CN103643990A - 一种煤矿井下空气治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿井下空气治理系统，包括：气体探测装置，用于探测空气中的有毒有害气体浓度，并输出有毒有害气体浓度信息；监控终端，与所述气体探测装置相连，用于根据所述空气探测装置输出的所述有毒有害气体浓度信息生成控制信号；空气净化装置，与所述监控终端相连，用于根据所述监控终端生成的所述控制信号执行或停止空气净化动作。本发明提的系统根据作业现场的实际空气质量自动做出响应，治理井下积聚的有毒有害气体。

Description

一种煤矿井下空气治理系统

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术，尤其涉及一种煤矿井下空气治理系统。

背景技术

在煤矿开采矿井中，随着煤层开采深度不断增加，煤层有毒有害气体含量增大，开采工作使得有毒有害气体涌出量不断增加，在工作面U型通道中，由于进风巷、回风巷的风流压差作用，使工作面风流分为两部分，一部分直接从工作面流过，另一部分从工作面中下部流入采空区，经采空区再回到工作面上部及上隅角，这样必然造成工作面上隅角有毒有害气体的积聚。

现有的矿井空气治理办法，通常是在容易积聚有毒有害气体的位置设置有毒有害气体传感器，有毒有害气体传感器检测到其所在位置有毒有害气体含量超标时会发出报警，以提醒作业人员做相应的处理，现有技术的方法需要依赖人工操作，无法根据作业现场的实际情况自动地做出响应，若某地点有毒有害气体浓度超标且附近没有作业人员时，有毒有害气体则不能及时被处理，将会成为安全隐患。

发明内容

本发明提供一种煤矿井下空气治理系统，根据作业现场的实际空气质量自动做出响应，治理井下积聚的有毒有害气体。

一种煤矿井下空气治理系统，包括：

气体探测装置，用于探测空气中的有毒有害气体浓度，并输出有毒有害气体浓度信息；

监控终端，与所述气体探测装置相连，用于根据所述气体探测装置输出的所述有毒有害气体浓度信息生成控制信号；

空气净化装置，与所述监控终端相连，用于根据所述监控终端生成的所述控制信号执行或停止空气净化动作。

本发明提供一种煤矿井下空气治理系统，通过气体探测装置探测空气中的有毒有害气体浓度，并输出有毒有害气体浓度信息，并通过监控终端根据所述气体探测装置输出的所述有毒有害气体浓度信息生成控制信号，以控制空气净化装置执行或停止空气净化动作，实现根据作业现场的实际空气质量自动做出响应，治理井下积聚的有毒有害气体。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实施例提供的一种煤矿井下空气治理系统结构示意图；

图2是本实施例提供的另一种煤矿井下空气治理系统的实际应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本实施例提供的一种煤矿井下空气治理系统结构示意图。

如图1所示，本实施例提供的一种煤矿井下空气治理系统，包括：气体探测装置11、监控终端12和空气净化装置13。

其中，气体探测装置11用于探测空气中的有毒有害气体浓度，并输出有毒有害气体浓度信息。

气体探测装置11中可包括载体催化元件、放大电路和处理芯片，载体催化元件根据外界的空气情况产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个信号，处理芯片将此模拟信号转换为数字信号，然后处理芯片对此信号进行处理，并实现显示和输出等功能。

气体探测装置11中的载体催化元件是一种红外气体传感器，该传感器利用非色散红外原理对空气中存在的有害气体进行探测，气体探测装置11发出红外波段的光，光的能量被外界气体吸收，被吸收掉的总体能量与外界气体的浓度成对应关系，探测装置得到的电信号与被气体吸收掉的光能量成对应关系，即通过光强的变化测出气体的浓度。

另外，气体探测装置11中还可包括通信单元，通过通信单元实现与其他装置的通信功能，通信单元可以与探测装置中的处理芯片对应的端口相连，将有毒有害气体浓度信息发送给其他装置。

监控终端12与所述气体探测装置11相连，用于根据所述气体探测装置11输出的所述有毒有害气体浓度信息生成控制信号。

监控终端12可以是一台计算机或服务器，在监控终端12中可以建立一个有毒有害气体浓度对应关系表，用于建立作业地点、位置与有毒有害气体浓度的对应关系，并且建立有毒有害气体浓度与控制信号的对应关系，例如根据不同值的有毒有害气体浓度发出不同的控制信号。

空气净化装置13与所述监控终端12相连，用于根据所述监控终端12生成的所述控制信号执行或停止空气净化动作。

空气净化装置13可以是一种机械通风装置，即通过机械结构实现对空气的净化的装置，例如风机、换气扇等。

空气净化装置13也应当包括通信模块，用于接收监控终端12发来的控制信号，在监控终端12发出的控制信号的控制下执行相应的作业强度。由于矿井下的作业面积较大，空气净化装置13的数量较多，如果所有的空气净化装置13处于常开的状态将会加大能源的消耗，增加运行的成本，本实施例通过控制空气净化装置13的执行或停止，在保持空气质量、保证作业环境安全的前提下，节约了能源、降低了运行成本。进一步地，通过控制空气净化装置的作业强度，使得能源消耗更加合理，也进一步节约了能源，降低了成本。

示例性的，所述气体探测装置11还可用于当探测到的有毒有害气体浓度值大于预警值时进行报警。

气体探测装置11本身还带有报警单元，报警单元可以与气体探测装置11中的处理芯片上对应的端口相连，当有毒有害气体浓度值大于预警值时，处理芯片发出报警启动信号，报警单元发出声光报警，以警示附近的作业人员采取措施。

示例性的，所述监控终端12具体用于：

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值为0时，生成用于关闭所述空气净化装置13的控制信号；

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于0时，生成用于打开所述空气净化装置13的控制信号。

有毒有害气体浓度值为0说明气体探测装置11所在区域的空气中不含有毒有害气体，此时则可以关闭该区域的空气净化装置13以节约能源，所以监控终端12生成并发出关闭所述空气净化装置13的控制信号。

有毒有害气体浓度值大于0说明气体探测装置11所在区域的空气中含有有毒有害气体，此时则需要打开该区域的空气净化装置13以保证该区域的安全，所以监控终端12生成并发出打开所述空气净化装置13的控制信号。

监控终端可以通过控制信号控制空气净化装置13完全打开，也可以通过控制信号控制空气净化装置13开启到不同程度。

示例性的，所述监控终端12具体用于：

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于或等于预设的阈值时，生成用于将所述空气净化装置13的阀门开启度控制为100%的控制信号，所述阈值大于0；

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于0且小于所述阈值时，生成用于将所述空气净化装置13的阀门开启度控制为与所述有毒有害气体浓度值相对应的开启度的控制信号。

有毒有害气体是指有毒并对身体有害的气体，在矿井中常见的有毒有害气体包括：瓦斯、氮气、甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳等，其中瓦斯属于一种可燃气体，当其浓度大于某一临界值时，由于外界的影响则可能发生爆炸。以瓦斯为例，空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限，瓦斯爆炸界限浓度为5%-16%。

因此，上述阈值可以是瓦斯含量的危险浓度值，如5%。当外界空气中瓦斯含量为5%时，监控终端12生成并发出开启控制信号，控制空气净化装置13100%开启，100%开启即表示空气净化装置13满负荷工作，使换气量或净化力度最大化。瓦斯浓度大于0且小于5%，此状态则表示空气中含有瓦斯但其浓度不会引起爆炸，所以空气净化装置13可以不进行满负荷的工作，例如监控终端12可以建立一个浓度值与控制信号的对应表，将空气净化装置13的运行状态分为5档：当瓦斯浓度为0%-1%时，控制信号为控制空气净化装置13以20%的负荷运行；当瓦斯浓度为1%-2%时，控制信号为控制空气净化装置13以40%的负荷运行等等。

示例性的，所述气体探测装置11与所述监控终端12无线连接。

由于矿井下的作业区地形复杂，气体探测装置11可应用无线通信方法与监控终端12传递信息，以降低安装成本，并使系统的结构更加简洁。这种情况下，气体探测装置11可以具有无线通信模块，例如无线局域网通信模块，通过无线路由器等设备与监控终端12连接。

示例性的，本实施例所述空气净化装置13具体包括：气幕喷淋装置和局部通风装置中的至少一个装置。

所述气幕喷淋装置与所述监控终端12相连，用于根据所述监控终端12生成的所述控制信号执行或停止喷淋清洁空气。

其中，气幕喷淋装置的一个功能是将压缩空气通过气幕管形成致密气帘，形成的致密气帘可以阻挡外界空气的进入，并且可以扫除外界进入人员身上携带的有毒有害物质。气幕喷淋装置的另一个功能是是通过注入大气量的新鲜压缩空气，将有害气体稀释并通过泄压阀排放到室外，以达到降低有害气体浓度并净化空气的目的。本实施例通过监控终端12实现对气幕喷淋装置的控制，调节气幕喷淋装置的控制阀门以控制其工作状态。

所述局部通风装置与所述监控终端12相连，用于根据所述监控终端12生成的所述控制信号，执行或停止换气。

其中，局部通风装置是指在局部进行抽出空气和注入优质空气的装置，本实施例通过监控终端12控制局部通风装置的电机或阀门以控制其工作的状态。

图2是本实施例提供的另一种煤矿井下空气治理系统的实际应用示意图。本实施例与上述实施例类似，不同之处在于：本实施例中的气体探测装置有多个，且通过数据筛选装置与监控终端相连。

在煤矿的作业现场中，随着开采的进行有毒有害气体也在不断地产生，一般区域中的有毒有害气体可以由自然风通风系统自行地流动排出，但是采煤工作面U型通道23的上隅角常会出现有毒有害气体积聚现象，所以需要对上隅角的不同位置的有毒有害气体进行探测，并根据探测到有毒有害气体浓度信息净化上隅角的空气，以解决该区域的有毒有害气体积聚问题。

如图2所示，本实施提供的煤矿井下空气治理系统包括：多个上述气体探测装置11、上述的监控终端21和上述空气净化装置13。

其中，多个上述气体探测装置11，位于同一区域的不同位置，用于探测所述区域内的不同位置的有毒有害气体浓度信息。

本实施例使用多个气体探测装置11，目的在于从多个方向、在多个位置上采集多个数据，以提高有毒有害气体浓度数据的精度。例如在U型通道23的上隅角处，使用三个气体探测装置11，气体探测装置11的探测头朝向空间三维方向中不同的方向。

本实施例提供的系统还包括：数据筛选终端22。

所述监控终端21通过所述数据筛选终端22与多个所述气体探测装置11相连；

所述数据筛选终端22用于接收多个所述气体探测装置11输出的多个位置的有毒有害气体浓度信息，并去除所述多个位置的有毒有害气体浓度信息中的冗余信息，得到校准有毒有害气体浓度信息。

所述监控终端21还用于根据所述数据筛选终端22得到的所述校准有毒有害气体浓度信息，得到所述区域的平均有毒有害气体浓度信息，并根据所述平均有毒有害气体浓度信息生成所述控制信号。监控终端21根据所述平均有毒有害气体浓度信息生成所述控制信号与上述实施例中监控终端12根据有毒有害气体浓度信息生成控制信号的原理相同，只需将有毒有害气体浓度信息替换为平均有毒有害气体浓度信息即可。

多个气体探测装置11探测到的有毒有害气体浓度信息可能是一组比较接近的数据，也可能出现其中某一个或多个数据与其他数据差异较大的情况，例如某个探测装置的位置恰好探测到其探头周围不含有毒有害气体，所以其探测结果显示有毒有害气体浓度为0，但其他的探测装置所在的位置都显示附近有有毒有害气体存在，如果监控终端21根据未经筛选的所有数据计算平均信息，可能会造成很大误差影响最终对空气净化装置13的控制。

所以本实施例提供一个数据筛选终端22对多个有毒有害气体浓度数据进行初步的筛选工作，可以是去除差异较大的数据，也可以去掉冗余数据，然后将筛选后的浓度数据发送给监控终端21，监控终端21计算经筛选数据的平均值，根据平均值生成并发出所述控制信。

示例性的，本实施例所述气体探测装置11通过所述数据筛选终端22与所述监控终端21无线连接。

气体探测装置通过无线通信单元与数据筛选终端通信，数据筛选终端与监控终端连接，本实施例通过多个气体探测装置采集某一区域的有毒有害气体含量，并且通过数据筛选终端对冗余和误差信息进行筛选，使监控终端可以根据该区域的实际空气状况控制空气净化装置进行相应的处理，从而治理了井下工作面上隅角处积聚的有毒有害气体。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种煤矿井下空气治理系统，其特征在于，包括：

气体探测装置，用于探测空气中的有毒有害气体浓度，并输出有毒有害气体浓度信息；

监控终端，与所述气体探测装置相连，用于根据所述气体探测装置输出的所述有毒有害气体浓度信息生成控制信号；

空气净化装置，与所述监控终端相连，用于根据所述监控终端生成的所述控制信号执行或停止空气净化动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控终端具体用于：

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值为0时，生成用于关闭所述空气净化装置的控制信号；

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于0时，生成用于打开所述空气净化装置的控制信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述监控终端具体用于：

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于或等于预设的阈值时，生成用于将所述空气净化装置的阀门开启度控制为100%的控制信号，所述阈值大于0；

当所述有毒有害气体浓度信息给出的有毒有害气体浓度值大于0且小于所述阈值时，生成用于将所述空气净化装置的阀门开启度控制为与所述有毒有害气体浓度值相对应的开启度的控制信号。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述气体探测装置有多个，多个所述气体探测装置位于同一区域的不同位置，用于探测所述区域内的不同位置的有毒有害气体浓度信息；

所述系统还包括：数据筛选终端；

所述监控终端通过所述数据筛选终端与多个所述气体探测装置相连；

所述数据筛选终端用于接收多个所述气体探测装置输出的多个位置的有毒有害气体浓度信息，并去除所述多个位置的有毒有害气体浓度信息中的冗余信息，得到校准有毒有害气体浓度信息；

所述监控终端还用于根据所述数据筛选终端得到的所述校准有毒有害气体浓度信息，得到所述区域的平均有毒有害气体浓度信息，并根据所述平均有毒有害气体浓度信息生成所述控制信号。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述空气净化装置具体包括：气幕喷淋装置和局部通风装置中的至少一个装置；

所述气幕喷淋装置与所述监控终端相连，用于根据所述监控终端生成的所述控制信号执行或停止喷淋清洁空气；

所述局部通风装置与所述监控终端相连，用于根据所述监控终端生成的所述控制信号，执行或停止换气。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体探测装置与所述监控终端无线连接。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述气体探测装置通过所述数据筛选终端与所述监控终端无线连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述气体探测装置还用于当探测到的有毒有害气体浓度值大于预警值时进行报警。

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