CN107906216B - 一种煤矿瓦斯吸附控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀公开了一种配合矿井通风和瓦斯抽采两大类煤矿瓦斯防治技术，消除煤矿巷道瓦斯积聚的装置上使用的控制阀。通过对四个密封移动门开合度的调整，能够更好根据瓦斯积聚的情况进行瓦斯吸附。其特征在于主体环一端套置于固定筒上，所述主体环内壁上置有至少1个吸附块，所述固定环套置于主体环另一端上，所述固定环上等距开有四个通孔，所述四个支撑架一端等距置于主体环外壁上，且一一对应位于固定环上四个通孔的正下方，所述支撑架为L型结构，所述L型支撑架另一端上开有弧形凹槽，支撑板置于支撑架另一端上的弧形凹槽内，所述支撑板为弧形板状结构，气动执行器置于支撑板上，挡板置于气动执行器上的伸缩杆一端上。
Description
技术领域
本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀，涉及一种煤矿瓦斯防治使用的物理吸附装置上使用的控制阀装置。属于煤矿瓦斯防治技术领域。特别涉及一种配合矿井通风和瓦斯抽采两大类煤矿瓦斯防治技术，消除煤矿巷道瓦斯积聚的装置上使用的控制阀。通过对四个密封移动门开合度的调整，能够更好根据瓦斯积聚的情况进行瓦斯吸附。
背景技术
矿井通风为煤矿巷道提供了氧气，但在控制煤矿巷道瓦斯浓度方面存在着如下的缺陷：
（1）通风死角的存在导致瓦斯积聚；
（2）单位时间煤层瓦斯涌出量不是一个固定值，且瓦斯突出是矿井的常见风险，如果一段时间瓦斯涌出量过高，则瓦斯含量超标；
（3）矿井通风量受到经济和安全的限制，通风量和风速、巷道横截面积成正比，如风速过大，将影响人的安全和设备的正常作业，风速不能超过规定的数值，巷道横截面积的增加将大大增加建矿成本，同时还将增加围岩压力。
瓦斯抽采的作用是抽采出煤层中过高含量的瓦斯，以及消除瓦斯突出点。瓦斯抽采的具体做法是直接在煤层中抽取瓦斯，瓦斯抽采在控制煤矿巷道瓦斯浓度方面存在如下的缺陷：
（1）瓦斯抽采作业只能在煤层中进行，不能应用于巷道里面，且不能直接降低巷道中的瓦斯含量；
（2）不能消除所有的瓦斯突出点。瓦斯突出有大有小，消除极小规模的瓦斯突出点难以操作且存在不易察觉的瓦斯突出点。
专利申请号201410338777.9 公开了一种井工煤矿瓦斯吸附材料及吸附装置，其中使用了一种密封控制门，在实际使用过程中，现有的控制门或者控制阀，难以在使用的时候更好的适应和配合瓦斯积聚吸附的使用，现有的阀门仅能解决管道内通风量的大小，并不能针对井工煤矿瓦斯积聚的情况，以及内部分子筛的情况调节阀门的开闭范围，在煤矿通风管道内瓦斯吸附时使用效果不好。
发明内容
为了改善上述情况，本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀提供了一种配合矿井通风和瓦斯抽采两大类煤矿瓦斯防治技术，消除煤矿巷道瓦斯积聚的装置上使用的控制阀。通过对四个密封移动门开合度的调整，能够更好根据瓦斯积聚的情况进行瓦斯吸附。
本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀是这样实现的：本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀由主体装置、调节装置和控制装置组成，主体装置由固定环、吸附块、支撑架、固定筒和主体环组成，主体环一端套置于固定筒上，所述主体环内壁上置有至少1个吸附块，所述吸附块为四分之一半圆环形结构，所述固定环套置于主体环另一端上，所述固定环上等距开有四个通孔，所述四个支撑架一端等距置于主体环外壁上，且一一对应位于固定环上四个通孔的正下方，所述支撑架为L型结构，所述L型支撑架另一端上开有弧形凹槽，调节装置由密封移动门、减震弹簧、移动支板、挡板、气动执行器和支撑板组成，支撑板置于支撑架另一端上的弧形凹槽内，所述支撑板为弧形板状结构，气动执行器置于支撑板上，挡板置于气动执行器上的伸缩杆一端上，移动支板一端置于挡板上，另一端穿过固定环上对应的通孔置于固定环内，密封移动门置于移动支板另一端上，所述密封移动门为扇形板状结构，所述四个密封移动门闭合形成整圆，
所述密封移动门优选的为四分之一半球型结构，所述四个密封移动门闭合形成半球型，所述相邻两个密封移动门相对的面上分别置有相互契合的密封橡胶垫，所述移动支板上套置有减震弹簧，且位于挡板和固定环之间；
控制装置由浓度传感器、防爆电源、防爆电源线、数据传输线、控制器、数据处理器、信号转换器和距离传感器组成，四个距离传感器分别置于密封移动门上，所述相对的两个密封移动门上的距离传感器不在一条直线上，所述距离传感器的设置的高度，低于固定环的外边缘的高度，所述固定环的外边缘上设置有至少一个浓度传感器，所述信号转换器置于主体环外侧，且分别通过数据传输线和浓度传感器、四个距离传感器相连接，数据处理器置于主体环外侧，且通过数据传输线和信号转换器相连接，控制器置于主体环外侧，且分别通过数据传输线和数据处理器、四个气动执行器相连接，防爆电源置于主体环外侧，且通过防爆电源线和数据处理器相连接。
使用时，首先通过固定筒将本发明安装套置在吸附装置上，所述四个密封移动门的初始开合度相同，每个密封移动门上的距离传感器到各自的相对应的固定环的外边缘的距离设置，所述浓度传感器可以检测井下煤矿瓦斯积聚出的瓦斯的浓度，所述气动执行器分别接通井下气源；
本发明还涉及到一种密封移动门的自适应开合度调整方法，其特征在于包括以下步骤：
A)所述浓度传感器检测井下瓦斯积聚处的浓度检测数据信息；
B)所述信号转换器将所述浓度传感器检测到的数据转换后，发送给与自身建立了通信连接的数据处理器，所述数据处理器根据判断规则进行数据判断，并且和所述控制器之间进行数据交互，所述浓度传感器的检测数据根据所述判断规则验证通过，执行步骤C；
C)所述气动执行器控制器接收所述控制器发送的执行指令，并控制所述气动执行器进行伸缩距离调整，所述气动执行器伸缩杆通过移动支板带动密封移动门移动，完成密封移动门开合度的自适应调整，并且所述气动执行器的伸缩距离数据，通过控制器传输给数据处理器进行结果反馈。
所述判断规则为，所述浓度传感器的检测浓度值大于预设标准值后，所述数据处理器发出所述四个气动执行器外伸增加10厘米的执行指令，所述浓度传感器的检测数值每超过预设标准值的1﹪，所述数据处理器发出所述四个气动执行器外伸额外增加1厘米的执行指令，超过预设标准值之后，气动执行器不断工作，直至四个气动执行器所带的密封移动门开闭最大后停止。
所述密封移动门开合度的自适应调整，能够井下不同地方的瓦斯积聚的的差异，进行对应风量的调整，同时四个密封移动门的设计，也能够根据需要单独调整其中一个密封移动门，这样更容易操作，同时，也更便于进风量的测算；
所述四个距离传感器进行距离检测，能够通过测算每个密封移动门上的距离传感器到各自的相对应的固定环的外边缘的距离设置好，进而测算整体的进风量，所述距离传感器将检测信号传递给信号转换器，信号转换器将检测信号进行模数转换后，传递给数据处理器，数据处理器根据预先设定的计算机程度对信号进行处理，然后传递给控制器，控制器根据设定距离值控制四个气动执行器工作，保证整体的通风量，经吸附块瓦斯吸附过的风从固定筒进入到吸附装置的吸附腔内，进行进一步瓦斯吸附。
所述吸附块为多种公知吸附材料混合而成，优选的是10X分子筛和13X分子筛材料混合物。
所述吸附块外侧套置有可以防尘的滤封袋，所述吸附材料颗粒的平均粒径大于滤封袋的平均孔隙。
本发明所述吸附材料，其特征在于：可以对瓦斯气体包含的其中一种气体进行物理吸附，也可以对瓦斯气体包含的多种气体同时进行物理吸附。
本发明所述吸附材料中的10X分子筛的有效孔径是9Å， 13X分子筛的有效孔径是10Å，井工煤矿中空气中的主要成分为氮气、甲烷和二氧化碳。空气中氮气的直径是0.364纳米，无极性；甲烷是0.38纳米，无极性；二氧化碳是0.33纳米，有极性。
所述分子筛的特性是分子筛吸收比孔径小的所有分子，分子直径和分子筛孔径的直径越接近，则吸附性越强，对极性分子的吸附性比非极性分子的吸附极性强。
本发明所述吸附材料井工煤矿环境中，其特征在于主要吸收二氧化碳和甲烷。
所述吸附块的设计，能够在井下气体进入到吸附装置的吸附腔内的时候，就预先进行一部分的吸附，更有利于加速瓦斯积聚的消除。
所述相邻两个密封移动门相对的面上分别置有相互契合的密封橡胶垫的设计，能够在相邻两个密封移动门闭合时，对两个密封移动门之间进行更好的密封，提高闭合效果；
所述密封移动门为扇形板状结构，所述四个密封移动门闭合形成整圆的设计，能够在通风管道需要关闭时，四个密封移动门形成整圆将通风管道进行封闭，提高封闭效果；
所述支撑板为弧形板状结构的设计，能够和气动执行器外侧面相贴合，进而提高对气动执行器的支撑效果；
所述通过气动执行器的伸缩移动，使密封移动门完成开合动作的设计，无需人工进行调整，大大提高了通风管道开合的效率；
所述通过四个距离传感器的检测，使控制器控制四个气动执行器进行伸缩运动的设计，能够提高四个密封移动门开合的精准度，进而使通风量更加精确；
达到通过对四个密封移动门开合度的调整，能够更好根据瓦斯积聚的情况进行瓦斯吸附的目的。
有益效果。
一、配合现有的矿井通风、瓦斯抽采两大类技术，能够提高消除煤矿巷道瓦斯积聚的概率。
二、能够提高井工瓦斯吸附装置的吸附效果。
三、 利用吸附块的物理吸收瓦斯，配合四个密封移动门开合度的调整，更快的消除瓦斯积聚的风险。
附图说明
图1为本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀的立体结构图。
附图中
其中零件为：固定环（1），浓度传感器（2），吸附块（3），密封移动门（4），减震弹簧（5），移动支板（6），挡板（7），气动执行器（8），支撑板（9），支撑架（10），防爆电源（11），防爆电源线（12），数据传输线（13），控制器（14），固定筒（15），数据处理器（16），信号转换器（17），主体环（18），距离传感器（19）。
具体实施方式：
本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀是这样实现的：本发明一种煤矿瓦斯吸附控制阀由主体装置、调节装置和控制装置组成，主体装置由固定环（1）、吸附块（3）、支撑架（10）、固定筒（15）和主体环（18）组成，主体环（18）一端套置于固定筒（15）上，所述主体环（18）内壁上置有至少1个吸附块（3），所述吸附块（3）为四分之一半圆环形结构，所述固定环（1）套置于主体环（18）另一端上，所述固定环（1）上等距开有四个通孔，所述四个支撑架（10）一端等距置于主体环（18）外壁上，且一一对应位于固定环（1）上四个通孔的正下方，所述支撑架（10）为L型结构，所述L型支撑架（10）另一端上开有弧形凹槽，调节装置由密封移动门（4）、减震弹簧（5）、移动支板（6）、挡板（7）、气动执行器（8）和支撑板（9）组成，支撑板（9）置于支撑架（10）另一端上的弧形凹槽内，所述支撑板（9）为弧形板状结构，气动执行器（8）置于支撑板（9）上，挡板（7）置于气动执行器（8）上的伸缩杆一端上，移动支板（6）一端置于挡板（7）上，另一端穿过固定环（1）上对应的通孔置于固定环（1）内，密封移动门（4）置于移动支板（6）另一端上，所述密封移动门（4）为扇形板状结构，所述四个密封移动门（4）闭合形成整圆，
所述密封移动门（4）优选的为四分之一半球型结构，所述四个密封移动门（4）闭合形成半球型，所述相邻两个密封移动门（4）相对的面上分别置有相互契合的密封橡胶垫，所述移动支板（6）上套置有减震弹簧（5），且位于挡板（7）和固定环（1）之间；
控制装置由浓度传感器（2）、防爆电源（11）、防爆电源线（12）、数据传输线（13）、控制器（14）、数据处理器（16）、信号转换器（17）和距离传感器（19）组成，四个距离传感器（19）分别置于密封移动门（4）上，所述相对的两个密封移动门（4）上的距离传感器（19）不在一条直线上，所述距离传感器（19）的设置的高度，低于固定环（1）的外边缘的高度，所述固定环（1）的外边缘上设置有至少一个浓度传感器（2），所述信号转换器（17）置于主体环（18）外侧，且分别通过数据传输线（13）和浓度传感器（2）、四个距离传感器（19）相连接，数据处理器（16）置于主体环（18）外侧，且通过数据传输线（13）和信号转换器（17）相连接，控制器（14）置于主体环（18）外侧，且分别通过数据传输线（13）和数据处理器（16）、四个气动执行器（8）相连接，防爆电源（11）置于主体环（18）外侧，且通过防爆电源线（12）和数据处理器（16）相连接。
使用时，首先通过固定筒（15）将本发明安装套置在吸附装置上，所述四个密封移动门（4）的初始开合度相同，每个密封移动门（4）上的距离传感器（19）到各自的相对应的固定环（1）的外边缘的距离设置，所述浓度传感器（2）可以检测井下煤矿瓦斯积聚出的瓦斯的浓度，所述气动执行器（8）分别接通井下气源；
本发明还涉及到一种密封移动门（4）的自适应开合度调整方法，其特征在于包括以下步骤：
A)所述浓度传感器（2）检测井下瓦斯积聚处的浓度检测数据信息；
B)所述信号转换器（17）将所述浓度传感器（2）检测到的数据转换后，发送给与自身建立了通信连接的数据处理器（16），所述数据处理器（16）根据判断规则进行数据判断，并且和所述控制器（14）之间进行数据交互，所述浓度传感器（2）的检测数据根据所述判断规则验证通过，执行步骤C；
C)所述气动执行器（8）控制器（14）接收所述控制器（14）发送的执行指令，并控制所述气动执行器（8）进行伸缩距离调整，所述气动执行器（8）伸缩杆通过移动支板（6）带动密封移动门（4）移动，完成密封移动门（4）开合度的自适应调整，并且所述气动执行器（8）的伸缩距离数据，通过控制器（14）传输给数据处理器（16）进行结果反馈。
所述判断规则为，所述浓度传感器（2）的检测浓度值大于预设标准值后，所述数据处理器（16）发出所述四个气动执行器（8）外伸增加10厘米的执行指令，所述浓度传感器（2）的检测数值每超过预设标准值的1﹪，所述数据处理器（16）发出所述四个气动执行器（8）外伸额外增加1厘米的执行指令，超过预设标准值之后，气动执行器（8）不断工作，直至四个气动执行器（8）所带的密封移动门（4）开闭最大后停止。
所述密封移动门（4）开合度的自适应调整，能够井下不同地方的瓦斯积聚的的差异，进行对应风量的调整，同时四个密封移动门（4）的设计，也能够根据需要单独调整其中一个密封移动门（4），这样更容易操作，同时，也更便于进风量的测算；
所述四个距离传感器（19）进行距离检测，能够通过测算每个密封移动门（4）上的距离传感器（19）到各自的相对应的固定环（1）的外边缘的距离设置好，进而测算整体的进风量，所述距离传感器（19）将检测信号传递给信号转换器（17），信号转换器（17）将检测信号进行模数转换后，传递给数据处理器（16），数据处理器（16）根据预先设定的计算机程度对信号进行处理，然后传递给控制器（14），控制器（14）根据设定距离值控制四个气动执行器（8）工作，保证整体的通风量，经吸附块（3）瓦斯吸附过的风从固定筒（15）进入到吸附装置的吸附腔内，进行进一步瓦斯吸附。
所述吸附块（3）为多种公知吸附材料混合而成，优选的是10X分子筛和13X分子筛材料混合物。
所述吸附块（3）外侧套置有可以防尘的滤封袋，所述吸附材料颗粒的平均粒径大于滤封袋的平均孔隙。
本发明所述吸附材料，其特征在于：可以对瓦斯气体包含的其中一种气体进行物理吸附，也可以对瓦斯气体包含的多种气体同时进行物理吸附。
本发明所述吸附材料中的10X分子筛的有效孔径是9Å， 13X分子筛的有效孔径是10Å，井工煤矿中空气中的主要成分为氮气、甲烷和二氧化碳。空气中氮气的直径是0.364纳米，无极性；甲烷是0.38纳米，无极性；二氧化碳是0.33纳米，有极性。
所述分子筛的特性是分子筛吸收比孔径小的所有分子，分子直径和分子筛孔径的直径越接近，则吸附性越强，对极性分子的吸附性比非极性分子的吸附极性强。
本发明所述吸附材料井工煤矿环境中，其特征在于主要吸收二氧化碳和甲烷。
所述吸附块（3）的设计，能够在井下气体进入到吸附装置的吸附腔内的时候，就预先进行一部分的吸附，更有利于加速瓦斯积聚的消除。
所述相邻两个密封移动门（4）相对的面上分别置有相互契合的密封橡胶垫的设计，能够在相邻两个密封移动门（4）闭合时，对两个密封移动门（4）之间进行更好的密封，提高闭合效果；
所述密封移动门（4）为扇形板状结构，所述四个密封移动门（4）闭合形成整圆的设计，能够在通风管道需要关闭时，四个密封移动门（4）形成整圆将通风管道进行封闭，提高封闭效果；
所述支撑板（9）为弧形板状结构的设计，能够和气动执行器（8）外侧面相贴合，进而提高对气动执行器（8）的支撑效果；
所述通过气动执行器（8）的伸缩移动，使密封移动门（4）完成开合动作的设计，无需人工进行调整，大大提高了通风管道开合的效率；
所述通过四个距离传感器（19）的检测，使控制器（14）控制四个气动执行器（8）进行伸缩运动的设计，能够提高四个密封移动门（4）开合的精准度，进而使通风量更加精确；
达到通过对四个密封移动门（4）开合度的调整，能够更好根据瓦斯积聚的情况进行瓦斯吸附的目的。
Claims (6)
1.一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征是：由主体装置、调节装置和控制装置组成，主体装置由固定环、吸附块、支撑架、固定筒和主体环组成，主体环一端套置于固定筒上，所述主体环内壁上置有至少1个吸附块，所述固定环套置于主体环另一端上，所述固定环上等距开有四个通孔，所述四个支撑架一端等距置于主体环外壁上，且一一对应位于固定环上四个通孔的正下方，所述支撑架为L型结构， L型结构的所述支撑架另一端上开有弧形凹槽，调节装置由密封移动门、减震弹簧、移动支板、挡板、气动执行器和支撑板组成，支撑板置于支撑架另一端上的弧形凹槽内，所述支撑板为弧形板状结构，气动执行器置于支撑板上，挡板置于气动执行器上的伸缩杆一端上，移动支板一端置于挡板上，另一端穿过固定环上对应的通孔置于固定环内，密封移动门置于移动支板另一端上，所述移动支板上套置有减震弹簧，且位于挡板和固定环之间，控制装置由浓度传感器、防爆电源、防爆电源线、数据传输线、控制器、数据处理器、信号转换器和距离传感器组成，四个距离传感器分别置于密封移动门上，相对的两个所述密封移动门上的距离传感器不在一条直线上，所述距离传感器的设置的高度，低于固定环的外边缘的高度，所述固定环的外边缘上设置有至少一个浓度传感器，所述信号转换器置于主体环外侧，且分别通过数据传输线和浓度传感器、四个距离传感器相连接，数据处理器置于主体环外侧，且通过数据传输线和信号转换器相连接，控制器置于主体环外侧，且分别通过数据传输线和数据处理器、四个气动执行器相连接，防爆电源置于主体环外侧，且通过防爆电源线和数据处理器相连接，所述密封移动门为扇形板状结构，四个密封移动门闭合形成整圆，或所述密封移动门为四分之一半球型结构，所述四个密封移动门闭合形成半球型，使用时，首先通过固定筒将所述煤矿瓦斯吸附控制阀安装套置在吸附装置上，所述四个密封移动门的初始开合度相同，四个距离传感器进行距离检测，能够测算每个密封移动门上的距离传感器到各自的相对应的固定环的外边缘的距离，所述浓度传感器可以检测井下煤矿瓦斯积聚出的瓦斯的浓度，所述气动执行器分别接通井下气源。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征在于相邻两个所述密封移动门相对的面上分别置有相互契合的密封橡胶垫。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征在于所述吸附块为四分之一半圆环形结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征在于所述吸附块为10X分子筛和13X分子筛材料混合物。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征在于所述吸附块外侧套置有可以防尘的滤封袋，吸附材料颗粒的平均粒径大于滤封袋的平均孔隙。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯吸附控制阀，其特征在于所述控制阀密封移动门的自适应开合度调整方法，包括以下步骤：
A.所述浓度传感器检测井下瓦斯积聚处的浓度检测数据信息；
B.所述信号转换器将所述浓度传感器检测到的数据转换后，发送给与自身建立了通信连接的数据处理器，所述数据处理器根据判断规则进行数据判断，并且和所述控制器之间进行数据交互，所述浓度传感器的检测数据根据所述判断规则验证通过，执行步骤C；
C.气动执行器控制器接收所述控制器发送的执行指令，并控制所述气动执行器进行伸缩距离调整，所述气动执行器伸缩杆通过移动支板带动密封移动门移动，完成密封移动门开合度的自适应调整，并且所述气动执行器的伸缩距离数据，通过控制器传输给数据处理器进行结果反馈；
所述步骤B中的判断规则为，所述浓度传感器的检测浓度值大于预设标准值后，所述数据处理器发出所述四个气动执行器外伸增加10厘米的执行指令，所述浓度传感器的检测数值每超过预设标准值的1﹪，所述数据处理器发出所述四个气动执行器外伸额外增加1厘米的执行指令，超过预设标准值之后，气动执行器不断工作，直至四个气动执行器所带的密封移动门开闭最大后停止。
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