CN106989965A - 一种煤矿井下气体采样装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下气体采样装置，包括包体，储气筒，橡胶管，管口切换器和气泵，储气筒并排放置在包体内，橡胶管两端分别与储气筒和管口切换器连接，管口切换器与气泵相连。气体采集包括以下步骤：将管口切换器调至目标储气筒进行气体样本采集，气袋鼓起该储气筒集气完成；下一管气体采集：当气样连续采集：直接调节管口切换器，向其余储气筒依次进行气体样本采集；当气体间断采集：将管口切换器内残余气体排空后，再进行下一管气体采集，依次完成不同气体采集。该气体采样装置便于携带，方法操作方便，有效减少携带体积，保证气样密封性，满足连续采样需要，增加井下安全监测人员工作效率，及时辨别井下危险源，保证人员生命安全和企业经济效益。

Description

一种煤矿井下气体采样装置及方法

技术领域：

本发明属于采空区气体监测技术领域，具体涉及一种煤矿井下气体采样装置及方法。

背景技术：

井下采空区是煤炭自燃重点防控区域，在综采技术普及的现在仍然不可避免遗煤的产生，遗煤在采空区内经历氧化、蓄热最终导致自燃，威胁了井下人员生命安全并冻结大量的矿产资源。通过井下采空区内铺设的束管对采空区内气样进行采集，再经过对气样内指标气体分析，判断当前采空区内遗煤是否有自燃危险或是否已经自燃，这样就能及时采取措施，防止采空区自燃，保证安全生产。

当前气样采集工作是一个工序繁琐、效率低下的体力劳动，气样采集人员要将手动气泵两端分别连接束管和气样球，通过对手动气泵的不断抓握向气样球内输送气样，在气样充满气样球后对气样球进行封闭后再断开所有连接，造成气样采集速度缓慢，而且在需要采集气样数量多的情况下，大量充满的气样球也会造成携带体积大，各气样容易混淆的缺点。传统的气样采集方法导致采集前后两个气样的时间间隔过长，无法做到连续采集，更无法确定某个气样处在采集过程中某个时间段内，降低了准确性。

由以上分析可知，现今的气样采集方法和装备弊端太多，因此有必要提出一种便携式的气样采集装置和方法，改进现今的缺陷。

发明内容：

本发明的目的是为提高气体采样效率，及时判别危险源，提供一种煤矿井下气体采样装置及方法，该装置结构简单，操作方便，易于携带，采用该装置进行气样采集可以提高气体采样效率和准确度，减轻气体采样工作负担。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤矿井下气体采样装置，包括包体，储气筒，橡胶管，管口切换器和气泵，其中：

所述的储气筒设置若干个，所述的储气筒并排放置在包体内；

所述的橡胶管设置数量与储气筒数量相对应，所述的橡胶管一端与储气筒连接，另一端与管口切换器连接；

所述的管口切换器与气泵相连，所述的管口切换器用于将气泵接通至各目标储气筒相对应的橡胶管，进行气体采集。

所述的包体设有拉链，所述的包体一侧设有气泵收纳袋，用于放置气泵，所述的包体另一侧设有水杯收纳袋。

所述的气泵收纳袋和水杯收纳袋为网状布料，便于透气。

所述的包体设有肩带，所述的肩带上设有标记卡插槽，所述的管口切换器设置在肩带上。

所述的肩带为可调节肩带，所述的可调节肩带设有肩带调节扣。

所述的储气筒一端设有储气筒进气口，另一端设有储气筒排气开口，所述的储气筒进气口与橡胶管连接；所述的储气筒进气口处设有气体活塞，所述的储气筒内设有复位弹簧，所述的气体活塞与复位弹簧相连接。

所述的储气筒个数根据所需采样的气体种数确定。

所述的管口切换器包括连接管，切换开关，切换开关滑槽，轨道，气袋和与橡胶管数量相对应的橡胶管接入口，其中：

所述的橡胶管接入口与橡胶管连接，所述的橡胶管接入口相邻位置并排设置1个不连接橡胶管的关闭位置，所述的橡胶管接入口端口处设有气体控制活塞和气体控制弹簧，所述的气体控制活塞与气体控制弹簧相连，所述的气体控制活塞边缘设有通气孔，所述的橡胶管接入口端口处内表面设有与通气孔相对应的凸起，当弹簧伸展时，通气孔与橡胶管接入口端口处内表面凸起相贴合，使橡胶管接入口端口处于密封状态；

所述的橡胶管接入口下方设置轨道，所述的连接管设置在轨道上，所述的连接管一侧为楔形开口，所述的楔形开口外圆周表面设有环形密封圈；气体采样时，楔形开口向上运动将气体控制活塞顶起，环形密封圈与橡胶管接入口端口外壁贴合，气样由通气孔向橡胶管输送；所述的连接管另一侧与气袋相连，所述的气袋设有气袋进气口，工作时，所述的气袋进气口与气泵相连；

所述的切换开关设置在切换开关滑槽内，所述的切换开关与连接管相连；

所述的切换开关用于控制连接管在轨道上滑动至相应的橡胶管接入口；

所述的切换开关设有位置控制板，所述的位置控制板与轨道相连接；

所述的切换开关与位置控制板间设有开关复位弹簧。

所述的切换开关控制连接管在轨道上滑动的过程为：按下切换开关，所述的位置控制板通过压缩复位弹簧，带动连接管向下运动，所述的连接管在轨道上移动至下一个橡胶管接入口。

所述的轨道为双轨道。

所述的气袋为橡胶气袋。

所述的包体设有与橡胶管数量相对应的导出开口，所述的橡胶管穿过导出开口连接储气筒与管口切换器，所述的橡胶管由导出开口穿出后能够并列整齐排列在肩带上。

所述的气泵为便携式气泵，所述的气泵为矿用本质安全型气泵。

采用所述的煤矿井下气体采样装置进行气体采样的方法，包括以下步骤：

(1)将管口切换器调至第一储气筒；

(2)开启气泵，进行气体样本采集，完成第一储气筒集气；

(3)下一管气体采集，其中：

(a)当对某一地点的气样连续采集时：

重复步骤(1)和(2)的操作，调节管口切换器，向其余储气筒依次进行气体样本采集；使用完毕后，将管口切换器切换至放空状态；

(b)当对不同地点的气体进行间断采集时：

关闭气泵，将管口切换器切换至放空位置，打开气泵，将管口切换器内残余气体排空后，再次将管口切换器滑动至下一个储气筒进行集气，依此循环，完成不同气体的采集操作；

(4)进行气体检测时，将管口切换器与气相色谱仪相连，调节管口切换器到相应位置即可释放气体。

所述的步骤(2)中，当气袋鼓起时，说明该储气筒充满。

所述的步骤(3)(a)中，当对某一地点的气样连续采集时，将管口切换器直接切入下一橡胶管接入口，气袋内气样自动进入下一橡胶管内。

本发明的有益效果：

(1)该井下气体采样装置结构简单，便于携带，方法操作方便，可大幅度提高井下气体采样工作的效率，减轻气样采集人员负担，提高工作人员积极性；

(2)该井下气体采样装置能够有效减少携带体积，弥补了传统球状气袋采样携带体积过大的缺点；

(3)该井下气体采样装置克服传统球状气袋长期使用寿命缩短导致的漏气现象，，保证气样密封性，使所收集气体样本更符合现场实际，满足对气样连续采集需要；

(4)采用该采样方法能够增加井下安全监测人员工作效率，及时辨别井下危险源，保证人员生命安全和企业经济效益；

(5)该采样方法可以对某一地点的气样连续采集，并通过气泵流量和储气筒体积确定某气筒内气样采集的时间段，便于监测气样成分随抽采时间的变化过程，对于不同地点的气样采集同样适用。

附图说明：

图1为本发明实施例1的煤矿井下气体采样装置的结构示意图；

图2为图1的煤矿井下气体采样装置的后视图；

图3为本发明实施例1的储气筒的结构示意图；

图4为本发明实施例1的管口切换器的结构示意图；

图5为本发明实施例1的管口切换器中切换开关的结构示意图；

其中：1-包体，2-拉链，3-储气筒，301-储气筒进气口，302-储气筒排气开口，303-气体活塞，304-复位弹簧，4-管口切换器，401-切换开关，402-橡胶气袋进气口，403-切换开关滑槽，404-橡胶管接入口，405-气体控制弹簧，406-气体控制活塞，407-通气孔，408-轨道，409-位置控制板，410-开关复位弹簧，411-关闭位置，412-橡胶气袋，413-连接管，414-环形密封圈，5-可调节肩带，501-标记卡插槽，502-肩带调节扣，6-便携气泵收纳袋，7-橡胶管，8-水杯收纳袋，9-导出开口。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～5所示，一种煤矿井下气体采样装置，包括包体1，储气筒3，橡胶管7，管口切换器4和便携式气泵，该便携式气泵为矿用本质安全型气泵，其中：

所述的储气筒3的个数根据所需采样的气体种数确定，本实施例中设置20个，并排放置在包体1内，所述的储气筒3一端设有储气筒进气口301，另一端设有储气筒排气开口302；所述的储气筒进气口301处设有气体活塞303，所述的储气筒3内设有复位弹簧304，所述的气体活塞303与复位弹簧304相连接；

所述的管口切换器4包括连接管413，切换开关401，切换开关滑槽403，轨道408，橡胶气袋412和20个并排设置的橡胶管接入口404，其中：

所述的橡胶管接入口404相邻位置并排设置1个不连接橡胶管7的关闭位置411，所述的轨道408为双轨道，所述的橡胶管接入口404端口处设有气体控制活塞406和气体控制弹簧405，所述的气体控制活塞406与气体控制弹簧405相连，所述的气体控制活塞406边缘设有两个通气孔407，所述的橡胶管接入口404端口处内表面设有与通气孔407相对应的凸起，当弹簧伸展时，通气孔407与橡胶管接入口404端口处内表面凸起相贴合，使橡胶管接入口404端口处于密封状态；

所述的轨道408设置在橡胶管接入口404下方，所述的连接管413设置在轨道408上，所述的连接管413一侧为楔形开口，所述的楔形开口外圆周表面设有环形密封圈414；气体采样时，楔形开口向上运动将气体控制活塞顶起，环形密封圈414与橡胶管接入口404端口外壁贴合，气样由通气孔407向橡胶管7输送；所述的连接管413另一侧与橡胶气袋412相连，所述的橡胶气袋412设有橡胶气袋进气口402，工作时，所述的橡胶气袋进气口402与便携式气泵相连；

所述的切换开关401设置在切换开关滑槽403内，所述的切换开关401与连接管413相连；

所述的切换开关401用于控制连接管413在轨道408上滑动至相应的橡胶管接入口404；

所述的切换开关401设有位置控制板409，所述的位置控制板409与轨道408相连接；

所述的切换开关401与位置控制板409间设有开关复位弹簧410；

所述的管口切换器4用于将便携式气泵接通至各目标储气筒相对应的橡胶管7，进行气体采集；

所述的橡胶管7对应设置20个，所述的橡胶管7一端与储气筒进气口301连接，另一端与橡胶管接入口404连接；

所述的包体1设有拉链2，所述的包体1一侧设有便携气泵收纳袋6，用于放置便携式气泵，所述的包体1另一侧设有水杯收纳袋8，所述的便携气泵收纳袋6和水杯收纳袋8为网状布料，便于透气；

所述的包体1设有可调节肩带5，所述的可调节肩带5上设有标记卡插槽501，所述的管口切换器4设置在可调节肩带5上，所述的可调节肩带5设有肩带调节扣502；

所述的包体1设有20个导出开口9，所述的橡胶管7穿过导出开口9连接储气筒3与管口切换器4，所述的橡胶管7由导出开口9穿出后能够并列整齐排列在可调节肩带5上；

该煤矿井下气体采集装置在采集时各连接处密封良好，保证了气样的准确性；

针对煤矿井下延伸进入采空区不同位置的气体监测束管进行采空区气样采集，本实例中，需要通过20个束管分别对采空区不同位置的气样进行采集，采用所述的煤矿井下气体采样装置进行气体采样的方法，包括以下步骤：

(1)将便携式气泵进气口与束管连接，便携式气泵出气口与橡胶带进气口402连接，按下切换开关401，将橡胶气袋412滑动至关闭位置411即排空位置，打开便携式气泵，将束管内及橡胶气袋413的残余气体排空；

(2)按下切换开关401，将连接管413滑动至第一个储气筒3对应的橡胶管接入口404，松开切换开关401，开关复位弹簧410复位，推动连接管413向上移动，使得环形密封圈414与橡胶管端口外壁贴合，连接管413推动气体控制活塞406向上移动，气体控制弹簧405被压缩，开启便携式气泵，开始对包体1内的第一个储气筒3进行充气，随着气样进入连接管413，气样由通气孔407进入橡胶管7，充满后橡胶气袋412开始膨胀，表明第一个储气筒3已经完成充气；

(3)再次按下切换开关401，位置控制板409通过压缩开关复位弹簧410，带动连接管413向下运动，连接管413在轨道408滑轨上滑动，带动橡胶气袋412滑动至关闭位置411，关闭便携式气泵并放入便携式气泵收纳袋6内，将本次采集的气样位置与对应橡胶管接入口404进行记录，并放置在标记卡插槽501内，至此完成1个气体采样，重复上述残余气体排放和气样采集步骤，完成对剩下19个气样的采集；

(4)进行气体检测时，将管口切换器4的橡胶气袋412与气相色谱仪相连，调节管口切换器4到目标储气筒对应的橡胶管，气样在活塞303和复位弹簧304的作用下反向进入化验仪器。

实施例2

本实施例中的一种煤矿井下气体采样装置与实施例1相同，区别在于本实施例中储气筒设置10个，橡胶管，橡胶管接入口与导出开口相对应也分别设置10个；针对需要对气样进行连续采集的情况，用于观察气样成分随时间变化；本实例中，在上隅角释放示踪气体，需要对采空区下隅角进行一段时间的连续采集，采集完毕后可根据便携式气泵流量和储气筒的容量，确定每个气样的采集开始和结束时间，采用所述的煤矿井下气体采样装置进行气体采样的方法，具体包括以下步骤：

(1)将便携式气泵进气口伸入下隅角风障内，便携式气泵出气口与橡胶气袋进气口连接，按下切换开关，将连接管滑动至关闭位置即放空位置，打开便携式气泵，将橡胶气袋内的残余气体排空；

(2)按下切换开关，将连接管滑动至第一储气筒相对应的橡胶管接入口，开启便携式气泵，开始对包体内向应的第一个储气筒充入气样，充满后橡胶气袋鼓起胀，表明第一个储气筒已经完成气样采集；

(3)再次按下切换开关，将连接管滑动至下一储气筒相对应的橡胶管接入口，开始向第二储气筒充入气样，橡胶气袋内的气体随着新进入的气样一并进入第二储气筒，如此连续操作，完成10个气样连续采样，便携式气泵流量为5L/min，每个储气筒的容量为1L，连续采集2min后充满10个储气筒3，在开始采集后每个储气筒充满时间为12s，可以确定每个储气筒的采集开始和结束时间。

Claims (9)

1.一种煤矿井下气体采样装置，其特征在于，包括包体，储气筒，橡胶管，管口切换器和气泵，其中：

所述的储气筒设置若干个，所述的储气筒并排放置在包体内；

所述的橡胶管设置数量与储气筒数量相对应，所述的橡胶管一端与储气筒连接，另一端与管口切换器连接；

所述的管口切换器与气泵相连，所述的管口切换器用于将气泵接通至各目标储气筒相对应的橡胶管，进行气体采集。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的包体设有拉链，所述的包体一侧设有气泵收纳袋，用于放置气泵，所述的包体另一侧设有水杯收纳袋。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的气泵收纳袋和水杯收纳袋为网状布料，便于透气。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的包体设有肩带，所述的肩带上设有标记卡插槽，所述的管口切换器设置在肩带上。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的储气筒一端设有储气筒进气口，另一端设有储气筒排气开口，所述的储气筒进气口与橡胶管连接；所述的储气筒进气口处设有气体活塞，所述的储气筒内设有复位弹簧，所述的气体活塞与复位弹簧相连接。

6.根据权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的管口切换器包括连接管，切换开关，切换开关滑槽，轨道，气袋和与橡胶管数量相对应的橡胶管接入口，其中：

所述的橡胶管接入口与橡胶管连接，所述的橡胶管接入口相邻位置并排设置1个不连接橡胶管的关闭位置，所述的橡胶管接入口端口处设有气体控制活塞和气体控制弹簧，所述的气体控制活塞与气体控制弹簧相连，所述的气体控制活塞边缘设有通气孔，所述的橡胶管接入口端口处内表面设有与通气孔相对应的凸起，当弹簧伸展时，通气孔与橡胶管接入口端口处内表面凸起相贴合，使橡胶管接入口端口处于密封状态；

所述的橡胶管接入口下方设置轨道，所述的连接管设置在轨道上，所述的连接管一侧为楔形开口，所述的楔形开口外圆周表面设有环形密封圈；气体采样时，楔形开口向上运动将气体控制活塞顶起，环形密封圈与橡胶管接入口端口外壁贴合，气样由通气孔向橡胶管输送；所述的连接管另一侧与气袋相连，所述的气袋设有气袋进气口，工作时，所述的气袋进气口与气泵相连；

所述的切换开关设置在切换开关滑槽内，所述的切换开关与连接管相连；

所述的切换开关用于控制连接管在轨道上滑动至相应的橡胶管接入口；

所述的切换开关设有位置控制板，所述的位置控制板与轨道相连接；

所述的切换开关与位置控制板间设有开关复位弹簧。

7.根据权利要求6所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的切换开关控制连接管在轨道上滑动的过程为：按下切换开关，所述的位置控制板通过压缩复位弹簧，带动连接管向下运动，所述的连接管在轨道上移动至下一个橡胶管接入口。

8.根据权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置，其特征在于，所述的包体设有与橡胶管数量相对应的导出开口，所述的橡胶管穿过导出开口连接储气筒与管口切换器，所述的橡胶管由导出开口穿出后能够并列整齐排列在肩带上。

9.采用权利要求1所述的煤矿井下气体采样装置进行气体采样的方法，包括以下步骤：

(1)将管口切换器调至第一储气筒；

(2)开启气泵，进行气体样本采集，完成第一储气筒集气；

(3)下一管气体采集，其中：

(a)当对某一地点的气样连续采集时：

重复步骤(1)和(2)的操作，调节管口切换器，向其余储气筒依次进行气体样本采集；使用完毕后，将管口切换器切换至放空状态；

(b)当对不同地点的气体进行间断采集时：

关闭气泵，将管口切换器切换至放空位置，打开气泵，将管口切换器内残余气体排空后，再次将管口切换器滑动至下一个储气筒进行集气，依此循环，完成不同气体的采集操作；

(4)进行气体检测时，将管口切换器与气相色谱仪相连，调节管口切换器到相应位置即可释放气体。