一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，即將聲波傳感器置于瓦斯抽采管的彎曲段接受管內(nèi)積水和煤渣與管壁之間的摩擦聲波，通過監(jiān)測主機(jī)分析處理聲波信號強(qiáng)度，然后將聲波信號強(qiáng)度進(jìn)行比較，來精確找出抽采管道的堵塞區(qū)段，并得出管內(nèi)積水和煤渣的堵塞等級，從而實(shí)現(xiàn)對彎曲段附近點(diǎn)堵塞情況的監(jiān)測。本發(fā)明屬于便攜被動式聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，可實(shí)時探測抽采管道的堵塞程度，能夠快速指導(dǎo)管道疏通作業(yè)，從而提高瓦斯抽采效率；該方法不受管材材質(zhì)的影響，能夠?qū)Χ氯c(diǎn)進(jìn)行精確定位，安裝聲波傳感器時也不需對抽采管道進(jìn)行拆解，不影響瓦斯抽采的正常工作，具有極高的現(xiàn)場實(shí)用價值。
【專利說明】
-種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采 管道堵塞的方法，尤其適用于管內(nèi)易積水、積渣的瓦斯抽采管道堵塞監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002] 為減少煤炭開采過程中可能出現(xiàn)的瓦斯事故，當(dāng)煤層中的瓦斯含量達(dá)到一定值時 需要進(jìn)行瓦斯抽采。瓦斯抽采就是在煤體上設(shè)置一定數(shù)量的鉆孔，通過真空累抽走煤層中 的瓦斯。由于煤層中含有大量導(dǎo)水裂隙帶，在瓦斯抽采過程中，煤層中的水會經(jīng)過鉆孔進(jìn)入 抽采管路中，運(yùn)些水夾雜著煤屑在管路上行段和彎曲段容易出現(xiàn)積聚，從而造成抽采負(fù)壓 的損失，進(jìn)而降低抽采效率。目前，隨著礦井高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)方式的布局，開采工作面 設(shè)計的走向長度逐漸增大，瓦斯抽采管道總長度也隨之逐漸增加，同時該管道運(yùn)行于工作 面的整個開采周期，使用時間也逐步延長。因此，及時探測抽采管道的堵塞程度對抽采效率 至關(guān)重要。
[0003] 目前，瓦斯抽采管路堵塞監(jiān)測主要采用的是一種間接探測方式，即通過監(jiān)測管內(nèi) 的抽采負(fù)壓變化來反推堵塞程度。但該方式中抽采管路抽采負(fù)壓的觀測點(diǎn)有限，不能精確 定位堵塞點(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)用性不高；另外，在天然氣氣體輸送管路領(lǐng)域，采用主動發(fā)射聲波的方 式來判斷管道是否漏氣和堵塞，但該方式僅限于非金屬管路，不適合井下鐵質(zhì)瓦斯抽采管 路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，該方法可實(shí)時探 測抽采管道的堵塞程度，能夠快速指導(dǎo)管道疏通作業(yè)，從而提高瓦斯抽采效率;該方法不受 管材材質(zhì)的影響，能夠?qū)Χ氯c(diǎn)進(jìn)行精確定位，安裝聲波傳感器時也不需對抽采管道進(jìn)行 拆解，不影響瓦斯抽采的正常工作。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，步驟如 下：
[0006] a.將聲波傳感器置于瓦斯抽采管的壁面A點(diǎn)接收管內(nèi)積水和煤渣與管壁摩擦的聲 音信號，并通過監(jiān)測主機(jī)來分析處理聲波信號的強(qiáng)度;所述A點(diǎn)設(shè)置在瓦斯抽采管的彎曲 段；
[0007] b.在管壁上距離A點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B，監(jiān)測B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度;所述B點(diǎn)設(shè)置 在A點(diǎn)沿瓦斯流動方向的一側(cè)；
[0008] C.若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值大于A點(diǎn)，則在A點(diǎn)至B點(diǎn)方向并距離B點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān) 測點(diǎn)C，W此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅值為該段管 道堵塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn);若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值小于A點(diǎn)，則在B點(diǎn)至A點(diǎn)方向并距離A點(diǎn) 3-5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)C，W此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅 值為該段管道堵塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn)；
[0009] d.得出管內(nèi)積水和煤渣堵塞等級，并將堵塞等級顯示在顯示屏上。
[0010] 進(jìn)一步的，所述堵塞等級劃分為嚴(yán)重堵塞化4)、一般堵塞化3)、輕微堵塞化2)和不 堵塞化1)四個等級。
[0011] 進(jìn)一步的，所述堵塞等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)公式（1)和公式(2)，所述不堵塞化1)即 管路橫截面的堵塞范圍為0~5%，聲波平均幅值區(qū)間為1克、-,,.玄、=5。;];所述輕微堵塞化2) 即管路橫截面的堵塞范圍為5%~15%，聲波平均幅值區(qū)間為[了、-V.,，又、-,;。.,];所述一般堵 塞化3)即管路橫截面的堵塞范圍為15%~30%，聲波平均幅值區(qū)間為[支、-15%，義,40%];所 述嚴(yán)重堵塞化4)即管路橫截面的堵塞范圍為30 %~100 %，聲波平均幅值區(qū)間為 ， ^4=100% ];
[0014]式中，
[001引玄一聲波平均幅值;XI-第i個信號的幅值;N-時間ΔΤ內(nèi)采集的聲波個數(shù)。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟b中在管壁上距離A點(diǎn)4m內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B。
[0017] 優(yōu)選的，所述監(jiān)測主機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸線與聲波傳感器相連。
[0018] 本發(fā)明的工作原理：由于井下瓦斯抽采管路屬于負(fù)壓抽采，抽采管道內(nèi)積聚的水 和煤渣在管道彎曲段和上行區(qū)段容易出現(xiàn)積聚，同時在抽采負(fù)壓的吸引力與水和煤渣的重 力作用下，水和煤渣會在積聚段上下往復(fù)流動，夾雜著煤渣的水與管道壁產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而釋 放出摩擦聲波;本發(fā)明通過在管道外壁接受摩擦聲波對管內(nèi)的堵塞情況進(jìn)行探測分析，通 過建立的聲波平均幅值與堵塞程度的關(guān)系模型，對堵塞嚴(yán)重程度進(jìn)行等級劃分，從而快速 指導(dǎo)管道疏通作業(yè)，進(jìn)而提高瓦斯抽采效率。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1)本發(fā)明通過水和煤渣與管道壁之間的摩擦聲波的平均幅值大小來判斷管內(nèi)堵 塞情況，監(jiān)測摩擦聲波不受管材材質(zhì)的影響，對鐵管、PE管、PVC管和玻璃纖維管等其他井下 瓦斯抽采常用管道均適用；
[0021] 2)本發(fā)明采用管壁外壁接觸式聲波信號采集，不用在管道內(nèi)部設(shè)置信號發(fā)射器， 也不用對運(yùn)行管道拆解，不影響瓦斯抽采，且監(jiān)測點(diǎn)選擇范圍大，能夠?qū)Χ氯c(diǎn)進(jìn)行精確定 位，現(xiàn)場實(shí)用性高；
[0022] 3)本發(fā)明屬于便攜被動式聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，該方法采用單人便 攜式操作，堵塞程度情況能被智能分析并現(xiàn)場實(shí)時顯示，從而快速指導(dǎo)管道疏通作業(yè)，進(jìn)而 提高瓦斯抽采效率，具有極高的現(xiàn)場實(shí)用價值。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的方法示意圖；
[0024] 圖中：1、抽采管道，2、煤渣，3、聲波傳感器，4、數(shù)據(jù)傳輸線，5、監(jiān)測主機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026] 如圖1所示，一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，包括W下步驟：
[0027] a.將聲波傳感器3置于瓦斯抽采管1的壁面A點(diǎn)接收管內(nèi)積水和煤渣2與管壁摩擦 的聲音信號，并通過監(jiān)測主機(jī)5來分析處理聲波信號的強(qiáng)度;所述A點(diǎn)設(shè)置在瓦斯抽采管1的 彎曲段；
[0028] b.在管壁上距離A點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B，監(jiān)測B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度;所述B點(diǎn)設(shè)置 在A點(diǎn)沿瓦斯流動方向的一側(cè)；
[0029] C.若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值大于A點(diǎn)，則在A點(diǎn)至B點(diǎn)方向并距離B點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān) 測點(diǎn)C，W此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅值為該段管 道堵塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn);若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值小于A點(diǎn)，貝化點(diǎn)至A點(diǎn)方向并距離A點(diǎn)3- 5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)C，W此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅值 為該段管道堵塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn)；
[0030] d.得出管內(nèi)積水和煤渣2的堵塞等級，并將堵塞等級顯示在監(jiān)測主機(jī)5的顯示屏 上。
[0031] 為了更精確的判斷管道的堵塞程度，所述堵塞等級劃分為嚴(yán)重堵塞化4)、一般堵 塞化3)、輕微堵塞化2)和不堵塞化1)四個等級;所述堵塞等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)公式（1)和公 式（2)，所述不堵塞化1)即管路橫截面的堵塞范圍為0~5 %，聲波平均幅值區(qū)間為 [J、-,,，又一％];所述輕微堵塞化2)即管路橫截面的堵塞范圍為5%~15%，聲波平均幅值區(qū) 間為[玄，=5%，所述一般堵塞化3)即管路橫截面的堵塞范圍為15%~30%，聲波平均 幅值區(qū)間為[克=1機(jī)，克=肌];所述嚴(yán)重堵塞化4)即管路橫截面的堵塞范圍為3〇%~100%， 聲波平均幅值區(qū)間為[克=3。。。，克=1。。。。];
[0034] 式中，
[0035] 克一聲波平均幅值;Xi-第i個信號的幅值;N-時間Δ T內(nèi)采集的聲波個數(shù)。
[0036] 綜合考慮堵塞點(diǎn)監(jiān)測的精確性和監(jiān)測工作量，所述步驟b中在管壁上距離A點(diǎn)4m內(nèi) 設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B。
[0037] 所述監(jiān)測主機(jī)5可W通過無線電與聲波傳感器3相連，也可W通過數(shù)據(jù)傳輸線4與 聲波傳感器3相連;為了排除信號干擾及降低成本，本發(fā)明中所述監(jiān)測主機(jī)5優(yōu)選通過數(shù)據(jù) 傳輸線4與聲波傳感器3相連。
[0038] -種用于通過聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的裝置，該裝置中手持伸縮桿與聲波傳 感器相連，手持伸縮桿的長度為0.5m，可伸長至4-5m，能夠滿足我國目前絕大多數(shù)巷道瓦斯 抽采管道高度的要求;所述監(jiān)測主機(jī)包括濾波模塊、信號放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡、 單片機(jī)及顯示屏。監(jiān)測主機(jī)采用內(nèi)置電池供電，外部防爆設(shè)計，整體重量小于化g，能夠單人 輕負(fù)重攜帶和操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于:包括以下步驟： a. 將聲波傳感器(3)置于瓦斯抽采管（1)的壁面A點(diǎn)接收管內(nèi)積水和煤渣（2)與管壁摩 擦的聲音信號，并通過監(jiān)測主機(jī)(5)來分析處理聲波信號的強(qiáng)度;所述A點(diǎn)設(shè)置在瓦斯抽采 管（1)的彎曲段； b. 在管壁上距離A點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B，監(jiān)測B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度;所述B點(diǎn)設(shè)置在A點(diǎn) 沿瓦斯流動方向的一側(cè)； c. 若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值大于A點(diǎn)，則在A點(diǎn)至B點(diǎn)方向并距離B點(diǎn)3-5m設(shè)置監(jiān)測點(diǎn) C，以此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅值為該段管道堵 塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn);若B點(diǎn)處的聲波信號強(qiáng)度值小于A點(diǎn)，則在B點(diǎn)至A點(diǎn)方向并距離A點(diǎn)3-5m 設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)C，以此類推，直至找到該區(qū)段的聲波信號強(qiáng)度峰值點(diǎn)X，該點(diǎn)的聲波平均幅值為 該段管道堵塞程度的判別標(biāo)準(zhǔn)； d. 得出管內(nèi)積水和煤渣（2)的堵塞等級，并將堵塞等級顯示在監(jiān)測主機(jī)（5)的顯示屏 上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于:所述堵 塞等級劃分為嚴(yán)重堵塞(L4)、一般堵塞(L 3)、輕微堵塞(L2)和不堵塞(L〇四個等級。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于:所述堵 塞等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)公式（1)和公式(2)，所述不堵塞(U)即管路橫截面的堵塞范圍為0 ~5%，聲波平均幅值區(qū)間為[又μ, 所述輕微堵塞(L2)即管路橫截面的堵塞范圍為 5%~15%，聲波平均幅值區(qū)間為[1：^。，：^，15%];所述一般堵塞〇^)即管路橫截面的堵塞范 圍為15%~30%，聲波平均幅值區(qū)間為1；Ι?=15。。，所述嚴(yán)重堵塞(L4)即管路橫截面 的堵塞范圍為30%~100%，聲波平均幅值區(qū)間為[l s=3t3%，無s=w%；|;式中， J一聲波平均幅值;xi-第i個信號的幅值;N-時間Δ T內(nèi)采集的聲波個數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于:所 述步驟b中在管壁上距離A點(diǎn)4m內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)B。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聲波監(jiān)測瓦斯抽采管道堵塞的方法，其特征在于:所 述監(jiān)測主機(jī)(5)通過數(shù)據(jù)傳輸線(4)與聲波傳感器(3)相連。
【文檔編號】F17D5/00GK105927862SQ201610250465
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】劉春 , 周福寶, 滿忠毅
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)