[发明专利]矿井巷道瓦斯分布动态云图生成方法及分析预警系统

权利要求书

1.矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：在井下关键区域安装井下监测设备，监测设备将获取到的监测数据传输到地面监控中心；

S2：根据监测地点监测到的风速、风压数据，代入建立的通风网络动态解算模型，进行动态解算，获取井下实时风量分配数据；

S3：根据监测地点监测到的瓦斯浓度数据，综合井下实时风量分配，带入巷道瓦斯分布计算模型中解算，获得井下实时巷道瓦斯浓度分布，在地面监控中心显示装置上显示巷道瓦斯浓度分布云图；分析井下通风瓦斯系统中可能存在的安全隐患，给出报警。

2.根据权利要求1所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，所述步骤S2中所述的通风网络动态解算模型通过以下步骤得到：

S21：假设巷道中的风流在巷道断面内的性质是均匀的，即假设为一维流体流动；获得矿井风网，选择风阻较小的分支作为树枝，选择风阻较大的分支作为弦，构成风网最小树；

S22：确立独立网孔或回路数目，选择独立网孔或回路，拟定各分支初始风量，求解校正值ΔQ,其计算方程为:式中：n为网孔或回路中的分支数；R_i为各分支风阻，单位为N·s²/m⁸；Q_i为各分支风量，单位为m³/s，第一次迭代计算时为初始风量，凭经验拟定；h_f为机械风压；h_n为自然风压；采用牛顿迭代法迭代计算，当满足ΔQ小于0.0001时，计算结束，得到所有分支矿井巷道实时风量。

3.根据权利要求2所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，所述步骤S22中，在通风网络动态解算模型通中，计算具有风速传感器的巷道时，将其假定为固定风量巷道，巷道风量值Q＝60*VS，式中：V为监测风速，单位为：m/s；S为巷道断面,单位为：m²；在风网中设定为余树；计算具有风流压力传感器的巷道时，将其假定为固定风压巷道，在风网中设定为普通分支。

4.根据权利要求1所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，所述步骤S3中所述的矿井巷道瓦斯分布计算模型，基于矿井通风网络构成；计算模型基于质量守恒原理，即单位时间内节点流入瓦斯质量与流出瓦斯质量相等，得出单个节点流出瓦斯浓度计算公式：式中：Q'_i为单位时间内节点前驱节点流入风量，单位为m³；C_i为节点前驱节点瓦斯浓度，％；T为单位时间；k为该节点前驱节点数；经过迭代计算，得出网络内所有节点流出瓦斯浓度，从而得出全矿井巷道瓦斯浓度。

5.根据权利要求1所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，将步骤S3中计算出的各巷道瓦斯浓度，通过设置浓度区间颜色在矿井示意图上进行动态显示。

6.根据权利要求1所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，其特征在于，该预警类型包括：

1)巷道瓦斯浓度超限预警：巷道瓦斯浓度预警依据实时监测、解算的全矿井各分支巷道瓦斯浓度，当瓦斯浓度超过设置的报警浓度时进行报警；

2)巷道瓦斯燃烧、爆炸预警：利用生成的巷道瓦斯浓度分布云图，结合有发火和爆炸危险性的关键巷道区域，对矿井瓦斯燃烧、爆炸进行灾害报警，并基于风网计算灾变后有害气体影响的矿井区域范围。

7.矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警系统，其特征在于，该系统包括：

井下监测设备，用于安装在井下关键区域，采集井下关键区域的瓦斯、风速、风压实时监控数据；

综合监控设备，用于接收各点矿井监测设备获取的实时监测数据，传输至地面监控中心；

地面监控中心，用于接收综合监控设备传输的井下实时数据，通过对实时监控风量数据进行通风网络动态解算获取全矿井巷道通风量分配，基于此风量数据，代入实时监测的关键区域瓦斯数据进行瓦斯分布计算，得到全矿井巷道瓦斯分布后在显示设备上显示全矿井巷道瓦斯浓度分布云图。

8.根据权利要求7所述的矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警系统，其特征在于，所述井下监测设备包括：风速传感器、风流压力传感器和甲烷传感器；所述井下关键区域包括：矿井及各采盘/区的各主要进回风巷道、采掘工作面、硐室；所述地面监控中心包括用于动态显示各监测点的风量、风压、瓦斯浓度变化及实时值的系统显示装置。