CN109736878B - 一种无人的自动抽采瓦斯的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人的自动抽采瓦斯的系统，多管路采集模块安装区域被分成多组，每组包括相邻布置的多个瓦斯抽采管路；每个瓦斯抽采管路的抽采管伸入煤层的瓦斯抽采钻孔中；每组的各个瓦斯抽采管路并联连接在各自的多通连接盘上，各组的多通连接盘采用并联设置的抽采负压支管连接在抽采负压主管上，本发明中多管路采集模块的设计，可对矿区内部进行分散式采集，并可单独分组控制，提高抽取效率降低能源；瓦斯过滤模块的设计，可对抽取气体中的杂质进行过滤清除，保证瓦斯含量的纯净度；瓦斯泄漏监测模块和报警模块的配合使用，可在瓦斯气体收集的过程中进行监测，避免了发生泄漏无人知晓导致重大安全事故，提高了工作过程中的安全性。

Description

一种无人的自动抽采瓦斯的系统

技术领域

本发明涉及瓦斯采集技术领域，具体是一种无人的自动抽采瓦斯的系统。

背景技术

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯，瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故，瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m³，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸，瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的，矿区内的瓦斯需要进行采集，便于为人们使用。

但是现在的瓦斯在采集的过程中，瓦斯的内部蕴含有较多的杂质，对瓦斯的正常使用会造成一定的影响，并且瓦斯是属于易燃易爆的气体，瓦斯容易造成泄漏对人们的安全造成隐患，瓦斯在抽取的过程中，一般都是使用单管路进行抽取的，效率不高并且较容易发生堵塞的现象，给工作人员的工作带来了一定的难度。

更为重要的是，对于煤层的瓦斯来说，其集聚与泄漏具有很大的时间不确定性，而且，抽采一定程度后，一般其内部瓦斯含量很低，如果再利用大功率进行集中抽采，则浪费很大的资源，而如果仅仅从功率进行减小，即根据瓦斯浓度来简单的控制抽采功率，则低功率下，很难将瓦斯抽采出，而且一旦集聚在某一位置的瓦斯气体涌出，再提高功率也可能会出现较大的问题，因此，如何设计一种提高抽采可靠性并能够节约能源的自动无人抽采方式，对于煤矿开采的安全性具有极其重要的作用。

因此，本领域技术人员提供了一种无人的自动抽采瓦斯的系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人的自动抽采瓦斯的系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人的自动抽采瓦斯的系统，包括多管路采集模块、瓦斯浓度检测模块、泵站抽取模块和中心控制模块，其中，所述多管路采集模块安装区域被分成多组，每组包括相邻布置的多个瓦斯抽采管路；

每个瓦斯抽采管路的抽采管伸入煤层的瓦斯抽采钻孔中，且瓦斯抽采钻孔由封堵材料进行封堵；

每组的各个所述瓦斯抽采管路并联连接在各自的多通连接盘上，各组的多通连接盘采用并联设置的抽采负压支管连接在抽采负压主管上；

所述抽采负压主管连接至所述泵站抽取模块；其特征在于，

所述每个瓦斯抽采管路的抽采管内设置有瓦斯浓度检测模块，所述瓦斯浓度检测模块与所述中心控制模块通信连接，且所述中心控制模块与所述泵站抽取模块控制连接；

每个所述抽采负压支管上均设置有控制蝶阀，且所述控制蝶阀由所述中心控制模块控制启闭；

当各个所述瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均大于上限阈值时，所述中心控制模块控制各个控制蝶阀均打开，以便实现各组的各个瓦斯抽采管路的抽采管同时抽采；

当某组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值时，所述中心控制模块控制该组的控制蝶阀间歇关闭，以便实现该组的各个瓦斯抽采管路的抽采管以间歇的方式抽采；

当各组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值即达到稳定工作状态时，所述中心控制模块控制各组的控制蝶阀依次按照一定的时间间隔进行打开、关闭的动作，以便使得各组的瓦斯抽采管依次轮流间歇且轮流抽采。

作为本发明再进一步的方案：每个所述瓦斯抽采管内的轴向中心的位置设置有隔离圈，所述隔离圈将该瓦斯抽采管的内腔分割成两个腔体，所述抽采管内设置有伸入钻孔内侧的腔体内的内管，所述内管的内端穿过所述隔离圈且与所述隔离圈之间密封设置，所述钻孔外侧的腔体与所述内管外周壁之间构设为外抽采腔，所述外抽采腔与外抽采管之间采用控制阀座连接，所述内管与内抽采管之间也采用控制阀座连接，所述控制阀座固定设置在钻孔的封堵材料的外侧，所述外抽采管与内抽采管并联连接在所述三通的两个支接口端，所述三通的主接口端连接至多通连接盘上，所述控制阀座负责控制所述内管、外抽采腔与多通连接盘之间的连通与关闭。

作为本发明再进一步的方案：当该组的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度均低于上限阈值处于稳定状态，所述瓦斯抽采管处于依次轮流间歇且轮流抽采状态时，每次轮流的抽采时间为T，则小于T/时间期间，所述控制阀座负责控制所述外抽采腔与多通连接盘之间的连通，且内管与多通连接盘之间关闭，大于T/时间期间，所述控制阀座负责控制所述外抽采腔与多通连接盘之间的关闭，且内管与多通连接盘之间开启；

当该组的瓦斯抽采管内的瓦斯浓度大于上限阈值时，所述控制阀座负责控制所述外抽采腔和内管均与所述多通连接盘连通。

作为本发明再进一步的方案：还包括瓦斯过滤模块、瓦斯泄漏监测模块、报警模块和瓦斯收集模块，其中，所述瓦斯泄漏监测模块与所述中心控制模块相连接，所述中心控制模块与所述报警模块相连接，所述中心控制模块与所述瓦斯过滤模块相连接，所述瓦斯过滤模块与所述瓦斯收集模块相连接。

作为本发明再进一步的方案：所述浓度检测模块的内部采用瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度传感器与所述中心控制模块上的显示屏相连接。

作为本发明再进一步的方案：所述瓦斯泄漏监测模块内部设置有瓦斯检测传感器，瓦斯检测传感器设置于所述瓦斯收集模块一侧，所述瓦斯泄漏监测模块用于监测收集瓦斯的过程中所泄漏的瓦斯气体。

作为本发明再进一步的方案：所述泵站抽取模块采用真空泵，真空泵与所述瓦斯收集模块通过管道相连接，管道的外表面设置有流量计，所述瓦斯收集模块用于对瓦斯气体进行收集。

作为本发明再进一步的方案：所述瓦斯收集模块的一侧设置有自动灭火模块，自动灭火模块与所述中心控制模块相连接。

作为本发明再进一步的方案：泵站抽取模块的抽取功率为可调节的设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将多管路采集模块安装区域分成多组，每组包括相邻布置的多个瓦斯抽采管路，根据分的组进行单独控制，而且当各个所述瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均大于上限阈值时，所述中心控制模块控制各个控制蝶阀均打开，以便实现各组的各个瓦斯抽采管路的抽采管同时抽采；当某组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值时，所述中心控制模块控制该组的控制蝶阀间歇关闭，以便实现该组的各个瓦斯抽采管路的抽采管以间歇的方式抽采；当各组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值即达到稳定工作状态时，所述中心控制模块控制各组的控制蝶阀依次按照一定的时间间隔进行打开、关闭的动作，以便使得各组的瓦斯抽采管依次轮流间歇且轮流抽采；这种控制方式可以保证抽采功率的前提下最大限度的降低能耗。

2、多管路采集模块的设计，可以对矿区内部进行分散式采集，提高了抽取效率，并且避免了堵塞而影响工作进程；瓦斯过滤模块的设计，可以对抽取气体中的杂质进行过滤清除，保证了瓦斯含量的纯净度；瓦斯泄漏监测模块和报警模块的配合使用，可以在瓦斯气体收集的过程中进行监测，避免了发生泄漏无人知晓导致重大安全事故，提高了工作过程中的安全性。

附图说明

图1为一种无人的自动抽采瓦斯的系统的布置结构示意图

图2为一种无人的自动抽采瓦斯的系统的抽采管的内部结构示意图；

图3为一种无人的自动抽采瓦斯的系统的框架图。

具体实施方式

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种无人的自动抽采瓦斯的系统，包括多管路采集模块、瓦斯浓度检测模块、泵站抽取模块和中心控制模块，其中，所述多管路采集模块安装区域被分成多组，如图1中的虚线框所示，每组包括相邻布置的多个瓦斯抽采管路；每个瓦斯抽采管路的瓦斯抽采管10伸入煤层的瓦斯抽采钻孔中，且瓦斯抽采钻孔由封堵材料7进行封堵；每组的各个所述瓦斯抽采管路并联连接在各自的多通连接盘3上，各组的多通连接盘3采用并联设置的抽采负压支管2连接在抽采负压主管1上；所述抽采负压主管1连接至所述泵站抽取模块；其特征在于，所述每个瓦斯抽采管路的抽采管内设置有瓦斯浓度检测模块，所述瓦斯浓度检测模块与所述中心控制模块通信连接，且所述中心控制模块与所述泵站抽取模块控制连接；每个所述抽采负压支管2上均设置有控制蝶阀，且所述控制蝶阀由所述中心控制模块控制启闭；

当各个所述瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均大于上限阈值时，所述中心控制模块控制各个控制蝶阀均打开，以便实现各组的各个瓦斯抽采管路的抽采管同时抽采；

当某组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值时，所述中心控制模块控制该组的控制蝶阀间歇关闭，以便实现该组的各个瓦斯抽采管路的抽采管以间歇的方式抽采；

当各组内的各个瓦斯抽采管10内的瓦斯浓度检测模块11监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值即达到稳定工作状态时，所述中心控制模块控制各组的控制蝶阀依次按照一定的时间间隔进行打开、关闭的动作，以便使得各组的瓦斯抽采管依次轮流间歇且轮流抽采。

作为更佳的实施例，每个所述瓦斯抽采管内的轴向中心的位置设置有隔离圈9，所述隔离圈将该瓦斯抽采管10的内腔分割成两个腔体，所述抽采管10内设置有伸入钻孔内侧的腔体内的内管8，所述内管的内端穿过所述隔离圈9且与所述隔离圈9之间密封设置，所述钻孔外侧的腔体与所述内管8外周壁之间构设为外抽采腔，所述外抽采腔与外抽采管之间采用控制阀座6连接，所述内管8与内抽采管之间也采用控制阀座6连接，所述控制阀座6固定设置在钻孔的封堵材料的外侧，所述外抽采管与内抽采管并联连接在所述三通4的两个支接口端，所述三通4的主接口端连接至多通连接盘3上，所述控制阀座6负责控制所述内管8、外抽采腔与多通连接盘3之间的连通与关闭。

作为更佳的实施例，当该组的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度均低于上限阈值处于稳定状态，所述瓦斯抽采管处于依次轮流间歇且轮流抽采状态时，每次轮流的抽采时间为T，则小于T/2时间期间，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔与多通连接盘3之间的连通，且内管8与多通连接盘3之间关闭，大于T/2时间期间，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔与多通连接盘3之间的关闭，且内管8与多通连接盘3之间开启；

当该组的瓦斯抽采管内的瓦斯浓度大于上限阈值时，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔和内管8均与所述多通连接盘3连通。

此外，本发明还包括瓦斯过滤模块、瓦斯泄漏监测模块、报警模块和瓦斯收集模块，其中，所述瓦斯泄漏监测模块与所述中心控制模块相连接，所述中心控制模块与所述报警模块相连接，所述中心控制模块与所述瓦斯过滤模块相连接，所述瓦斯过滤模块与所述瓦斯收集模块相连接。

所述浓度检测模块的内部采用瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度传感器与所述中心控制模块上的显示屏相连接。所述瓦斯泄漏监测模块内部设置有瓦斯检测传感器，瓦斯检测传感器设置于所述瓦斯收集模块一侧，所述瓦斯泄漏监测模块用于监测收集瓦斯的过程中所泄漏的瓦斯气体。所述泵站抽取模块采用真空泵，真空泵与所述瓦斯收集模块通过管道相连接，管道的外表面设置有流量计，所述瓦斯收集模块用于对瓦斯气体进行收集。所述瓦斯收集模块的一侧设置有自动灭火模块，自动灭火模块与所述中心控制模块相连接。泵站抽取模块的抽取功率为可调节的设置。

本发明的工作原理是：进行抽取工作时，由中心控制模块来控制泵站抽取模块，泵站抽取模块内部的真空泵产生吸力，带动矿区内部的瓦斯气体流动，瓦斯气体依次经过多管路采集模块、浓度检测模块及瓦斯过滤模块，直至被瓦斯收集模块所收集处理，瓦斯过滤模块是用于对瓦斯气体中的杂质进行过滤清除；瓦斯泄漏监测模块内部的瓦斯传感器一旦监测到瓦斯收集模块泄漏气体，就会将信号传递给中心控制模块，由中心控制模块来控制报警模块发出警报声音对人们进行提醒。

在抽采过程中，具体的，当各个所述瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均大于上限阈值时，所述中心控制模块控制各个控制蝶阀均打开，以便实现各组的各个瓦斯抽采管路的抽采管同时抽采；

当某组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值时，所述中心控制模块控制该组的控制蝶阀间歇关闭，以便实现该组的各个瓦斯抽采管路的抽采管以间歇的方式抽采；

当各组内的各个瓦斯抽采管10内的瓦斯浓度检测模块11监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值即达到稳定工作状态时，所述中心控制模块控制各组的控制蝶阀依次按照一定的时间间隔进行打开、关闭的动作，以便使得各组的瓦斯抽采管依次轮流间歇且轮流抽采。

而当该组的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度均低于上限阈值处于稳定状态，所述瓦斯抽采管处于依次轮流间歇且轮流抽采状态时，每次轮流的抽采时间为T，则小于T/2时间期间，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔与多通连接盘3之间的连通，且内管8与多通连接盘3之间关闭，大于T/2时间期间，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔与多通连接盘3之间的关闭，且内管8与多通连接盘3之间开启；当该组的瓦斯抽采管内的瓦斯浓度大于上限阈值时，所述控制阀座6负责控制所述外抽采腔和内管8均与所述多通连接盘3连通。这样，可以大大的提高抽采的稳定性和彻底度的同时，最大化的降低功耗。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人的自动抽采瓦斯的系统，包括多管路采集模块、瓦斯浓度检测模块、泵站抽取模块和中心控制模块，其中，所述多管路采集模块安装区域被分成多组，每组包括相邻布置的多个瓦斯抽采管路；

每个瓦斯抽采管路的瓦斯抽采管（10）伸入煤层的瓦斯抽采钻孔中，且瓦斯抽采钻孔由封堵材料（7）进行封堵；

每组的各个所述瓦斯抽采管路并联连接在各自的多通连接盘（3）上，各组的多通连接盘（3）采用并联设置的抽采负压支管（2）连接在抽采负压主管（1）上；

所述抽采负压主管（1）连接至所述泵站抽取模块；其特征在于，

所述每个瓦斯抽采管路的抽采管内设置有瓦斯浓度检测模块，所述瓦斯浓度检测模块与所述中心控制模块通信连接，且所述中心控制模块与所述泵站抽取模块控制连接；

每个所述抽采负压支管（2）上均设置有控制蝶阀，且所述控制蝶阀由所述中心控制模块控制启闭；

当各个所述瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均大于上限阈值时，所述中心控制模块控制各个控制蝶阀均打开，以便实现各组的各个瓦斯抽采管路的抽采管同时抽采；

当某组内的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度检测模块监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值时，所述中心控制模块控制该组的控制蝶阀间歇关闭，以便实现该组的各个瓦斯抽采管路的抽采管以间歇的方式抽采；

当各组内的各个瓦斯抽采管（10）内的瓦斯浓度检测模块（11）监测到的瓦斯浓度值均小于上限阈值即达到稳定工作状态时，所述中心控制模块控制各组的控制蝶阀依次按照一定的时间间隔进行打开、关闭的动作，以便使得各组的瓦斯抽采管依次轮流间歇且轮流抽采；

每个所述瓦斯抽采管（10）内的轴向中心的位置设置有隔离圈（9），所述隔离圈将该瓦斯抽采管（10）的内腔分割成两个腔体，所述抽采管（10）内设置有伸入钻孔内侧的腔体内的内管（8），所述内管的内端穿过所述隔离圈（9）且与所述隔离圈（9）之间密封设置，所述钻孔外侧的腔体与所述内管（8）外周壁之间构设为外抽采腔，所述外抽采腔与外抽采管之间采用控制阀座（6）连接，所述内管（8）与内抽采管之间也采用控制阀座（6）连接，所述控制阀座（6）固定设置在钻孔的封堵材料的外侧，所述外抽采管与内抽采管并联连接在三通（4）的两个支接口端，所述三通（4）的主接口端连接至多通连接盘（3）上，所述控制阀座（6）负责控制所述内管（8）、外抽采腔与多通连接盘（3）之间的连通与关闭。

2.根据权利要求1所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，当该组的各个瓦斯抽采管内的瓦斯浓度均低于上限阈值处于稳定状态，所述瓦斯抽采管处于依次轮流间歇且轮流抽采状态时，每次轮流的抽采时间为T，则小于T/2时间期间，所述控制阀座（6）负责控制所述外抽采腔与多通连接盘（3）之间的连通，且内管（8）与多通连接盘（3）之间关闭，大于T/2时间期间，所述控制阀座（6）负责控制所述外抽采腔与多通连接盘（3）之间的关闭，且内管（8）与多通连接盘（3）之间开启；

当该组的瓦斯抽采管内的瓦斯浓度大于上限阈值时，所述控制阀座（6）负责控制所述外抽采腔和内管（8）均与所述多通连接盘（3）连通。

3.根据权利要求1所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，还包括瓦斯过滤模块、瓦斯泄漏监测模块、报警模块和瓦斯收集模块，其中，所述瓦斯泄漏监测模块与所述中心控制模块相连接，所述中心控制模块与所述报警模块相连接，所述中心控制模块与所述瓦斯过滤模块相连接，所述瓦斯过滤模块与所述瓦斯收集模块相连接。

4.根据权利要求3所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，所述浓度检测模块的内部采用瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度传感器与所述中心控制模块上的显示屏相连接。

5.根据权利要求3所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，所述瓦斯泄漏监测模块内部设置有瓦斯检测传感器，瓦斯检测传感器设置于所述瓦斯收集模块一侧，所述瓦斯泄漏监测模块用于监测收集瓦斯的过程中所泄漏的瓦斯气体。

6.根据权利要求3所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，所述泵站抽取模块采用真空泵，真空泵与所述瓦斯收集模块通过管道相连接，管道的外表面设置有流量计，所述瓦斯收集模块用于对瓦斯气体进行收集。

7.根据权利要求3所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，所述瓦斯收集模块的一侧设置有自动灭火模块，自动灭火模块与所述中心控制模块相连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种无人的自动抽采瓦斯的系统，其特征在于，泵站抽取模块的抽取功率为可调节的设置。

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