CN104110582A - 一种煤层气安全输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一利应用在煤矿开采中的井下煤层气(瓦斯)的安全输送系统，在输送管道上沿煤层气输送方向依次设置有监测装置、自动喷粉抑爆装置和阻火装置，自动喷粉抑爆装置连接有控制器，监测装置、控制器的输出端分别通过信息数据总线并经通信接口连接地面的监控系统。该系统随时监测输送管道中的甲烷、一氧化碳、温度、流量等信息，一般发现超限及时报警并传输到地面控制中心，乃至国家安全监测中心。一旦发生火灾时，通过阻火装置、自动喷粉抑爆装置等作用把灾害控制在一定范围内。

Description

一种煤层气安全输送系统

技术领域

本发明涉及一种煤层气(瓦斯)安全输送系统，具体为应用在煤矿开采中的井下煤层气(瓦斯)的安全输送系统。 

背景技术

井下煤层气(瓦斯)抽采管路中的瓦斯浓度常处与瓦斯爆炸区间范围内，地面永久或井下移动抽采系统在采用湿式抽采泵进行抽采时，对管路内的瓦斯浓度是没有要求的，由于是负压抽采，一般来说瓦斯不可能从管内泄露到管外，而只可能空气从管外进入管内，从而降低瓦斯抽采浓度，尤其是在采掘面上的封孔不严、煤层变动等，造成了大量的空气被抽进管路内，造成的瓦斯浓度的降低。即使巷道内有明火也不会传播到管道内，安全不会有重大影响。但采空区残煤自然发火、煤层钻孔着火，将会使火焰传播进入瓦斯抽采管道，为了防患于未然，强化井下瓦斯抽采系统的安全措施，消除两种不同类型爆炸而引发的危害，在进行低浓度瓦斯抽采及利用时，采取井下灾变预防措施，可将发生的灾变控制在最小范围。 

在我国由于各个煤矿的地质条件的不同，煤层气(瓦斯)的瓦斯含量是动态变化的，浓度在0.5％-80％之间变化，而浓度进入5％-16％之间时就进入了瓦斯的爆炸范围，这样就存在重大的爆炸隐患，一旦有火源，就会引起连环的爆炸，造成巨大的人员、财产损失，尤其是近两年贵州、山西2个煤矿瓦斯抽采管道发生爆炸，给生命、财产带来巨大的损失，所以国家越来越重视瓦斯抽采管道安全问题。国家在瓦斯矿区提出的“一通三防”是采用先抽瓦斯再开采的方法，解决了瓦斯前期开采的安全；救生舱、避难硐室是保证在灾害发生后使人员的生存得到最大程度的保障，但唯独在系统控制方面是一个空白。 

目前，现有的煤矿本质型的安全输送系统及设备较少，方式方法单一陈旧，在输送过程中有如下问题： 

细水雾不能从根本上解决隐患，同时也增加了巷道中水的含量，造成排水困难。 

避难硐室及救生舱由于间隔距离大，所以在爆炸时不能够及时为矿工遮挡保护，避免灾害发生；且内部氧气存储量较少，只能维持较短时间及较少人员救生。 

巷道中放置的喷粉装置与感应爆炸火势的火焰传感器距离较近，喷粉装置动作后污染传感器探头。 

传感器放置于井下，由于环境条件恶劣，传感器缺少必要的防尘防护措施，容易堵塞导致误动作或不动作。 

传统的阻火器仅仅起到单一阻燃或单一阻爆的作用，无法两者兼顾。 

迄今为止国内外没有一种适用于煤矿煤层气(瓦斯)的安全输送系统。 

发明内容

本发明是为克服上述现有技术存在的不足之处，提供一种煤层气安全输送系统，以实现监测及控制的作用，系统随时监测输送管道中的甲烷、一氧化碳、温度、流量等信息，一般发现超限及时报警并传输到地面控制中心，乃至国家安全监测中心。一旦发生火灾时，通过阻火装置、自动喷粉抑爆装置等作用把灾害控制在一定范围内。 

本发明的煤层气安全输送系统所采用的技术方案如下：在输送管道上沿煤层气输送方向依次设置有监测装置、自动喷粉抑爆装置和阻火装置，自动喷粉抑爆装置连接有控制器，监测装置、控制器的输出端分别通过信息数掘总线并经通信接口连接地面的监控系统。 

上述的监测装置的输入端分别连接有安装在输送管道的管道甲烷传感器、管道一氧化碳传感器、管道温度传感器、流量传感器，并分别与监测装置电源、环境甲烷传感器和环境一氧化碳传感器相连接。 

上述的控制器的输入端分别连接有安装在输送管道的紫外线火焰传感器、红外线火焰传感器、温度传感器及爆轰压力传感器，本安电源通过电源线连接控制器；控制器设有4个输出接口和一个级联接口，其中的两个输出接口分别连接一个位于阻火装置两侧的自动喷粉抑爆装置，剩余两个接口可根据客户需要进行串联增加，级联接口可再次连接一个同样的控制器，这样又可增加4个输出接口，即最多可控制8个自动喷粉抑爆装置。 

上述的阻火装置包括上气流通道和下气流通道两部分，其中，上气流通 道中，阻燃阻爆挡板依靠焊接在简体内壁上的U型支撑架由螺栓安装在内壁四周，防尘滑轨安装在以阻燃阻爆挡板围成的空腔内部，滑块与防尘滑轨配装；平板阀芯为一体式结构，其中间为配重板，左右两侧为楔形圆盘或圆环；平板阀芯的上下左右四处各有一定宽度的平面，该平面上设有螺孔，平板阀芯垂直放置于两根平行的防尘滑轨上，螺栓通过该螺孔将平板阀芯与滑块固定联接，筒体的左右两侧为通气管道；下气流通道由进水管、出水管、排渣阀及分别与两侧的通气管道连接的下支路两侧的水封排水管组成，出水管位于进水管的下部，排渣阀设在简体的底部，简体的最下部设有腿式支座；在盖板的内侧设置有快速灭火装置，在盖板的顶部设置有泄压阀；盖板与简体经螺栓连接在一起。 

在上述的监测装置的前端设有大水量气水分离装置，该大水量气水分离装置连接有全自动负压排水排渣器，阻火装置的排渣阀也连接有全自动负压排水排渣器。 

上述的自动喷粉抑爆装置的气体发生器为化学反应产气式发生器或者高压气瓶储气式发生器。 

上述的自动喷粉抑爆装置的喷头的形状为轮辐式，其底部为倒三角结构；所述的自动喷粉抑爆装置的ABC干粉为超细干粉。 

上述的阻燃阻爆挡板由阻火波纹带和石棉板依靠上下两块压紧铁片加紧固定而成。 

上述的监测装置、自动喷粉抑爆装置和阻火装置安装在输送管道的主干道、各分支管路、采区上山下口、井底车场或者地面至井下的立管下口处；所述的信息数据总线传输方式为RS-485协议、FSK协议、CAN协议、无线网、或者以太网中的一利。 

在煤矿井下的各主干路、分支管路、采区上山下口、井底车场、地面至井下的立管下口等处布置若干个监测装置、自动喷粉抑爆装置、阻火装置，以便将井下的抽采管网划分成区块，使之相互独立，一旦灾变发生即可实现多级的阻火，将灾变控制在最小范围。 

安全输送系统通过监测装置实时测量管道中的甲烷、一氧化碳、温度、压力、流量、湿度等参数，一旦检测到异常及时发出警报，并通过RS-485办 议、FSK协议、CAN协议、无线网、以太网等实时传输到地面的监控中心，地面监控中心再通过以太网、互联网实时传输到国家煤矿安全监测中心。一旦监测到瓦斯着火或者爆炸时，则系统会在毫秒级的时间内通过阻火器装置、自动喷粉抑爆装置进行隔爆、阻爆及灭火，把灾害控制在一定的范围内，从而最大限度的保障人员、财产的安全。 

本发明的煤层气安全输送系统与现有技术相比，具有以下有益效果： 

1、填补了国内煤层气(瓦斯)安全输送的空白。 

2、采用多传感器检测降低误报率、不报率。 

3、不仅仅监测管道内的参数，也同时监测巷道中各项参数。 

4、抑爆器采用固体产气装置，不动作时是常压状态，比高压储气罐式更安全可靠。 

5、在发生层流燃烧或爆燃时都能有效阻断、抑爆，比单一性能的产品更可靠。 

6、能实时监测、累计各分支管路中的瓦斯的含量及变动、瓦斯的流量及累积量。 

8、与原有的救生舱或避难硐室相比，成本低，且阻燃阻爆效果明显占优； 

9、整个系统所用设备及电子电气元器件结构简单，动作迅速，抗干扰能力强。 

10、全部设备体积小、重量轻、易于搬运，不占用太大空间，在出现紧急情况时便于工人及时撤离。 

11、通过以太网及RS一485、FSK、CAN总线中任意一种连接将数据输送至地上控制中心，实现及时、快速、同步传导。 

12、输送管道可阻燃、抗静电，属于本质安全类，避免了因杂质碰撞管壁出现花火而引起的瓦斯爆炸。 

13、一旦发生爆炸，可以将灾害控制在最小范围内。 

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。 

图2是本发明实施例2的结构示意图。 

图3是自动喷粉抑爆装置抑爆器结构示意图。 

图4-1是喷头的主视图。 

图4-2是喷头G-G的二维剖面图。 

图4-3是喷头G-G的立体剖面图。 

图5阻火装置的结构图。 

图6是图5的A-A剖视图。 

图7-1是阻火装置的平板阀芯视图。 

图7-2是图7-1的侧视图。 

图8是阻火装置的U型支撑架的结构示意图。 

图9是阻火装置的防尘滑轨的示意图。 

图10是阻火装置的滑块示意图。 

图11是阻火装置的滑块与阀芯联接示意图。 

图12是阻火装置的阻燃阻爆挡板的阻火波纹带主视图。 

图13是阻火装置的阻燃阻爆挡板的阻火波纹带A-A剖面图。 

图14是阻燃阻爆挡板的阻火波纹带与石棉板的装配示意图。 

图中标记： 

1、全自动负压放水排渣装置I       1′、全自动负压放水排渣装置II 

2、大水量气水分离装置            3、管道甲烷传感器 

4、管道一氧化碳传感器            5、管道温度传感器 

6、流量传感器                    7、紫外线火焰传感器I 

7′、紫外线火焰传感器II          8、红外线火焰传感器I 

8′、红外线火焰传感器II          9、温度传感器I 

9′、温度传感器II10、爆轰压力传感器I 

10′、爆轰压力传感器II           11、自动喷粉抑爆装置I 

11′、自动喷粉抑爆装置II12、阻火装置 

13、本安电源                     14、监测装置电源 

15、控制器          16、环境甲烷传感器       17、环境一氧化碳传感器 

18、监测装置        19、输送管道             20、   井下 

21、地面            22、信息数据总线         23、通信接口 

24、监控系统        25、气体发生器           26、ABC干粉 

27.喷头                     28、配重板         29、楔形圆盘或圆环I 

30、楔形圆盘或圆环II        40、盖板           41、密封垫 

42、快速灭火装置            43、简体           44、阻燃阻爆挡板 

45、防尘滑轨                46、滑块           47、平板阀芯 

48、U型支撑架               49、通气管道       50、进水管 

51、出水管                 52、排渣阀         53、水封排水管I 

53′、水封排水管II          54、腿式支座       55、螺栓I 

56、螺栓II                  57、螺栓III        58、通气管法兰 

59、螺栓IV                  60、泄压阀         65、紧固螺栓I 

65′、紧固螺栓II            66、压紧铁片I      66′、压紧铁片II 

67、石棉板                  68、阻火波纹带     69、紧固螺母I 

69′、紧固螺母II 

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述。 

具体实施方式

参见图1、图2，本发明提供的一种煤矿煤层气瓦斯安全输送的系统，在输送管道19上沿煤层气输送方向依次设置有监测装置18、自动喷粉抑爆装置11和阻火装置12，自动喷粉抑爆装置11连接有控制器15，监测装置18、控制器15的输出端分别通过信息数据总线22并经通信接口23连接地面21的临控系统24。 

所述的监测装置18的输入端分别连接有安装在输送管道19的管道甲烷传感器3、管道一氧化碳传感器4、管道温度传感器5、流量传感器6，并分别与监测装置电源14、环境甲烷传感器16和环境一氧化碳传感器17相连接。 

所述的控制器15的输入端分别连接有安装在输送管道19的紫外线火焰传感器I7、紫外线火焰传感器II7′、红外线火焰传感器I8、红外线火焰传感器II8′、温度传感器I9、温度传感器II9′、爆轰压力传感器I10及爆轰压力传感器II10′，本安电源13通过电源线连接控制器15；控制器15设有4个输出接口和一个级联接口，其中的两个输出接口分别连接一个位于阻火装置12两侧的自动喷粉抑爆装置11、11′，剩余两个接口可根据客户需要进行串联增加，级联接口可再次连接一个同样的控制器，这样又可增加4个输出接 口，即最多可控制8个自动喷粉抑爆装置11或11′。 

参见图2，由于我国煤矿的分布在各个省市，且当地的地质条件也有很大的不同，为了适应复杂地质条件，系统的布置是灵活多样的，是根据各个矿区的具体情况来调整的。由于现在的煤矿煤层气大都采用负压抽采，管道内含有大量的水分、煤灰、煤渣等物品，为了保证各传感器的正常运行，一般都在系统的前端加入大水量气水分离装置及全自动负压放水排渣装置，以此来保证各传感器的正常运行。即，在监测装置18的前端设有大水量气水分离装置2，该大水量气水分离装置2连接有全自动负压排水排渣器1′，阻火装置12的排渣阀52连接有全自动负压排水排渣器1。 

参见图3至图4-3，所述的自动喷粉抑爆装置11、11′的气体发生器25为化学反应产气式发生器或者高压气瓶储气式发生器；所述的自动喷粉抑爆装置11、11′的喷头27的形状为轮辐式，其底部为倒三角结构，这样大大的增加了干粉26的喷洒面积及喷洒效果。所述的自动喷粉抑爆装置11、11′的ABC干粉26为超细干粉，粉体颗粒小，成雾效果好，成雾效果时长超过1分钟，具有瞬间将灾变控制在最小的能力。 

在不同的煤矿使用时，可根据不同的情况灵活布置传感器，一般不低于一种，由于自动喷粉抑爆装置本身带有传感器、控制器15，所以具有主动抑爆功能，一旦检测到火焰或爆炸时，控制器15能在毫秒级的时间内控制抑爆器动作，把ABC干粉26喷出，从而把火焰扑灭。 

参见图5、图6、图8，所述的阻火装置12包括上气流通道和下气流通道两部分，其中，上气流通道中，阻燃阻爆挡板44依靠焊接在筒体43内壁上的U型支撑架48由螺栓II56与螺栓Ⅳ59安装在内壁四周，防尘滑轨45安装在以阻燃阻爆挡板44围成的空腔内部，滑块46与防尘滑轨45配装。 

参见图7-1、图7-2、图9至图11，平板阀芯47为一体式结构，其中间为配重板35，左右两侧的楔形圆盘或圆环I36、楔形圆盘或圆环II36′；平板阀芯47的组装方式有两种：一是左右两侧的楔形圆盘或圆环I36、楔形圆盘或圆环II36′与配重板35为一体式，由整块铁板加工而成；二是左右两侧的楔形圆盘或圆环I36、楔形圆盘或圆环II36′加工好后可与配重板35进行焊接组装而成。平板阀芯47的上下左右四处各有一定宽度的平面，该平面上设 有螺孔，平板阀芯47垂直放置于两根平行的防尘滑轨45上，螺栓II157通过该螺孔将平板阀芯47与滑块46固定联接，简体43的左右两侧为通气管道49。 

下气流通道由进水管50、出水管51、排渣阀52及分别与两侧的通气管道49连接的下支路两侧的水封排水管I53和水封排水管II53′组成，出水管51位于进水管50的下部，排渣阀52设在筒体43的底部，用于定期排出筒体43内部的杂质，简体43的最下部设有腿式支座54。 

在盖板40的内侧设置有快速灭火装置42，在盖板40的顶部设置有泄压阀60。阻燃阻爆装置12安置在井下20时，不使用泄压阀60，当设备安置在地面21时，使用泄压阀60。盖板40与简体43经螺栓I55连接在一起。 

参见图12至图14，所述的阻燃阻爆挡板44由阻火波纹带68和石棉板67组成；玻璃棉67和阻火波纹带68依靠上下两块压紧铁片I66、压紧铁片II66′由紧固螺栓I65、紧固螺栓II65′、紧固螺母I69以及紧固螺母II69′加紧固定。 

正常工作时，煤矿瓦斯由上气流通道中通气管道一端进入筒体43内部，沿阻燃阻爆挡板44与平板阀芯47之间的空隙流通到另一端，简体43底部装有一定量的水。水由进水管50进入筒体43内部，达到一定量之后由出水管51溢出多余水。 

一旦煤矿出现灾变时，上气流通道的爆炸波首先推动平板阀芯47，阀芯47将通气管道49封堵，后续火焰及爆炸波收到平板阀芯47的阻力后向四周扩散，首先通过由阻火波纹带68和玻璃棉67组成的阻燃阻爆挡板44，阻火波纹带68的器壁效应将火焰分成许多细小焰流，玻璃棉67将随之带来的爆炸波进行减弱吸收，由于被分解成的细小焰流带有高温高压特点，穿过阻燃阻爆挡板44后将挂在盖板40顶部的快速灭火装置42启动，喷洒出气溶胶反应而成的白色泡沫粉从而熄灭细小焰流。当装置放于井上时，将泄压阀60没置成工作状态，泄压阀60受到高压后快速启动，泄压减压。 

在下气流通道中，当爆炸波经过下部阻燃阻爆挡板44后，简体43内部的水被细小焰流和爆炸波强行沿水封排水管I53和水封排水管II53′移动进入另一侧通气管道49，直至火焰熄灭。 

监测装置18、自动喷粉抑爆装置11、11′和阻火装置12可以根据需要安 装在输送管道19的主干道、各分支管路、采区上山下口、井底车场或者地面21至井下20的立管下口处；所述的信息数据总线22传输方式可以是RS一485协议、FSK协议、CAN协议、无线网、或者以太网中的一种。 

本发明提供的煤矿煤层气瓦斯安全输送的系统系统具有监测与控制的作用，监测装置18安装在主干道、各分支管路、采区上山下口、井底车场、地面至井下的立管下口等处上，实时监测管道内及巷道环境中的甲烷浓度、一氧化碳、流量、温度、压力等瓦斯抽采参数，并通过RS一485协议、FSK协议、CAN协议、无线网、以太网等中的任意一种通过通信接口23把各项参数实时寸传输到地面监控系统24中，地面监控系统24再通过以太网、互联网实时传输到国家煤矿安全监测中心。一旦监测到瓦斯超限或其他危险状况时，则会实时报警，在地面监控中心上的屏幕上会显现出来，并手动或自动的采取描施来解决。 

在控制方面是采用的主动抑爆和被动阻火相结合的形式来完成。阻火装置12、自动喷粉抑爆装置11、11′安装在主干道、各分支管路、采区上山下口、井底车场、地面至井下的立管下口等处，一旦监测到瓦斯着火或者爆炸时，则系统会在毫秒级的时间内通过阻火装置12进行阻火，自动喷粉抑爆装置11、11′进行隔爆、阻爆及灭火，把灾害控制在一定的范围内，从而最大限度的保障人员、财产的安全。 

Claims (9)

1.一种煤层气安全输送系统，其特征在于，在输送管道(19)上沿煤层气输送方向依次设置有监测装置(18)、自动喷粉抑爆装置(11)和阻火装置(12)，自动喷粉抑爆装置(11)连接有控制器(15)，监测装置(18)、控制器(15)的输出端分别通过信息数据总线(22)并经通信接口(23)连接地面(21)的监控系统(24)。

2.根据权利要求1所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的监测装置(18)的输入端分别连接有安装在输送管道(19)的管道甲烷传感器(3)、管道一氧化碳传感器(4)、管道温度传感器(5)、流量传感器(6)，并分别与监测装置电源(14)、环境甲烷传感器(16)和环境一氧化碳传感器(17)相连接。

3.根据权利要求1或2所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的控制器(15)的输入端分别连接有安装在输送管道(19)的紫外线火焰传感器I(7)、紫外线火焰传感器II(7′)、红外线火焰传感器I(8)、红外线火焰传感器II(8′)、温度传感器I(9)、温度传感器II(9′)、爆轰压力传感器I(10)及爆轰压力传感器II(10′)，本安电源(13)通过电源线连接控制器(15)；控制器(15)设有4个输出接口和一个级联接口，其中的两个输出接口分别连接位于阻火装置(12)两侧的自动喷粉抑爆装置(11、11′)，剩余两个接口可根据需要进行串联增加，级联接口可再次连接一个同样的控制器，这样又可增加4个输出接口，即最多可控制8个自动喷粉抑爆装置。

4.根据权利要求3所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的阻火装置(12)包括上气流通道和下气流通道两部分，其中，

上气流通道中，阻燃阻爆挡板(44)依靠焊接在简体(43)内壁上的U型支撑架(48)由螺栓II(56)与螺栓IV(59)安装在内壁四周，防尘滑轨(45)安装在以阻燃阻爆挡板(44)围成的空腔内部，滑块(46)与防尘滑轨(45)配装；

平板阀芯(47)为一体式结构，其中间为配重板(35)，左右两侧为楔形圆盘或圆环I(36)和楔形圆盘或圆环II(36′)；平板阀芯(47)的上下在右四处各有一定宽度的平面，该平面上设有螺孔，平板阀芯(47)垂直放置于两根平行的防尘滑轨(45)上，螺栓III(57)通过该螺孔将平板阀芯(47)与滑块(46)固定联接，筒体(43)的左右两侧为通气管道(49)；

下气流通道由进水管(50)、出水管(51)、排渣阀(52)及分别与两侧的通气管道(49)连接的下支路两侧的水封排水管I(53)和水封排水管II(53′)组成，出水管(51)位于进水管(50)的下部，排渣阀(52)设在简体(43)的底部，筒体(43)的最下部设有腿式支座(54)；

在盖板(40)的内侧设置有快速灭火装置(42)，在盖板(40)的顶部设置有泄压阀(60)；盖板(40)与筒体(43)经螺栓I(55)连接在一起。

5.根据权利要求1或4所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，在监测装置(18)的前端设有大水量气水分离装置(2)，该大水量气水分离装置(2)连接有全自动负压排水排渣器(1′)，阻火装置(12)的排渣阀(52)连接有全自动负压排水排渣器(1)。

6.根据权利要求5所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的自动喷粉抑爆装置(11、11′)的气体发生器(25)为化学反应产气式发生器或者高压气瓶储气式发生器。

7.根据权利要求6所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的自动喷粉抑爆装置(11、11′)的喷头(27)的形状为轮辐式，其底部为倒三角结构；所述的自动喷粉抑爆装置(11、11′)的ABC干粉(26)为超细干粉。

8.根据权利要求7所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的阻燃阻爆挡板(44)由阻火波纹带(68)和石棉板(67)依靠上下两块压紧铁片I(66)、压紧铁片II(66′)加紧固定而成。

9.根据权利要求8所述的煤层气安全输送系统，其特征在于，所述的临测装置(18)、自动喷粉抑爆装置(11、11′)和阻火装置(12)安装在输送管道(19)的主干道、各分支管路、采区上山下口、井底车场或者地面(21)至井下(20)的立管下口处；所述的信息数据总线(22)传输方式为RS-485协议、FSK协议、CAN办议、无线网、或者以太网中的一种。