CN111795871A - 煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿气体自动采样装置，包括采气模块和控制模块；所述采气模块包括真空泵、过滤器以及气体缓冲腔；所述控制模块包括真空泵控制单元。一种基于煤矿气体自动采样装置的采样时间设置方法，包括步骤：S1.确定气体传感器的响应时间；S2.确定煤矿气体自动采样装置的气体置换冗余时间；S3.确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间，并将不小于最短采样时间的时间作为最终的采样时间。本发明的一种煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法，能够有效提高监测采样区域气体浓度分析结果的准确性和真实性，延长了真空泵的使用寿命，降低了系统监测的投入成本以及工作量。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿气体监测领域，具体涉及一种煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法。
背景技术
随着煤矿的不断开采，井下采空区、密闭废弃巷道等隐患危险区域逐渐增多，对采空区、密闭废弃巷道进行气体浓度监测对保障煤矿安全生产、预防煤层自燃具有重要意义。现有技术方案及装备中，普遍采用束管监测系统将待测区域气体通过几公里甚至十几公里的束管抽送到地面进行分析，这种技术方案及装备虽然能够对气体的分析发挥一定的作用，但是存在取气管路长、抽气管路易破坏、气体管路密封性差等问题，这些问题严重制约了采空区气体监测的实时性及有效性，导致了监测数据基本不能反映采空区的实际状态。
因此，为解决以上问题，需要一种煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法，能够有效提高监测采样区域气体浓度分析结果的准确性和真实性，延长了真空泵的使用寿命，降低了系统监测的投入成本以及工作量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法，能够有效提高监测采样区域气体浓度分析结果的准确性和真实性，延长了真空泵的使用寿命，降低了系统监测的投入成本以及工作量。
本发明的煤矿气体自动采样装置，包括采气模块以及用于控制采气模块工作的控制模块；
所述采气模块包括用于产生负压的真空泵、用于过滤采样气体中杂质的过滤器以及用于稳定采样气体压力的气体缓冲腔；所述过滤器的输入端通过进气管与气体采集点连接，所述过滤器的输出端与真空泵的输入端连接，所述真空泵的输出端与气体缓冲腔的输入端连接，所述气体缓冲腔的输出端输出采样气体，所述气体缓冲腔的输出端与气体传感器的输入端连接；
所述控制模块包括真空泵控制单元；所述真空泵控制单元用于控制真空泵的启停。
进一步，所述控制模块还包括微控制单元与参数设置单元；所述参数设置单元用于接收并传输参数指令到微控制单元；所述微控制单元解析参数指令得到并传输真空泵工作指令到真空泵控制单元；其中，所述参数包括采样时间与停泵时间。
一种基于煤矿气体自动采样装置的采样时间设置方法，包括如下步骤：
S1.确定气体传感器的响应时间T1；
S2.确定煤矿气体自动采样装置的气体置换冗余时间T2；
S3.确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin，并将不小于Tmin的时间作为煤矿气体自动采样装置的采样时间。
进一步，步骤S3中，根据如下公式确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin：
其中，S为进气管的截面积；L为进气管的长度；γ为过滤器的个数；Vf为过滤器的杯容量；
为气体缓冲腔的个数；Vc为气体缓冲腔的容量；Qp为真空泵的流量。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种煤矿气体自动采样装置及采样时间设置方法，通过就近采集煤矿采空区或其他密闭区域的气体，并对气体进行过滤以及缓冲处理，保证了气体监测的实时性及有效性，提高了监测采样区域气体浓度分析结果的准确性和真实性，延长了真空泵的使用寿命，降低了系统监测的投入成本以及工作量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的煤矿气体自动采样装置结构示意图；
图2为本发明的控制模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的煤矿气体自动采样装置，包括采气模块以及用于控制采气模块工作的控制模块；
所述采气模块包括用于产生负压的真空泵、用于过滤采样气体中杂质的过滤器以及用于稳定采样气体压力的气体缓冲腔；所述过滤器的输入端通过进气管与气体采集点连接，所述过滤器的输出端与真空泵的输入端连接，所述真空泵的输出端与气体缓冲腔的输入端连接，所述气体缓冲腔的输出端输出采样气体，所述气体缓冲腔的输出端与气体传感器的输入端连接；
所述控制模块包括真空泵控制单元；所述真空泵控制单元用于控制真空泵的启停。
本实施例中，所述过滤器可以为一个，也可以为多个。如果实际工况中气体采样区的固体等杂质较多，则可以设置多个过滤器，并将多个过滤器依次从左向右排列，并依次顺序相连，其中，第一个过滤器的输入端输入采样气体，最后一个过滤器的输出端与真空泵的输入端连接。所述气体缓冲腔可以为一个，也可以为多个。如果实际工况中采样气体经过真空泵负压抽取后的气体压力过大，则可以设置多个气体缓冲腔，并将多个气体缓冲腔依次从左向右排列，并依次顺序相连，其中，第一个气体缓冲腔的输入端与真空泵的输出端连接，最后一个气体缓冲腔的输出端输出采样气体。
本实施例中，所述控制模块还包括微控制单元与参数设置单元；为了完善控制模块的功能，所述控制模块还包括电压转换单元、通讯单元以及显示单元；其中，所述微控制单元为微控制器。
所述参数设置单元为红外脉冲接收电路，所述红外脉冲接收电路通过接收与所述红外脉冲接收电路配对的遥控器发出的通讯地址、采样时间、停泵时间等红外脉冲信号；所述参数设置单元将所述红外脉冲信号传输到微控制器；所述微控制单元解析红外脉冲信号得到并传输真空泵工作指令到真空泵控制单元；所述真空泵控制单元根据接收到的工作指令进行采样气体的抽取工作。
所述电压转换单元用于为控制模块提供稳定的工作电压；所述通讯单元用于向上一级设备传输采样装置内真空泵启停工作状态信息；所述显示单元用于显示真空泵启停工作状态、采样时间、停泵时间、通讯地址等信息；所述微控制器根据运行控制逻辑对电压转换单元、通讯单元、显示单元进行控制；
需要说明的是，所述微控制器、电压转换单元、通讯单元、显示单元、参数设置单元以及真空泵控制单元均采用现有技术，在此不再赘述。
一种基于煤矿气体自动采样装置的采样时间设置方法，包括如下步骤：
S1.确定气体传感器的响应时间T1；其中，所述气体传感器的输入端与煤矿气体自动采样装置中最后一个气体缓冲腔的输出端连接；所述气体传感器至少为一个，但不宜超过5个；本实施例中，所述气体传感器为2个，一个是一氧化碳传感器，另一个是乙烯传感器；根据传感器生产厂家的技术说明书，确定传感器响应时间，某厂家生产的一氧化碳传感器响应时间为0.5min，乙烯传感器响应时间为1.5min，则取两种传感器中响应时间最大的值作为该采样装置的气体传感器的响应时间T1，所述T1＝1.5min；
S2.确定煤矿气体自动采样装置的气体置换冗余时间T2；本实施例中，向煤矿气体自动采样装置的输入端输入浓度为2％的甲烷气体，开始计时；检测煤矿气体自动采样装置的输出端气体中甲烷浓度，当所述甲烷气体的浓度为2％时，停止计时，记录此时长为气体完全置换时间t1。计算煤矿气体自动采样装置中各过滤器与各气体缓冲腔总的理论置换时间t2，所述时间
其中，γ为过滤器的个数，取值为1；Vf为过滤器的杯容量，取值为0.1L；
为气体缓冲腔的个数，取值为1；Vc为气体缓冲腔的容量，取值为0.045L；Qp为真空泵的流量，取值为2.2L/min。则所述气体置换冗余时间为气体完全置换时间减去总的理论置换时间，即是T2＝t1-t2；本实施例中，所述t1取值为0.566min，并计算t2为0.066min，则所述气体置换冗余时间T2＝0.5min。
S3.确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin，并将不小于Tmin的时间作为煤矿气体自动采样装置的采样时间。
本实施例中，步骤S3中，根据如下公式确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin：
其中，S为进气管内部截面的面积，若所述进气管的截面为圆形时，通过测量进气管的内径d，就可得到截面积
若所述进气管的截面为矩形时，通过测量内矩形的长度a以及宽度b，就可得到截面积S＝ab；本实施例中，进气管的截面为圆形，内径d＝0.1dm，则S＝0.0078dm2；L为进气管的长度，所述L＝500dm；本实施例中，所述过滤器的个数γ＝1，Vf为过滤器的杯容量，所述Vf＝0.1L；本实施例中，所述气体缓冲腔的个数
Vc为气体缓冲腔的容量，所述Vc＝0.045L；Qp为真空泵的流量，所述Qp＝2.2L/min；带入上述各个参数值，可以得到采样装置的最短采样时间Tmin＝3.83min；并设置实际的气体采样时间为4min，确保气体传感器能够准确测量煤矿采样区的气体浓度；采样时间结束后，停止真空泵并待机6min，从而使得真空泵进行间歇式工作，延长了真空泵的使用寿命。其中，所述进气管的输入端设置于煤矿气体采集区，其输出端与煤矿气体自动采样装置中第一个过滤器的输入端连接，所述进气管用于传输煤矿气体。
以下对煤矿气体自动采样装置的具体采样方法进行进一步阐述，如下：
a.确保煤矿气体自动采样装置以及与煤矿气体自动采样装置连接的进气管和气体传感器均配置安装完成并满足密封性要求；
b.计算煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin并确定煤矿气体自动采样装置的采样时间；
c.将采样时间输入到煤矿气体自动采样装置；
d.启动煤矿气体自动采样装置中的真空泵并使得真空泵按照设定的采样时间持续抽取煤矿采样区的气体；
e.停止煤矿气体自动采样装置中的真空泵并使得真空泵按照设定的停泵时间停止抽气。其中，所述停泵时间大于所述采样时间。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种煤矿气体自动采样装置，其特征在于：包括采气模块以及用于控制采气模块工作的控制模块；
所述采气模块包括用于产生负压的真空泵、用于过滤采样气体中杂质的过滤器以及用于稳定采样气体压力的气体缓冲腔；所述过滤器的输入端通过进气管与气体采集点连接，所述过滤器的输出端与真空泵的输入端连接，所述真空泵的输出端与气体缓冲腔的输入端连接，所述气体缓冲腔的输出端输出采样气体，所述气体缓冲腔的输出端与气体传感器的输入端连接；
所述控制模块包括真空泵控制单元；所述真空泵控制单元用于控制真空泵的启停。
2.根据权利要求1所述的煤矿气体自动采样装置，其特征在于：所述控制模块还包括微控制单元与参数设置单元；所述参数设置单元用于接收并传输参数指令到微控制单元；所述微控制单元解析参数指令得到并传输真空泵工作指令到真空泵控制单元；其中，所述参数包括采样时间与停泵时间。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的煤矿气体自动采样装置的采样时间设置方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.确定气体传感器的响应时间T1；
S2.确定煤矿气体自动采样装置的气体置换冗余时间T2；
S3.确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin，并将不小于Tmin的时间作为煤矿气体自动采样装置的采样时间。
4.根据权利要求3所述的采样时间设置方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下公式确定煤矿气体自动采样装置的最短采样时间Tmin：
其中，S为进气管的截面积；L为进气管的长度；γ为过滤器的个数；Vf为过滤器的杯容量；
为气体缓冲腔的个数；Vc为气体缓冲腔的容量；Qp为真空泵的流量。
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