CN113777245A - 密闭墙有害气体监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿井有害气体监测领域，尤其涉及密闭墙有害气体监测系统，包括束管管缆、控制器、微型气泵、电磁阀、气体检测分析模块，气体检测分析模块放置在气室中，微型气泵、电磁阀和气体检测分析模块均与控制器电连接，束管管缆用于吸取密闭墙内和密闭墙外的有害气体，微型气泵的进气口与束管管缆的出气口连通，微型气泵的出气口与电磁阀的进气口通过硅胶管连接，电磁阀的出气口与气体检测分析模块所在的气室连通。本发明克服了现有技术中采用人工检测有害气体浓度带来的工作量大、效率低的问题，同时能够实现对密闭墙外的气体实时监测。
Description
技术领域
本发明属于矿井有害气体监测领域，尤其涉及密闭墙有害气体监测系统。
背景技术
煤矿井下密闭墙是为了消除与采空区之间的漏风通道或减少漏风压差而修筑的墙体。一方面，煤矿井下密闭墙能有效阻止采空区内有毒有害气体泄入到行人巷道内，造成人员伤害；另一方面，限制或者阻止空气流入和渗透到采空区与煤体接触，使煤体与氧气接触发生氧化反应，释放大量的热量且不断积聚，导致煤体温度逐渐升高并达到自燃点而燃烧的过程。因此有必要对密闭墙内外的气体进行日常监测，并在有害气体牌板上记录监测数据。
现阶段煤矿井下密闭墙管理一般是由瓦检员定期抽取密闭墙内气体用便携式气体分析仪分析，将有害气体浓度填写在牌板上，或是将气体采集至气袋中携带至地面用气相色谱仪等仪器分析。这不仅增加了瓦检员的工作量，而且这种方式不能对密闭墙内外的气体实时监测并显示。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种密闭墙有害气体监测系统，以克服现有技术中采用人工检测有害气体浓度带来的工作量大、效率低的问题，同时能够实现对密闭墙内、外的气体实时监测。
本发明提供的基础方案：密闭墙有害气体监测系统，包括束管管缆、控制器、微型气泵、电磁阀、气体检测分析模块，所述气体检测分析模块放置在气室中，所述微型气泵、电磁阀和气体检测分析模块均与控制器电连接，所述束管管缆用于吸取密闭墙内和密闭墙外的有害气体，所述微型气泵的进气口与束管管缆的出气口连通，所述微型气泵的出气口与电磁阀的进气口通过硅胶管连接，所述电磁阀的出气口与气体检测分析模块所在的气室连通；
其中，所述气体检测分析模块连接有自动清洗装置，所述自动清洗装置包括吹气管和气泵一，气泵一与控制器电连接，所述吹气管一端连接气泵一，另一端连接气体检测分析模块所在的气室，所述控制器用于根据有害气体检测结束后控制自动清洗装置将管路中的水分和煤尘清除。
本发明的原理及优点在于：通过束管管缆吸收密闭墙外的有害气体，通过微型气泵、电磁阀，最终到气体检测分析模块所在的气室，由气体检测分析模块对有害气体的浓度进行检测，整个气路通过控制器进行自动控制，同时设置自动清洗装置，用于在气体检测结束后将管路中的水分和煤尘清除，防止水分和煤尘堵塞管路，损坏装置。因此，本发明的优点包括：(1)避免了现有技术使用人工检测带来的成本高、效率低的问题；(2)使用控制器实现自动化控制，同时能够实时监测密闭墙内外的有害气体；(4)设置自动清洗装置，可以清洗管路中的水分和煤尘，避免损坏装置。
进一步，所述束管管缆与微型气泵之间连接有滤水滤尘模块，所述滤水滤尘模块与控制器电连接，所述滤水滤尘模块用于过滤束管管缆吸收的气体中的水分和煤尘，所述控制器还用于控制滤水滤尘模块定期排出吸收的水分和煤尘。
有益效果：滤水滤尘模块可以吸收气体中的水分和煤尘，避免气体检测分析模块检测出现误差，同时通过控制器定期排出吸收的水分和煤尘，利于延长滤水滤尘模块的使用时间。
进一步，所述气体检测分析模块所在的气室中还设有气体净化装置，所述气体净化装置设有气泵二和盛气瓶，所述盛气瓶和气泵二之间通过胶管连接，所述气泵二与控制器电连接，所述盛气瓶中装有CO及烃类气体吸收材料，所述控制器还用于根据有害气体检测结束后控制气体净化装置吸收和净化有害气体。
有益效果：气体净化装置可以避免吸收的用于检测的有害气体发散至外界。
进一步，所述气体检测分析模块包括气体检测模块和气体分析模块，所述气体检测模块用于检测密闭墙内和密闭墙外的有害气体浓度，所述气体分析模块用于根据气体检测模块的检测结果分析有害气体的增长率。
有益效果：通过气体检测模块检测出超出浓度阀值的有害气体，避免造成人员的身体损害情况出现，通过气体分析模块分析气体检测模块的检测结果中有害气体的增长率，可以根据增长率的规律预测出有害气体是否会出现超标的情况出现。
进一步，所述还包括有害气体告警解决模块，所述有害气体告警解决模块与控制器电连接，所述有害气体告警解决模块中存储有害气体告警解决方案，所述控制器根据气体检测分析模块的分析数据控制自动有害气体告警解决模块推送相匹配的有害气体告警解决方案。
有益效果：通过有害气体告警解决模块在气体检测分析模块检测到有害气体浓度高时自动推送有害气体告警解决方案，给用户带来极大的便利性。
进一步，还包括定时器和延时器，所述定时器和延时器均与控制器电连接，所述控制器用于根据定时器设置的时间控制微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的启闭，所述控制器还用于根据延时器的信号控制微型气泵和气体检测分析模块的启闭。
有益效果：定时器可以预设好时间，进而达到自动启动和关闭微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的效果。通过延时器设置好延时时间，进而达到自动启动和关闭微型气泵和气体分析模块的效果。
进一步，还包括控制面板，所述控制面板包括显示屏和控制按键，所述显示屏和控制按键均与控制器电连接，所述控制器用于控制显示屏显示气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态和控制记录，所述控制器还用于根据控制按键控制显示屏的显示内容以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态。
有益效果：通过控制面板上的显示屏和控制按键，进而使得用户可以更直观的看到设备当前的运行状况，同时还可以对设备进行手动操作控制，提升用户的操作性和体验感。
进一步，还包括通信模块、服务器和管理终端，所述通信模块与控制器电连接，所述控制器用于通过通信模块将气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运行状态和控制记录传输至服务器和管理终端。
有益效果：通过通信模块将数据传输给服务器和控制终端，可以实现用户的远程操作和查看。
进一步，所述通信模块包括无线通信模块，所述无线通信模块包括WiFi模块、蓝牙模块、Zigbee模块、4G网络通信模块、5G网络通信模块以及NB-IOT网络模块中的一种或多种。
有益效果：WiFi模块、蓝牙模块、Zigbee模块、4G网络通信模块、5G网络通信模块以及NB-IOT网络模块都是现在常用的一些无线通信模块，熟悉度高，易操作。
进一步，还包括警报模块，所述警报模块与控制器电连接，所述警报模块包括警示灯和蜂鸣器，所述控制器还用于根据气体检测分析模块的分析数据控制警报模块的启闭，所述控制器还用于通过通信模块向服务器和管理终端发送报警信号；所述控制器还用于通过通信模块接收服务器或管理终端的控制指令，所述控制器还用于根据接收的控制信号控制警报模块的启闭。
有益效果：警报模块可以实现在气体检测分析模块的分析数据达到预警值时发出警报，用以提醒用户。
附图说明
图1为本发明实施例一的原理框图；
图2为本发明实施例一的流程框图；
图3为本发明实施例二的原理框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如图1和图2所示：密闭墙有害气体检测系统，包括束管管缆、控制器、微型气泵、电磁阀、气体检测分析模块、滤水滤尘模块和有害气体告警解决模块。控制器与微型气泵、电磁阀、气体检测分析模块、滤水滤尘模块和有害气体告警解决模块均电连接，气体检测分析模块放置在气室中，束管管缆用于吸取密闭墙内和密闭墙外的有害气体，在本实施例中，气体检测分析模块包括气体检测模块和气体分析模块，气体检测模块用于检测密闭墙内和密闭墙外的有害气体浓度，监测点位于密闭墙外时有害气体的浓度阀值为：一氧化碳浓度阀值为0.0024％、二氧化碳浓度阀值为0.5％、甲烷浓度阀值为1％、乙烯浓度阀值为>0.0000％、乙炔浓度阀值为>0.0000％，所述乙烯和乙炔的浓度阀值为0，即表示正常情况下密闭墙外不含乙烯和乙炔；监测点位于密闭墙内时有害气体的浓度阀值为；有害气体的浓度阀值为：乙烯浓度阀值为>0.0000％、乙炔浓度阀值为>0.0000％，所述乙烯和乙炔的浓度阀值为0，即表示正常情况下密闭墙内不含乙烯和乙炔，一氧化碳浓度阀值可根据矿井实际情况自行确定。气体分析模块用于根据气体检测模块的检测结果分析密闭墙内和密闭墙外有害气体的增长率，具体为，所述的有害气体增长率计算方式为：增长率＝(现在的浓度-初始气体浓度)/时间。
束管管缆另一端连接微型气泵的进气口，其中，束管管缆和微型气泵之间还连接有滤水滤尘模块，滤水滤尘模块与控制器电连接，滤水滤尘模块用于过滤掉束管管缆吸收的有害气体中的水分和煤尘，并由控制器控制定期排出吸收的水分和煤尘，在本实施例中，控制器每3天控制滤水滤尘模块排出吸收的水分和煤尘。微型气泵的出气口与电磁阀104的进口通过硅胶管连接，电磁阀的出口与气体检测分析模块所在的气室连通。此外，气体检测分析模块所在的气室还连接有自动清洗装置和气体净化装置，自动清洗装置包括吹气管和气泵一，气泵一与控制器电连接，吹气管的一端连接气泵一，另一端连通气体检测分析模块所在的气室，控制器根据有害气体检测结束后控制自动清洗装置将气路中的水分和煤尘吹出去，防止水分和煤尘堵塞管路，损坏装置。气体净化装置设有气泵二和盛气瓶，盛气瓶和气泵二之间通过胶管连接，气泵二与控制器电连接，盛气瓶中装有CO及烃类气体吸收材料，控制器还用于根据有害气体检测结束后控制气体净化装置吸收和净化有害气体，在本实施例中，电磁阀为二位二通电磁阀，优选型号为ZCF-4H，气体检测分析模块采用集成激光CH4、红外CO2、电化学或红外CO、电化学O2、C2H4、C2H2的分析元件组成。
有害气体告警解决模块中存储有害气体告警解决方案，控制器根据气体检测分析模块的分析数据控制自动有害气体告警解决模块推送相匹配的有害气体告警解决方案。例如，采空区密闭墙内CO气体浓度持续上升或出现乙烯、乙炔气体时，控制器控制有害气体告警解决模块推送相匹配的有害气体告警解决方案，主要内容包括：1、检查密闭墙是否存在泄露，如存在漏风通道及时封堵；2、采取注氮气措施，如不能抑制则采取注氮、注浆联合措施，并及时上报技术负责人。
还包括定时器和延时器，定时器和延时器均与控制器电连接，控制器用于根据定时器设置的时间控制微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的启闭，控制器还用于根据延时器的信号控制微型气泵和气体检测分析模块的启闭。具体为，通过定时器预设好定时时间为3天，每隔3天将自动进行有害气体的检测，还可以根据实际情况进行设置，延时器可以设定为30分钟，即在30分钟后设备开启自动检测有害气体浓度，应用场景可以为当需要进行有害气体检测时，开启设备，设置好延时时间30分钟，对周围人员进行疏散，30分钟后设备自动开始检测有害气体。在本实施例中，控制器为单片机，优选为STM32系列单片机，如STM32H7系列高性能单片机，定时器采用单片机内置的定时器，本申请的其他实施例中，也可以采用独立的时钟芯片实现定时的功能，延时器采用单片机内置的延时器，在本申请的其他实施例中，延时器可以采用555计时芯片为核心的计时电路。
还包括控制面板，控制面板包括显示屏和控制按键，显示屏和控制按键均与控制器电连接，控制器用于控制显示屏显示气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态和控制记录，控制器还用于根据控制按键控制显示屏的显示内容以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态。在本实施例中，显示屏为OLED显示屏，控制按键采用键盘。
还包括通信模块、服务器和管理终端，通信模块与控制器电连接，通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括RS485总线模块和以太网总线模块，无线通信模块包括WiFi模块、蓝牙模块、Zigbee模块、4G网络通信模块、5G网络通信模块以及NB-IOT网络模块中的一种或多种，本实施例中，优选采用4G网络通信模块。控制器用于通过通信模块将气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运行状态和控制记录传输至服务器和管理终端。
本实施例中，还包括警报模块，警报模块包括警示灯和蜂鸣器，警报模块与控制器电连接，控制器还用于根据气体检测分析模块的分析数据控制警报模块的启闭，控制器还用于通过通信模块向服务器和管理终端发送报警信号；控制器还用于通过通信模块接收服务器或管理终端的控制指令，控制器还用于根据接收的控制信号控制警报模块的启闭。
实施例二：
如图3所示，实施例二与实施例一的区别在于，实施例二中设有矿工信息读取模块和逃生协助模块，矿工信息读取模块用于读取下矿井人员的身份信息和演练记录信息，所述演练记录信息包括应急能力实操得分、救援能力实操得分以及演练次数等，逃生协助模块用于根据演练记录信息向演练记录得分较差的矿工优先推送逃生路线，所述逃生协助模块还用于向演练记录得分高的矿工优先推送告警解决技术方案和逃生路线。在本实施例中，演练记录得分在80分以下为较差得分，80分以上为得分高，演练得分高代表该矿工的应急能力、救援能力强以及参与的演练次数多，逃生协助模块通过向演练得分高的矿工优先推送告警解决技术方案和逃生路线，通过矿工自行分析和决定采取有效的措施，使得密闭墙内的有害气体泄露得到及时的制止，避免更大的危害发生。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：包括束管管缆、控制器、微型气泵、电磁阀、气体检测分析模块，所述气体检测分析模块放置在气室中，所述微型气泵、电磁阀和气体检测分析模块均与控制器电连接，所述束管管缆用于吸取密闭墙内和密闭墙外的有害气体，所述微型气泵的进气口与束管管缆的出气口连通，所述微型气泵的出气口与电磁阀的进气口通过硅胶管连接，所述电磁阀的出气口与气体检测分析模块所在的气室连通；
其中，所述气体检测分析模块连接有自动清洗装置，所述自动清洗装置包括吹气管和气泵一，气泵一与控制器电连接，所述吹气管一端连接气泵一，另一端连接气体检测分析模块所在的气室，所述控制器用于根据有害气体检测结束后控制自动清洗装置将管路中的水分和煤尘清除。
2.根据权利要求1所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：所述束管管缆与微型气泵之间连接有滤水滤尘模块，所述滤水滤尘模块与控制器电连接，所述滤水滤尘模块用于过滤束管管缆吸收的气体中的水分和煤尘，所述控制器还用于控制滤水滤尘模块定期排出吸收的水分和煤尘。
3.根据权利要求2所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括气体净化装置，所述气体净化装置与气室通过软管连通，所述气体净化装置设有气泵二和盛气瓶，所述盛气瓶和气泵二之间通过胶管连接，所述气泵二与控制器电连接，所述盛气瓶中装有CO及烃类气体吸收材料，所述控制器还用于根据有害气体检测结束后控制气体净化装置吸收和净化有害气体。
4.根据权利要求1所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：所述气体检测分析模块包括气体检测模块和气体分析模块，所述气体检测模块用于检测密闭墙内和密闭墙外的有害气体浓度，所述气体分析模块用于根据气体检测模块的检测结果分析有害气体的增长率。
5.根据权利要求4所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括有害气体告警解决模块，所述有害气体告警解决模块与控制器电连接，所述有害气体告警解决模块中存储有有害气体告警解决方案，所述控制器根据气体检测分析模块的分析数据控制自动有害气体告警解决模块推送相匹配的有害气体告警解决方案。
6.根据权利要求3所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括定时器和延时器，所述定时器和延时器均与控制器电连接，所述控制器用于根据定时器设置的时间控制微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的启闭，所述控制器还用于根据延时器的信号控制微型气泵和气体检测分析模块的启闭。
7.根据权利要求3所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括控制面板，所述控制面板包括显示屏和控制按键，所述显示屏和控制按键均与控制器电连接，所述控制器用于控制显示屏显示气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态和控制记录，所述控制器还用于根据控制按键控制显示屏的显示内容以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运动状态。
8.根据权利要求3所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括通信模块、服务器和管理终端，所述通信模块与控制器电连接，所述控制器用于通过通信模块将气体检测分析模块的分析数据以及微型气泵、自动清洗装置和气体净化装置的运行状态和控制记录传输至服务器和管理终端。
9.根据权利要求8所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：所述通信模块包括无线通信模块，所述无线通信模块包括WiFi模块、蓝牙模块、Zigbee模块、4G网络通信模块、5G网络通信模块以及NB-IOT网络模块中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的密闭墙有害气体监测系统，其特征在于：还包括警报模块，所述警报模块与控制器电连接，所述警报模块包括警示灯和蜂鸣器，所述控制器还用于根据气体检测分析模块的分析数据控制警报模块的启闭，所述控制器还用于通过通信模块向服务器和管理终端发送报警信号；所述控制器还用于通过通信模块接收服务器或管理终端的控制指令，所述控制器还用于根据接收的控制信号控制警报模块的启闭。
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