] 步骤3)：在第k个采样周期，如果采区主管路(6)瓦斯浓度上升，即e(k)>0，则Q(k)>0，向步进电机(7)顺时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变大；如果采区主管路(6)瓦斯浓度下降，即e(k)<0，则Q(k)<0，向步进电机(7)逆时针方向发送|Q(k)|个脉冲，使电动调节阀门开度变小；如果采区主管路(6)瓦斯浓度不变，即e(k)＝0，保持电动调节阀门开度不变。

[0015] 控制系数μ根据实际需要在140～160之间取值。在本实施例中，步进电机步距角为1.5°，控制系数μ取为150。在实际瓦斯抽放中，当检测到某条采区主管路瓦斯浓度下降，由步进电机控制电动调节阀门开度减小，该采区主管路中气体流量随之降低，瓦斯浓度逐渐上升。当检测到某条采区主管路瓦斯浓度上升，由步进电机控制电动调节阀门开度增大，该采区主管路中气体流量随之增大，瓦斯浓度逐渐下降。通过对每条采区主管路中电动调节阀门的控制来提高抽放出瓦斯气体的浓度稳定性。

[0016] 该发明可在水环真空泵抽放煤矿瓦斯气体的矿山企业应用和推广。