巷道断面瓦斯流量测定方法和装置、存储介质

1.本发明属于煤矿瓦斯参数测定技术领域，尤其涉及一种巷道断面瓦斯流量测定方法和装置、存储介质。


背景技术：

2.煤矿井下回采工作面瓦斯涌出量是进行煤矿瓦斯等级鉴定的重要指标，同时也是煤矿日常生产过程中针对性的进行瓦斯灾害预防、治理的重要依据之一。准确测定煤矿井下巷道各断面的瓦斯流量是准确鉴定矿井瓦斯等级、制定合理有效的矿井瓦斯防治方案、实现煤矿安全高效生产的基础。
3.目前煤矿井下对各巷道进行瓦斯流量测定是通过测定巷道断面几个特定点的瓦斯浓度与风流量，取平均值进行计算，作为巷道断面的瓦斯流量。但是由于井下巷道断面的形状、面积各异，测点前后也会存在一定的障碍物，会导致煤矿井下不同位置处巷道断面的风流流速不均衡、不确定分布。同时由于瓦斯的密度小于空气密度，在巷道断面上瓦斯也存在不均衡、不确定分布。采用巷道断面风流速度与瓦斯浓度的平均值对巷道断面的瓦斯流量进行计算，精细化程度远远不够。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，提供一种巷道断面瓦斯流量测定方法和装置、存储介质，可以准确测定煤矿井下巷道断面瓦斯流量。
5.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
6.一种巷道断面瓦斯流量测定方法，包括以下步骤:
7.步骤s1、将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；
8.步骤s2、测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；
9.步骤s3、根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；
10.步骤s4、将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。
11.作为优选，步骤s1中，采用三条线段将巷道断面的高和宽等分为4份，六条线段共产生巷道断面内的9个交点。
12.作为优选，步骤s2，依次将风流速度测定仪和瓦斯浓度传感器放至巷道断面的9个交点处，测出每个交点的风流速度和瓦斯浓度。
13.作为优选，步骤s3，将实测得到的巷道断面风流速度整理为实测风流速度矩阵和将实测得到的巷道断面瓦斯浓度整理为实测瓦斯浓度矩阵，运用计算机对巷道断面上9个点的风流速度进行插值，得到整个巷道断面上的风流速度分布和瓦斯浓度分布。
14.作为优选，步骤s4，将所述巷道断面风流速度和瓦斯浓度分布按照长和宽划分为100
×
100的网格，然后按照网格顺序输出，整理得到巷道断面的风流速度和瓦斯浓度分布
矩阵，均为100行
×
100列的方阵。
15.作为优选，对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算为：
[0016][0017]
其中，h为巷道断面的高，w为巷道断面的宽，v
ij
为每个网格的风流速度，i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数。
[0018]
本发明还提供一种巷道断面瓦斯流量测定装置，包括:
[0019]
划分模块，用于将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；
[0020]
测试模块，用于测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；
[0021]
第一计算模块，用于根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；
[0022]
第二计算模块，用于将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。
[0023]
作为优选，划分模块采用三条线段将巷道断面的高和宽等分为4份，六条线段共产生巷道断面内的9个交点。
[0024]
作为优选，第二计算模块对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算为：
[0025][0026]
其中，h为巷道断面的高，w为巷道断面的宽，v
ij
为每个网格的风流速度，i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数。
[0027]
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现巷道断面瓦斯流量测定方法。
[0028]
本发明选取巷道断面，分别利用三条线段将巷道断面的宽和高各分为4等份，产生9个交点；利用风流速度测定仪测出巷道断面内9个交点的风流速度，然后利用瓦斯浓度传感器测出巷道断面内9个交点的瓦斯浓度，运用插值运算得出整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度，将整个断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，然后利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。采用本发明的技术方案，可以准确测定煤矿井下巷道断面瓦斯流量，降低了煤矿井下不同位置巷道断面风流速度及瓦斯浓度不均衡分布造成的巷道断面瓦斯流量计算时的误差。
附图说明
[0029]
图1为本发明巷道断面瓦斯流量测定方法流程图；
[0030]
图2为巷道断面测点布置示意图。
具体实施方式
[0031]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0032]
实施例1：
[0033]
如图1所示，本发明提供一种巷道断面瓦斯流量测定方法，包括以下步骤:
[0034]
步骤s1、利用三条线段将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；
[0035]
步骤s2、利用风流速度测定仪测出巷道断面内9个交点的风流速度；同时利用瓦斯浓度传感器测出巷道断面内9个交点的瓦斯浓度；
[0036]
步骤s3、根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得出整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；
[0037]
步骤s4、将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。
[0038]
作为本实施例的一种实施方式，步骤s1中，选定瓦斯流量测定的巷道断面，断面形状要求尽量接近矩形，对巷道断面的高h，宽w进行测量。采用三条线段将巷道断面的高h等分为4份，用三条线段宽w等分为4份，线段共产生点1、点2、点3、点4、点、5、点6、点7、点8、点9共9个交点，如图2所示。可以避免由于瓦斯浓度和风流速度在巷道内分布不均造成的测量偏差。
[0039]
作为本实施例的一种实施方式，步骤s2中，将风流速度测定仪放在点1，测得风流速度后放至下一点，依次测得巷道断面上9个点的风流速度v。以巷道断面的左下角为坐标原点，其中x为巷道断面上各风流速度测点的横坐标，y为巷道断面上各风流速度测点的纵坐标，9个点对应位置及风流速度依次为(x1,y1,v
x1y1
)，(x2,y2,v
x2y2
)，(x3,y3,v
x3y3
)，(x4,y4,v
x4y4
)，(x5,y5,v
x5y5
)，(x6,y6,v
x6y6
)，(x7,y7,v
x7y7
)，(x8,y8,v
x8y8
)，(x9,y9,v
x9y9
)。将瓦斯浓度传感器放在点1，测得瓦斯浓度后放至下一点，依次测得巷道断面上9个点的瓦斯浓度c。以巷道断面的左下角为坐标原点，其中x为巷道断面上各瓦斯浓度测点的横坐标，y为巷道断面上各瓦斯浓度测点的纵坐标，9个点对应位置及瓦斯浓度依次为(x1,y1,c
x1y1
)，(x2,y2,c
x2y2
)，(x3,y3,c
x3y3
)，(x4,y4,c
x4y4
)，(x5,y5,c
x5y5
)，(x6,y6,c
x6y6
)，(x7,y7,c
x7y7
)，(x8,y8,c
x8y8
)，(x9,y9,c
x9y9
)。
[0040]
作为本实施例的一种实施方式，步骤s3中，将实测得到的巷道断面风流速度整理实测风流速度矩阵，运用计算机对巷道断面上(x1,y1,v
x1y1
)，(x2,y2,v
x2y2
)，(x3,y3,v
x3y3
)，(x4,y4,v
x4y4
)，(x5,y5,v
x5y5
)，(x6,y6,v
x6y6
)，(x7,y7,v
x7y7
)，(x8,y8,v
x8y8
)，(x9,y9,v
x9y9
)9个点的风流速度进行插值，得到整个巷道断面上的风流速度分布。将实测得到的巷道断面瓦斯浓度整理实测瓦斯浓度矩阵，运用计算机对巷道断面上(x1,y1,c
x1y1
)，(x2,y2,c
x2y2
)，(x3,y3,c
x3y3
)，(x4,y4,c
x4y4
)，(x5,y5,c
x5y5
)，(x6,y6,c
x6y6
)，(x7,y7,c
x7y7
)，(x8,y8,c
x8y8
)，(x9,y9,c
x9y9
)9个点的瓦斯浓度进行插值，得到巷道断面上的瓦斯浓度分布；风流速度矩阵与瓦斯浓度矩阵大小相同，均为100
×
100。
[0041]
作为本实施例的一种实施方式，步骤s4中，将巷道断面划分为100
×
100的网格，每
个网格的宽为高为对巷道断面的风流速度分布进行微分，将每个网格的风流速度按顺序输出，整理得到巷道断面风流速度分布矩阵，每个网格的风流速度为v
ij
，其中i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数，1＜i＜100，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数，1＜j＜100。对巷道断面的瓦斯浓度分布进行微分，将每个网格的瓦斯浓度按顺序输出，整理得到巷道断面瓦斯浓度分布矩阵，每个网格的瓦斯浓度为c
ij
，由于风流速度矩阵与瓦斯浓度矩阵大小相同，所以i也为瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，1＜i＜100，j也为瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数，1＜j＜100。按照下式对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算：
[0042][0043]
本发明方法降低煤矿井下不同位置巷道断面风流速度及瓦斯浓度不均衡分布造成的巷道断面瓦斯流量计算时的误差，基于巷道断面风流速度、瓦斯浓度分布插值推算、巷道断面瓦斯流量微积分计算，准确测定了巷道断面瓦斯流量。
[0044]
实施例2：
[0045]
本发明还提供一种巷道断面瓦斯流量测定装置，包括:
[0046]
划分模块，用于将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；
[0047]
测试模块，用于测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；
[0048]
第一计算模块，用于根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；
[0049]
第二计算模块，用于将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。
[0050]
作为本实施例的一种实施方式，划分模块采用三条线段将巷道断面的高和宽等分为4份，六条线段共产生巷道断面内的9个交点。
[0051]
作为本实施例的一种实施方式，第二计算模块对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算为：
[0052][0053]
其中，h为巷道断面的高，w为巷道断面的宽，v
ij
为每个网格的风流速度，i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数。
[0054]
实施例3：
[0055]
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现巷道断面瓦斯流量测定方法。
[0056]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。

技术特征：
1.一种巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤s1、将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；步骤s2、测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；步骤s3、根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；步骤s 4、将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。2.如权利要求1所述的巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，步骤s1中，采用三条线段将巷道断面的高和宽等分为4份，六条线段共产生巷道断面内的9个交点。3.如权利要求2所述的巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，步骤s 2，依次将风流速度测定仪和瓦斯浓度传感器放至巷道断面的9个交点处，测出每个交点的风流速度和瓦斯浓度。4.如权利要求3所述的巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，步骤s 3，将实测得到的巷道断面风流速度整理为实测风流速度矩阵和将实测得到的巷道断面瓦斯浓度整理为实测瓦斯浓度矩阵，运用计算机对巷道断面上9个点的风流速度进行插值，得到整个巷道断面上的风流速度分布和瓦斯浓度分布。5.如权利要求4所述的巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，步骤s 4，将所述巷道断面风流速度和瓦斯浓度分布按照长和宽划分为100
×
100的网格，然后按照网格顺序输出，整理得到巷道断面的风流速度和瓦斯浓度分布矩阵，均为100行
×
100列的方阵。6.如权利要求5所述的巷道断面瓦斯流量测定方法，其特征在于，对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算为：其中，h为巷道断面的高，w为巷道断面的宽，v
ij
为每个网格的风流速度，i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数。7.一种巷道断面瓦斯流量测定装置，其特征在于，包括:划分模块，用于将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；测试模块，用于测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；第一计算模块，用于根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；第二计算模块，用于将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100
×
100的网格，利用积分公式计算得到巷道断面的瓦斯流量。8.如权利要求7所述的巷道断面瓦斯流量测定装置，其特征在于，划分模块采用三条线段将巷道断面的高和宽等分为4份，六条线段共产生巷道断面内的9个交点。9.如权利要求8所述的巷道断面瓦斯流量测定装置，其特征在于，第二计算模块对巷道断面瓦斯流量l进行积分计算为：
其中，h为巷道断面的高，w为巷道断面的宽，v
ij
为每个网格的风流速度，i为风流速度v
ij
在风流速度矩阵的行数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的行数，j为风流速度v
ij
在风流速度矩阵列数或瓦斯浓度c
ij
在瓦斯浓度矩阵的列数。10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1至6任一项所述的巷道断面瓦斯流量测定方法。

技术总结
本发明提供一种巷道断面瓦斯流量测定方法和装置、存储介质，包括以下步骤：将选取巷道断面的宽和高各分为4等份，得到巷道断面内的9个交点；测得巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度；根据巷道断面内9个交点的风流速度和瓦斯浓度，运用插值运算得到整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度；将所述整个巷道断面的风流速度和瓦斯浓度划分为100


技术研发人员：徐超 赵春雨 王凯 付强 王逸夫 郭海军 赵伟 冯玉凤
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25