一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统

一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统
【技术领域】
1.本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其是一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统。

背景技术：

2.着眼煤炭领域，随着表层或近地煤炭资源的消耗，人们不得不将目光转为中深层煤炭资源的开采。然而随着开采深度的增加，瓦斯含量及瓦斯压力也随之增加，煤层突出危险性愈来愈大，治理瓦斯显得尤为重要。常用的瓦斯治理措施有保护层开采和预抽煤层瓦斯等，当不具备开采保护层的条件时，预抽煤层瓦斯成为了主要防治措施；预抽煤层瓦斯主要采用顺层钻孔或穿层钻孔对瓦斯进行抽采。而随着矿井采掘机械化技术的提升，钻机、钻杆器械及钻进技术的大力发展，已经出现能够钻进1000m以上的钻机，瓦斯抽采钻孔长度也随之增加。但在钻孔长度增加的同时，也带来了诸多问题，其中解决钻孔深度和抽采负压的匹配性成为了关键一环。
3.目前，国内外学者对矿井瓦斯抽采理论的研究成果大多是针对几十米的浅钻孔，基本不考虑长钻孔在中后段的压降问题，这对于长钻孔的施工现场来说存在一定的盲目性，无法把控瓦斯抽采的压力以及瓦斯浓度问题，智能化程度较低，需要人为调控，并且整个开采过程的安全难以确保。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统，提高了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配度，解决了长钻孔中后段的压力损失问题，其经济适用性较高，避免高成本，低回报的不利情况。
5.本技术是通过以下技术方案实现的：一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，该方法包括如下步骤：
6.步骤s1：将瓦斯抽采泵、异常判断单元、距离测定单元、增压单元、预警单元和经济适用性判断单元组装，构建定向长钻孔瓦斯抽采平台，且于钻孔全孔段装设传感器并进行编号，得到全孔段抽采压力、以及瓦斯浓度；
7.步骤s2：异常判断单元判断步骤s1中的传感器是否回传异常数据；
8.如果是，则进行步骤s3，否则进行步骤s8；
9.步骤s3:异常判断单元根据所述步骤s2中回传异常数据的实际传感器情况，判断是否由开采深度引起异常；
10.如果是，则进行步骤s4，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
11.步骤s4：在步骤s3回传异常数据的一个或多个传感器中，距离测定单元确定距离钻孔口最近的异常传感器并判断其处于钻孔的位置，增压单元根据其所在钻孔的位置采用对应的速率进行增压，并实时监测钻孔底部的压力是否在降低；
12.如果是，则进入步骤s5，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
13.步骤s5：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否接近1
±
0.5kpa；
14.如果是，则降低增压的速率并进入步骤s6，否则升高增压速率，并返回步骤s4；
15.步骤s6：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否为负压；
16.如果是，则停止增压并进入步骤s7，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
17.步骤s7：经济适用性判断单元判断是否处于实际现场瓦斯抽采泵经济运行的阈值；
18.如果是，则进入步骤s8，否则预警单元向终端发送报警信号，并重新设定抽采方案；
19.步骤s8：正常运行。
20.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，所述步骤s2中异常数据应根据压力的大小以及传感器的数量进行综合判断。
21.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，所述步骤s3中，判断是否由开采深度引起异常步骤如下：
22.步骤s31：若从某一传感器开始且位于其所在位置朝向钻孔底部的传感器压力都为正压并逐步升高，则认为异常是由于钻孔开采深度引起；否则，则只是个别传感器压力出现异常，则应停止瓦斯抽采平台工作并检查瓦斯抽采平台是否正常。
23.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，所述步骤s4中传感器所处全孔段的位置应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段。
24.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，当异常传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于中段时，采用0.3kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压。
25.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，所述步骤s7中时间现场瓦斯抽采经济运行阈值的确定依据包括：瓦斯抽采泵运行时所消耗的费用处于矿产经济负担范围之内、以及瓦斯抽采泵的运行效率不低于60％。
26.一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，包括与所述瓦斯抽采泵电连接的处理器、以及装设于钻孔全孔段并与所述处理器电连接的传感器，所述处理器包括与处理器主板、以及分别与所述处理器主板电连接的异常判断单元、距离测定单元、增压单元和预警单元，所述传感器分别与所述异常判断单元、所述距离测定单元电连接。
27.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，所述传感器上集成有压力检测模块、以及瓦斯浓度检测模块。
28.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，所述增压单元包括初次增压模块、以及再次增压模块，所述初次增压模块通过所述处理器主板与所述距离测定单元电连接，所述再次增压单元通过所述处理器主板与钻孔底部的所述传感器电连接。
29.如上所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，该瓦斯抽采系统还包括与所述处理器主板电连接的经济适用性判断单元。
30.与现有技术相比，本技术有如下优点：
31.1、本发明的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，步骤s1：将瓦斯抽采泵、异常判断单元、距离测定单元、增压单元、预警单元和经济适用性判断单元组装，构建定向长钻孔瓦斯抽采平台，且于钻孔全孔段装设传感器并进行编号，得到全孔段抽采压力、以及瓦斯浓度；步骤s2：异常判断单元判断步骤s1中的传感器是否回传异常数据；步骤s3:异常判断单元根据所述步骤s2中回传异常数据的实际传感器情况，判断是否由开采深度引起异常；步骤s4：在步骤s3回传异常数据的一个或多个传感器中，距离测定单元确定距离钻孔口最近的异常传感器并判断其处于钻孔的位置，增压单元根据其所在钻孔的位置采用对应的速率进行增压，并实时监测钻孔底部的压力是否在降低；步骤s5：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否接近1
±
0.5kpa；步骤s6：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否为负压；步骤s7：经济适用性判断单元判断是否处于实际现场瓦斯抽采泵经济运行的阈值；步骤s8：正常运行，提高了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配度，解决了长钻孔中后段的压力损失问题，其经济适用性较高，避免高成本，低回报的不利情况。
32.2、本发明的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，包括与所述瓦斯抽采泵电连接的处理器、以及装设于钻孔全孔段并与所述处理器电连接的传感器，所述处理器包括与处理器主板、以及分别与所述处理器主板电连接的异常判断单元、距离测定单元、增压单元和预警单元，所述传感器分别与所述异常判断单元、所述距离测定单元电连接，提高了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配度，解决了长钻孔中后段的压力损失问题，其经济适用性较高，避免高成本，低回报的不利情况。
【附图说明】
33.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例的辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法的流程图。
35.图2为本技术实施例的辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统的原理图。
【具体实施方式】
36.为了使本技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.如图1-2所示，本技术实施例提出一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，该方法包括如下步骤：
38.步骤s1：将瓦斯抽采泵、异常判断单元、距离测定单元、增压单元、预警单元和经济适用性判断单元组装，构建定向长钻孔瓦斯抽采平台，且于钻孔全孔段装设传感器并进行编号，得到全孔段抽采压力、以及瓦斯浓度；
39.步骤s2：异常判断单元判断步骤s1中的传感器是否回传异常数据；
40.如果是，则进行步骤s3，否则进行步骤s8；
41.步骤s3:异常判断单元根据所述步骤s2中回传异常数据的实际传感器情况，判断
是否由开采深度引起异常；
42.如果是，则进行步骤s4，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
43.步骤s4：在步骤s3回传异常数据的一个或多个传感器中，距离测定单元确定距离钻孔口最近的异常传感器并判断其处于钻孔的位置，增压单元根据其所在钻孔的位置采用对应的速率进行增压，并实时监测钻孔底部的压力是否在降低；
44.如果是，则进入步骤s5，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
45.步骤s5：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否接近1
±
0.5kpa；
46.如果是，则降低增压的速率并进入步骤s6，否则升高增压速率，并返回步骤s4；
47.步骤s6：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否为负压；
48.如果是，则停止增压并进入步骤s7，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；
49.步骤s7：经济适用性判断单元判断是否处于实际现场瓦斯抽采泵经济运行的阈值；
50.如果是，则进入步骤s8，否则预警单元向终端发送报警信号，并重新设定抽采方案；
51.步骤s8：正常运行。
52.所述步骤s2中异常数据应根据压力的大小以及传感器的数量进行综合判断；所述步骤s3中，判断是否由开采深度引起异常步骤如下：步骤s31：若从某一传感器开始且位于其所在位置朝向钻孔底部的传感器压力都为正压并逐步升高，则认为异常是由于钻孔开采深度引起；否则，则只是个别传感器压力出现异常，则应停止瓦斯抽采平台工作并检查瓦斯抽采平台是否正常；所述步骤s4中传感器所处全孔段的位置应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段；当异常传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于中段时，采用0.3kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压；所述步骤s7中时间现场瓦斯抽采经济运行阈值的确定依据包括：瓦斯抽采泵运行时所消耗的费用处于矿产经济负担范围之内、以及瓦斯抽采泵的运行效率不低于60％。
53.一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，包括与所述瓦斯抽采泵电连接的处理器1、以及装设于钻孔全孔段并与所述处理器1电连接的传感器2，所述处理器1包括与处理器主板11、以及分别与所述处理器主板11电连接的异常判断单元12、距离测定单元13、增压单元14和预警单元15，所述传感器2分别与所述异常判断单元12、所述距离测定单元13电连接，通过所述异常判断单元12和所述距离测定单元13，确保了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配性，一定程度上解决长钻孔在中后段的压力损失问题，并且增设的所述预警单元15可以对实际瓦斯抽采工作的监督管理带来帮助；所述传感器2上集成有压力检测模块21、以及瓦斯浓度检测模块22；所述增压单元14包括初次增压模块141、以及再次增压模块142，所述初次增压模块141通过所述处理器主板11与所述距离测定单元13电连接，所述再次增压单元142通过所述处理器主板11与钻孔底部的所述传感器2电连接，全孔段应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段，所述初次增压模块141根据所述传感器2的位
置，控制瓦斯抽采泵对钻孔内进行增压，其中距离钻孔最近的所述传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于中段时，采用0.3kpa的间隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压，在瓦斯抽采泵进行增压时，钻孔底部的所述传感器2对压力进行检测，所述再次增压模块142根据钻孔底部所述传感器2的压力数据与临界值和零刻度值比较，决定再次增压的速率，当抽采负压从正压转为负压后停止继续增压，不同的增压方案以及多个增压速率判断单元，一定程度上可以保证增压结果的准确性，避免盲目增加压力；该瓦斯抽采系统还包括与所述处理器主板11电连接的经济适用性判断单元16，可以确保所有增压行为是在矿井经济能力范围之内，避免高成本，低回报的不利情况。
54.根据实际矿井的煤层地质资料和赋存情况进行构建瓦斯抽采平台，并在钻孔全孔段排布所述传感器2，并按照从钻孔底部到钻孔孔口的顺序进行编号，通过所述异常判断单元12对所述传感器2回传的异常情况检测并做出判断，其中所述传感器2的异常情况应根据压力的大小以及传感器的数量进行综合判断，若从某一所述传感器2开始且位于其后的所述传感器2压力都为正压并逐步升高，则认为异常是由于钻孔开采深度引起；若只是个别所述传感器压力出现异常，则应停止工作并检查系统或器械是否正常，并同时所述距离测定单元13根据所述传感器2的编号以及各所述传感器2的间隔情况，确定离钻孔孔口最近的所述传感器2，并判断其位于全孔段的位置，其中全孔段应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段，所述初次增压模块141根据所述传感器2的位置，控制瓦斯抽采泵对钻孔内进行增压，其中距离钻孔最近的所述传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于中段时，采用0.3kpa的间隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压，在瓦斯抽采泵进行增压时，钻孔底部的所述传感器2对压力进行检测，所述再次增压模块142根据钻孔底部所述传感器2的压力数据与临界值和零刻度值比较，决定再次增压的速率，当抽采负压从正压转为负压后停止继续增压，所述经济适用性判断单元16，配置为根据调整后瓦斯抽采泵所消耗的经济费用与矿井计划分配经济费用进行比较，决定增压是否经济适用。
55.综上所述，本技术具有但不限于以下有益效果：
56.本发明的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，包括与所述瓦斯抽采泵电连接的处理器1、以及装设于钻孔全孔段并与所述处理器1电连接的传感器2，所述处理器1包括与处理器主板11、以及分别与所述处理器主板11电连接的异常判断单元12、距离测定单元13、增压单元14和预警单元15，所述传感器2分别与所述异常判断单元12、所述距离测定单元13电连接，通过所述异常判断单元12和所述距离测定单元13，确保了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配性，一定程度上解决长钻孔在中后段的压力损失问题，并且增设的所述预警单元15可以对实际瓦斯抽采工作的监督管理带来帮助；所述传感器2上集成有压力检测模块21、以及瓦斯浓度检测模块22；所述增压单元14包括初次增压模块141、以及再次增压模块142，所述初次增压模块141通过所述处理器主板11与所述距离测定单元13电连接，所述再次增压单元142通过所述处理器主板11与钻孔底部的所述传感器2电连接，全孔段应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段，所述初次增压模块141根据所述传感器2的位置，控制瓦斯抽采泵对钻孔内进行增压，其中距离钻孔最近的所述传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于中段时，采用0.3kpa的间
隔进行增压；距离钻孔最近的所述传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压，在瓦斯抽采泵进行增压时，钻孔底部的所述传感器2对压力进行检测，所述再次增压模块142根据钻孔底部所述传感器2的压力数据与临界值和零刻度值比较，决定再次增压的速率，当抽采负压从正压转为负压后停止继续增压，不同的增压方案以及多个增压速率判断单元，一定程度上可以保证增压结果的准确性，避免盲目增加压力；该瓦斯抽采系统还包括与所述处理器主板11电连接的经济适用性判断单元16，可以确保所有增压行为是在矿井经济能力范围之内，避免高成本，低回报的不利情况。
57.应当理解的是，本技术中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
58.如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本技术的具体实施只局限于这些说明。凡与本技术的方法、结构等近似、雷同，或是对于本技术构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本技术的保护范围。

技术特征：

1.一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤s1：将瓦斯抽采泵、异常判断单元、距离测定单元、增压单元、预警单元和经济适用性判断单元组装，构建定向长钻孔瓦斯抽采平台，且于钻孔全孔段装设传感器并进行编号，得到全孔段抽采压力、以及瓦斯浓度；步骤s2：异常判断单元判断步骤s1中的传感器是否回传异常数据；如果是，则进行步骤s3，否则进行步骤s8；步骤s3:异常判断单元根据所述步骤s2中回传异常数据的实际传感器情况，判断是否由开采深度引起异常；如果是，则进行步骤s4，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；步骤s4：在步骤s3回传异常数据的一个或多个传感器中，距离测定单元确定距离钻孔口最近的异常传感器并判断其处于钻孔的位置，增压单元根据其所在钻孔的位置采用对应的速率进行增压，并实时监测钻孔底部的压力是否在降低；如果是，则进入步骤s5，否则预警单元向终端发送报警信号，并进行检修维护，待该瓦斯抽采平台恢复正常运作，返回步骤s1；步骤s5：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否接近1kpa；如果是，则降低增压的速率并进入步骤s6，否则升高增压速率，并返回步骤s4；步骤s6：异常判断单元判断钻孔底部传感器所检测的压力是否为负压；如果是，则停止增压并进入步骤s7，否则向终端发送信号，提醒技术人员检查；步骤s7：经济适用性判断单元判断是否处于实际现场瓦斯抽采泵经济运行的阈值；如果是，则进入步骤s8，否则预警单元向终端发送报警信号，并重新设定抽采方案；步骤s8：正常运行。2.根据权利要求1所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤s2中异常数据应根据压力的大小以及传感器的数量进行综合判断。3.根据权利要求1所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤s3中，判断是否由开采深度引起异常步骤如下：步骤s31：若从某一传感器开始且位于其所在位置朝向钻孔底部的传感器压力都为正压并逐步升高，则认为异常是由于钻孔开采深度引起；否则，则只是个别传感器压力出现异常，则应停止瓦斯抽采平台工作并检查瓦斯抽采平台是否正常。4.根据权利要求1所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤s4中传感器所处全孔段的位置应根据实现现场钻孔深度进行三等均分，分别为近段、中段和远段。5.根据权利要求4所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，当异常传感器位于近段时，采用0.5kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于中段时，采用0.3kpa的间隔进行增压；当异常传感器位于远段时，采用0.1kpa的间隔进行增压。6.根据权利要求1所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤s7中时间现场瓦斯抽采经济运行阈值的确定依据包括：瓦斯抽采泵运行时所消耗的费用处于矿产经济负担范围之内、以及瓦斯抽采泵的运行效率不低于60％。7.一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，其特征在于，包括与所述瓦斯抽采泵电连接的
处理器(1)、以及装设于钻孔全孔段并与所述处理器(1)电连接的传感器(2)，所述处理器(1)包括与处理器主板(11)、以及集成于所述处理器主板(11)上的异常判断单元(12)、距离测定单元(13)、增压单元(14)和预警单元(15)，所述传感器(2)分别与所述异常判断单元(12)、所述距离测定单元(13)电连接。8.根据权利要求7所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，其特征在于，所述传感器(2)上集成有压力检测模块(21)、以及瓦斯浓度检测模块(22)。9.根据权利要求7所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，其特征在于，所述增压单元(14)包括初次增压模块(141)、以及再次增压模块(142)，所述初次增压模块(141)通过所述处理器主板(11)与所述距离测定单元(13)电连接，所述再次增压单元(142)通过所述处理器主板(11)与钻孔底部的所述传感器(2)电连接。10.根据权利要求7所述的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采系统，其特征在于，该瓦斯抽采系统还包括与所述处理器主板(11)电连接的经济适用性判断单元(16)。

技术总结

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其是一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统，包括构建定向长钻孔瓦斯抽采平台，根据传感器回传的异常数据判断异常与开采深度的关系，并根据检测数据进行对长钻孔内增压，并进行经济适用性判断。本申请提供的一种辅助定向长钻孔瓦斯抽采方法及系统，提高了瓦斯抽采负压与长钻孔深度的匹配度，解决了长钻孔中后段的压力损失问题，其经济适用性较高，避免高成本，低回报的不利情况。利情况。利情况。