中图分类号： TD712 + ． 6
文献标志码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2015） 12 － 0179 － 05
Discussion on Development of Gas Intelligent Extraction
WANG Chunguang1，2 （ 1． School of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China； 2． China
纠偏，自动推进等，在淮南矿业集团开始试验，这使 我国的抽采向超大孔径的抽采方向发展。重庆煤科 院研制的无人钻进远程控制技术也已经研发成功， 并进行试验。钻进技术的发展为瓦斯抽采的发展提 供了很大的空间，也为瓦斯抽采的智能化发展提供 了必要的设备和技术支持。 1． 5 传感器技术
传感器材料是传感器技术的重要基础，是传感 器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步，传 感器技术日臻成熟，其种类越来越多，除了早期使用 的半导体材料、陶瓷材料以外，光导纤维以及超导材 料的开发，为传感器的发展提供了物质基础［2］。例 如，根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、 集成化、多功能化、智能化，以及半导体光热探测仪 器有灵敏度高、精度高、非接触性等特点，发展红外 传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器在敏 感材料中，陶瓷材料、有机材料发展很快，可采用不 同的配方混合原料，在精密调配化学成分的基础上， 经过高精度成型烧结，得到对某一种或某几种气体 具有识别功能的敏感材料，用于制成新型气体传感 器。此外，高分子有机敏感材料，是近几年人们极为 关注的具有应用潜力的新型敏感材料，可制成热敏、 光敏、气 敏、湿 敏、力 敏、离 子 敏 和 生 物 敏 等 传 感 器［3］。传感器随着新型材料和传感元件用集成工艺在同一平面上排列起 来，排成 1 维的线性传感器，CCD 图象传感器就属 于这种情况［4］； 集成化的另一个定义是多功能一体 化，集成化、多功能化、智能化即将传感器与放大、运 算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。
抽采方法的优劣关键在于抽采技术，我国的抽 采特别是突出矿井的预抽主要是钻孔抽采。而钻孔 抽采主要在钻进设备上。目前，我国的抽采已经能 够实现井下千米定向钻进，钻孔深度达到了 1 500 m。地面钻进技术的发展也促进了煤层气地面的开 发。沈阳研究院研制的井下顶管钻进装备，实现直 径 300 mm 和 1 500 mm 的施工，并且能够实现自动 ·180·
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通过声波或者电磁波的变化，判断瓦斯的富集程度， 为准确判断未知区域的瓦斯赋存状况奠定基础。 1． 7 瓦斯抽采增透技术
我国煤层地质条件复杂，煤层透气性多数较差， 因此钻孔抽采的效果较差，需要采取强化增透措施。 增透技术有： 水力化措施（ 水力割缝、水力压裂、水 力冲孔、煤层注水等） ，高压气体增透（ 高能空气弹 致裂技术、CO2 相变致裂技术） ，气体驱替增透技术 （ 煤层注 N2 或者 CO2 驱替煤层瓦斯增透） ，交叉钻 孔、大孔径钻孔、长钻孔、深孔预裂爆破技术。这些 技术最初也是人工控制，设备的自动化程度偏低，有 的需要近距离操作，在高压系统中存在很大的安全 隐患。很多高校和科研院所已经在研究自动控制系 统，同时能够针对不同煤层赋存条件，选择适用增透 技术，为瓦斯抽采量的增加奠定了基础。
2 目前瓦斯智能抽采面临的问题
瓦斯智能抽采是包括瓦斯抽采各个子系统的智 能化。然而，瓦斯抽采的智能化进程还面临很多待 解决的问题。 2． 1 地质问题
1） 煤层透气性差。我国煤层 80% 的煤层透气 性差，抽采有效时间短，严重影响了抽采效果。同时 软煤钻进，这 一 国 内 外 的 难 题，没 有 得 到 较 好 的 解 决，钻孔施工短、塌孔严重，致使煤层钻孔抽采效果 较差。
我国从 20 世纪 80 年代引进国外安全监控系统 用于煤矿，2001 年《煤矿安全规程》规定所有煤与瓦 斯突出矿井必须装备安全监控系统，2002 年国家煤 矿安监局提 出“先 抽 后 采、监 测 监 控、以 风 定 产 ”的 瓦斯防治 12 字方针，2005 年修订后的《煤矿安全规 程》规 定 所 有 瓦 斯 矿 井 必 须 安 装 安 全 监 控 系 统， 2006 年，安委办颁布了《煤矿安全监控系统通用技 术要求》，2010 年，将安全监控系统列为“六大”系统 必须在 3 年内完成。抽采监控也在 2006 年的《煤矿 瓦斯抽放规范》和 2009 年的《煤矿瓦斯抽采工程设 计规范》明 确 了 抽 采 系 统 应 该 安 装 安 全 监 控 系 统。 但是这些监控系统只做到了监测，对于控制方面，大 部分是人 工 手 动 控 制，没 有 实 现 自 动 控 制。 “十 一 五”期间沈阳煤科院对采空区瓦斯抽采监控进行了 研究，研制能够自动监测和控制的监控装备，同时在 “十二五”期间对“煤层气抽采智能控制装备”进行 了研究，已实现了系统的自诊断和部分系统的智能 控制。 1． 4 抽采钻进技术
近年来随着微震、声发射、电磁辐射等新技术在 煤矿的应用，也逐渐向瓦斯探测方向发展，中国矿业 大学利用微震探测瓦斯富集区技术已经在淮南应 用，这些技术除了准确探测数据外，也在向着智能分 析的方向发展，通过数据分析，辨识探测的准确性，
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Safety in Coal Mines
Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute，Fushun 113122，China） Abstract： The paper analyzes the development trend of gas extraction in recent years and summarizes the intelligent extraction that acquiring the extraction signal to determine the state of drainage system and predict the occurrence of accidents，taking relevant measures to reduce the accident rate and decrease losses． At the same time，according to the extraction concentration，extraction flow，extraction negnative pressure，the economy and rationality of extraction is determined，which realizes the intelligent drainage of system and achieves safe，economic and efficient extraction． Key words： intelligent drainage； intelligent detection； signal extraction； prediction； self diagnosis； gas drainage
传感器的多功能化也是其发展方向之一。如单 片硅多维力传感器可以同时测量 3 个线速度、3 个 离心加速度 （ 角速度） 和 3 个角加速度［5 － 6］。主要 元件是由 4 个安装在 1 个基板上的悬臂梁组成的单 片硅结构，9 个布置在各个悬臂梁上的压阻敏感元 件。多功能化不仅可以降低生产成本，减小体积，而 且可以有效的提高传感器的稳定性、可靠性等性能 指标［5］。 1． 6 探测技术
摘 要： 分析了瓦斯抽采近年来的发展趋势，总结出智能抽采思路： 通过抽采监控信号的采集，分
析抽采系统所处的状态，预判所要发生的事故，采取相应措施，减少事故发生率降低损失，同时根
据抽采浓度、抽采流量、抽采负压等参数，判断抽采的经济性和合理性，由此实现抽采系统的智能
化，达到安全、经济、高效抽采。
关键词： 智能抽采； 智能探测； 信号采集； 预判； 自诊断； 瓦斯抽采
为了保证抽采的安全、高效、可靠运行抽采系统 中包含很多附属设备，包括阻爆抑爆装置、防回火装 置、放水器、排渣器、阀门等，阻爆抑爆和防回火装置 最初都是通过机械、物理被动的方式进行进行抑爆 阻火，目前已经实现主动、自动式； 放水器和排渣器 也实现自动放水和排渣； 原来的机械手动阀门也实 现了自动化控制调节； 其他的抽采附属设施也基本 实现了自动化。这为瓦斯智能抽采奠定了基础。 1． 3 抽采监控技术
1 瓦斯智能抽采的现状
瓦斯抽采系统是一个复杂的系统，包括瓦斯抽 采泵、瓦斯抽采附属设施、瓦斯抽采监控系统、瓦斯 探测系统以及增加瓦斯抽采量的钻探设备和增透设 备等。瓦斯智能抽采也是建立在这些子系统和附属 设施智能化基础上的，因此瓦斯抽采智能化首先是 这些子系统智能化后，并将整个系统有机联合。 1． 1 瓦斯抽采泵
我国广泛使用的瓦斯抽采泵是水环式真空泵， 在 2000 年以前，能生产抽气量在 100 m3 / min 以上
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的水环真空泵仅 3 ～ 4 个企业，全国年产量也不过几 十台。当时的瓦斯抽采泵只具有固定的转数，抽采 量的大小是根据抽采工况来决定。目前，抽气量已 经达到了 1 000 m3 / min 以上，并且还在向大型化方 向发展，电机功率已经超过 2 000 kW，耗电成本不 断增加，为了适应不同工况的抽采，变频器应用在抽 采泵站上，改变了过大的功耗，这项技术已逐渐推广 应用。 1． 2 抽采附属设备
近年来，为了实现煤矿的安全高效生产，国内外 在煤矿机械开采创新方面有了很大的发展，综采、综 放开采技术不断普及，井下单个工作面已实现千万 吨产能。煤矿产量增加的同时，瓦斯涌出量也不断 增大，单面瓦斯涌出量已超过 100 m3 / min，而瓦斯 治理的主要手段是瓦斯抽采。因此，随着产能和瓦 斯的增大，抽采设备的能力也在增大，伴随着计算机 技术的发展抽采系统也在向智能化方向发展。在规 范标准方面，1981 年抚顺煤炭研究所出版了《煤矿 瓦斯抽放细则》，1997 年国家发布了《煤矿瓦斯抽放 技术规范》，2006 年煤炭科学研究总院沈阳研究院 又对《煤矿瓦斯抽放细则》进行了修编，出版了《煤 矿瓦斯抽放规范》，同时国家发布了《煤矿瓦斯抽采 基本指标》和《煤矿安全监控系统通用技术要求》， 2011 国家发布了《瓦斯矿井抽采达标暂行规定》。 我国一系列的国家标准和规定使煤矿瓦斯抽采逐渐 向抽采规范化、合理化发展，但是距智能抽采还有一