CN102182511B - 矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统，属于矿井安全监测技术领域。它包括气体正压输送系统、气体分析系统、控制系统、数据采集系统和工作站五大部分。该系统将被监测区域内的气体采用正压输送的方式集中输送到井下或者地面某处对气体的组分和浓度进行集中检测。由于采用正压方式输送气体，在气体输送过程中气体组分和浓度完全不失真、不易堵管、输送距离远、无外来水分进入、容易检测管路是否破损漏气、气体可以自动进入分析检测装置，检测结果准确可靠。本发明适用于对煤炭矿井煤炭自燃、矿井外因火灾及矿井内有毒有害气体进行分析和监测。还适用于对金属矿井火灾和有毒有害气体进行分析和监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种安全监测系统，尤其是矿井中火灾及有毒有害气体的监测，属于矿井安全监测技术领域。
背景技术
目前，束管监测是对矿井多处易于发生火灾和有毒有害气体易于集聚区域内的气体进行的监测，将井下气体通过管路输送到井下或者地面某处进行集中分析，检测气体组分和浓度，来判断矿井井下自燃火灾、外因火灾发生发展状态和有毒有害气体的危险性。
按照集中检测地点不同可以分为井上型束管系统和井下型束管系统。井上型束管系统是将所有气体输送到地面进行集中分析检测监控；井下型束管系统是在井下将所有路气体进行分析检测，并将检测数据传输到地面进行监控。
按照检测方法来说，可以分为传感器束管系统和色谱束管系统。传感器型束管系统是用不同传感器来检测分析气体组分和浓度，例如CO、CO2、CH4和O2等；色谱型束管系统是用气相色谱法来对气体成分和浓度进行分析。
但是上述所有的束管系统均是利用负压抽气的办法(一般采用水环真空泵抽气)将气体集中抽送到分析检测系统(气体浓度传感器或者气相色谱仪)中进行分析检测，可以将这类型束管称之为负压束管，也是目前国内外普遍使用的一种束管系统。该类型束管无论是从理论上还是从实践中来看，都存在一些本身难以克服的问题，使得该类型束管在实践应用上难以达到较好的效果，主要表现在：
(1)负压束管沿途的环境气体易于进入束管内，造成所检气体组分和浓度失真；
(2)负压束管破损不易察觉观察检测；
(3)负压束管易于堵管和冻管，在负压大的情况下可能导致管路被自身负压压扁；
(4)在采用水环真空泵在抽气过程中会附加水分到所检气体中取，影响检测的准确性和检测器的使用寿命；
(5)气样不能够自动进入分析装置中去。
发明内容
为了克服现有负压束管监测系统的上述不足，本发明提供一种正压束管监测系统。该系统主要采用多个正压输送泵将多个监测区域(主要是易于发生煤层自燃火灾、外因火灾和有毒有害气体易于集聚等场所)内的气体经过加压输送到地面或井下某处，集中对气体成分和浓度进行分析，以此来对矿井自燃火灾、外因火灾和有毒有害气体集聚的发生发展状态和危险性进行预测、预报和监测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统，包括气体正压输送系统、气体分析系统、控制系统、数据采集系统和工作站五大部分；正压输送泵将负压吸气管路内吸取的气体加压通过正压送气管路输送到气相色谱仪或者多种气体浓度传感器进行气体组分和浓度分析检测；利用电磁阀按照预定程序对多路气体进行切换使其逐路进入气相色谱仪或者多种气体浓度传感器内；流量传感器对气体流量进行监测；由控制系统对电磁阀、气相色谱仪的进行控制；数据采集系统对流量传感器、气相色谱仪或者多种气体浓度传感器的数据进行采集；控制系统、数据采集系统均与工作站互联。
正压输送泵将负压吸气管路内吸取的气体加压通过正压送气管路输送到气相色谱仪或者多种气体浓度传感器进行气体组分和浓度分析检测；利用电磁阀按照预定程序对多路气体进行切换使其逐路进入气相色谱仪或者多种气体浓度传感器内；流量传感器对气体流量进行监测；由控制系统对电磁阀、气相色谱仪的进行控制；数据采集系统对流量传感器、气相色谱仪或者多种气体浓度传感器的数据进行采集；控制系统、数据采集系统均与工作站互联。
本发明的有益效果是：由于是正压输送气体，气体输送过程中其组分和浓度不失真、不易堵管、输送距离远、无外来水分进入、容易检测管路是否破损、气体可以自动进入分析检测装置，并且某一路气体正压输送泵出现故障不影响其它气路进行正常监测。可以连续对多种气体的组分和浓度进行检测，检测结果准确可靠。本发明适用于对煤矿井下煤层自燃的发生发展状态及其危险性进行监测监控，对火灾封闭区域内气体进行分析判断，对易于发生外因火灾区域内气体和井下气体有毒有害气体成分、浓度及其积聚过程进行分析和监测。该 系统还适用于对金属矿井火灾和有毒有害气体进行分析和监测。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图中零部件及编号：
1-滤尘取气口；2-负压吸气管路；3-正压输送泵；4-正压送气管路；5-流量传感器；6-多气路切换装置；7-电磁阀；8-进气管；9-总进气管；10-排空管；11-气相色谱仪；12-多种气体浓度传感器；13-数据传输与采集线缆；14-控制信号线缆；15-控制系统；16-数据采集系统；17-工作站。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
参见图1，矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统，包括气体正压输送系统、气体分析系统、控制系统15、数据采集系统16和工作站17五大部分；正压输送泵3将负压吸气管路2内吸取的气体加压通过正压送气管路4输送到气相色谱仪11或者多种气体浓度传感器12进行气体组分和浓度分析检测；利用电磁阀7按照预定程序对多路气体进行切换使其逐路进入气相色谱仪11或者多种气体浓度传感器12内；流量传感器5对气体流量进行监测；由控制系统15对电磁阀7、气相色谱仪11的进行控制；数据采集系统16对流量传感器5、气相色谱仪11或者多种气体浓度传感器12的数据进行采集；控制系统15、数据采集系统16均与工作站17互联。
本监测系统包括下列具体部分：
滤尘取气口1：在气体进入气路前利用过滤网、过滤器等将绝大部分气体中的粉尘进行过滤。
负压吸气管路2：从滤尘取气口1到正压输送泵3为止。内外管径大小和材质根据实际情况进行设计，长度根据现场具体情况确定，但距离越短越好。在埋入采空区等部位时该管需要进行抗压、抗冲击设计，一般方法是在外加装抗压抗冲击能力强的硬质套管。
正压输送泵3：要求该泵满足煤矿井下防隔爆要求。泵的选型根据所需要输送气路的距离，气量大小和高程进行设计。最终达到气体分析器的气量需要超过气体分析器的要求。对于滤尘取气口1端能够产生一定负压是气体能够被吸入泵体内，也就是正压输送泵3同时具有一定负压吸气能力和较强的正压加压 能力，并且必须保证正压送气管路4的气体是完全来自于负压吸气管路2内的气体。
正压送气管路4：该管是整个束管系统的主要部分，根据现场不同需要，该管长度从数百米到数万米不等，管的材质、内外径大小、阻燃抗静电能力、铺设要求需要按照相关设计要求和标准根据现场具体情况确定。
流量传感器5：可以对每一路气体流量进行在线监测，也可以同时对多路气体切换到总进气管9进行监测。也可以仅仅对气体流量进行观测，在此情况下可以采用气体流量表。
多气路切换装置6：该装置作用将多路进气管8的气体依次切换进入气相色谱仪11或者多种气体浓度传感器12，采用电磁阀7安设在每路正压送气管路4末端处，可以将进气管8的气体切换到总进气管9内，也可以切换到排空管10内排放掉。
气体分析检测装置(气相色谱仪11或多种气体传感器12)：对气体组分和浓度检测可以采用气相色谱仪11进行，检测组分一般包括CH4、CO、CO2、O2、N2、C2H4、C2H6、C2H2和C3H8等；或用多种气体传感器12可对CO、CH4、O2等气体组分进行浓度检测。
控制系统15：该系统主要对多气路切换装置6的电磁阀7和气相色谱仪11的硬件系统通过控制信号线缆14进行控制。
数据采集系统16：该系统主要对流量传感器5的数据、气相色谱仪11的数据、多种气体浓度传感器12的数据通过数据传输与采集线缆13进行有效采集，并上传到工作站17。
工作站17：工作站17由硬件系统和软件系统构成，一方面对控制系统15和数据采集系统16进行综合控制，主动获取整个束管系统的数据并进行分析、处理、存储，形成报表并打印等。也可以在该软件系统的基础上加入专家系统，对矿井火灾的发生发展过程和有毒有害气体的危险性状态进行自动分析判断。
实施本发明形成的正压束管系统运行的基本程序如下：
被监测气体通过滤尘取气口1在正压输送泵3的作用下被吸入到负压吸气管路2内，通过正压输送泵3时被加压输送到正压送气管路4内，在进入多气路切换装置6内的电磁阀7前，其流量被流量传感器5记录。某路进气管8中的气体在被切换到总进气管9内时，其它所有管路的气体均被切换到排空管10内，被同时排空。进入总进气管9内的气体进入气相色谱仪11进行气体成分和浓度的分析；如果采用多种气体浓度传感器12分析气体浓度，那么就将总进气管9内的气体同时引入所有的多种气体浓度传感器12内进行分析。气体流量数 据和气体组分和浓度数据被数据采集系统16采集处理，并传送到工作站17中进行分析、处理、显示、储存和打印。控制系统15按照工作站17的程序指令对多气路切换装置6进行控制，以使所有气路按照一定的时间间隔依次进入气相色谱仪11或者多种气体浓度传感器12进行分析检测。与此同时，工作站17按照预先设定的程序对数据采集系统16进行数据采集控制。
该系统还具备的相关特征说明如下：
(1)气体输送采用分布式正压输送的方法，即每一路气体在气体采集点附近将气体加压输送到地面或者井下某处对其成分和浓度进行集中分析检测。
(2)在临近被监测区域取气样口到气体正压输送泵一段管路为负压吸气段，该段所需负压可由气体正压输送泵自吸产生。
(3)在每一路气体出口处有进行有无气体和气体流量大小监测。只要输送到气体分析检测装置内的气量大于该分析检测装置所需气量就能够保证所检测气体组分和浓度不失真。进行气体流量检测方法可以采用皂膜流量计，也可以采用机械或者电子流量检测装置。
(4)对气体组分和浓度的分析检测可以采用气相色谱检测方法，也可以采用CO、CO2、CH4和O2等气体浓度传感器进行分析检测，并且可以根据实际需要进行传感器种类和数量的增减。
(5)对气体进行集中检测的地方可以设置在矿井井口附近的地面上，也可以设置在矿井井下适当的位置。
(6)设置在矿井下的相关装置均需要按照相关要求进行防隔爆设计，满足防隔爆要求。
Claims (1)
1.一种矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统，它包括气体正压输送系统、气体分析系统、控制系统(15)、数据采集系统(16)和工作站(17)五大部分；其特征是：正压输送泵(3)将负压吸气管路(2)内吸取的气体加压通过正压送气管路(4)输送到气相色谱仪(11)或者多种气体浓度传感器(12)，进行气体组分和浓度分析检测；气体输送采用分布式正压输送的方法，即每一路气体在气体采集点附近利用正压输送泵(3)将气体加压输送到正压送气管路(4)内，正压送气管路(4)是整个束管系统的主要部分，根据现场不同需要，该管长度从数百米到数万米不等；在临近被监测区域取气样口到气体正压输送泵(3)一段管路为负压吸气管路(2)，该段管路所需负压可由气体正压输送泵(3)自吸产生；利用电磁阀(7)按照预定程序对多路气体进行切换使其逐路进入气相色谱仪(11)或者多种气体浓度传感器(12)内；流量传感器(5)对气体流量进行监测；由控制系统(15)对电磁阀(7)、气相色谱仪(11)的进行控制；数据采集系统(16)对流量传感器(5)、气相色谱仪(11)或者多种气体浓度传感器(12)的数据进行采集；控制系统(15)、数据采集系统(16)均与工作站(17)互联。
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