CN114646734A - 一种采空区气体原位监测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采空区气体原位监测装置及检测方法，属于煤矿采空区自然发火监控领域。该装置包括气体取样组件、甲烷检测模组、多个气体浓度检测模组、主板和电池组件；气体取样组件包括过滤器组件、采样泵组件和取样管路；采样泵组件包括负压抽气泵和本安保护与控制电路；采样泵组件通过两级的过滤组件和气管连接多个气体浓度检测模组；气体取样组件由负压抽气泵产生负压，将采空区内气体通过取样管路抽送到多个气体浓度检测模组的气室；主板上的采样泵控制电路通过隔离器件控制负压抽气泵的工作，实现采空区气体的远距离抽气取样，以及浓度的测量分析。本发明能够实现采空区自然发火关键特征气体就近实时监测。
Description
技术领域
本发明属于煤矿采空区自然发火监控领域，涉及一种采空区气体原位监测装置及检测方法。
背景技术
近年来，随着矿井开采强度加大，采空区范围不断扩大，特别是综采放顶煤采煤法的推广应用后，采空区留有大量浮煤，采空区煤自燃火灾尤为严重，因此煤矿企业对采空区自然发火监测日益重视，人工定期取样和束管监测系统逐步在煤矿应用普及，起到了一定的检测及预防效果。
煤矿企业主要采用气相色谱法和吸收光谱法对煤自燃指标气体进行定量检测。气相色谱仪作为束管监测系统的核心终端已被煤矿企业广泛使用，但利用气相色谱仪的传统人工采样检测方法效率低且存在时间滞后性。吸收光谱法主要有使用宽带光源的傅里叶变换红外光谱(FTIR)和非分散红外光谱(NDIR)技术，以及使用窄带光源的红外激光光谱检测技术(如可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术)，其中以NDIR和TDLAS技术的发展应用最为广泛。吸收光谱法虽然具有寿命长、选择性好、灵敏度强和检测精度高等优点，是煤矿优先发展的气体测定技术；但是井下束管采样、地面色谱分析的束管监测系统存在可靠性差、测试周期长、管路破漏难以寻源等问题。
因此，上述两种方式都不能很好的实现采空区气体实时监测，亟需一种新的监测装置来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采空区气体原位监测装置及检测方法，解决井下束管采样、地面色谱分析的束管监测系统存在可靠性差、测试周期长、管路破漏难以寻源等问题。本发明通过靠近采空区布置具有多种气体组分分析功能的气体监测装置，实现采空区自然发火关键特征气体就近实时监测，实现采空区自然发火状态的科学监测，消除煤矿采空区火灾隐患，保障煤矿安全生产。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采空区气体原位监测装置，包括气体取样组件、甲烷检测模组4、多个气体浓度检测模组6、主板8和电池组件7；
所述气体取样组件包括过滤器组件、采样泵组件3和取样管路；所述过滤器组件包括一级过滤器5和二级过滤器2；所述采样泵组件3包括负压抽气泵；
所述采样泵组件3的进气端连接一级过滤器5，出气端连接二级过滤器2的进气端，二级过滤器2的出气端通过气管连接多个气体浓度检测模组6；所述气体取样组件由采样泵组件3产生负压，将采空区内气体通过取样管路抽送到多个气体浓度检测模组6的气室；所述主板8上的采样泵控制电路与采样泵组件3没有电气连接，通过光或磁隔离器件控制负压抽气泵的工作，实现采空区气体的远距离抽气取样，以及浓度的测量分析；
所述主板8通过气体采样模组接口电路与甲烷检测模组4和多个气体浓度检测模组6连接；所述主板8与采样泵控制电路电气连接，控制采样泵控制电路的启停工作。
所述电池组件7与气体采样模组接口电路电气连接。
进一步，所述多个气体浓度检测模组6包括一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组和二氧化碳检测模组。
进一步，所述主板8包括电压转换电路、微处理器、通讯电路、遥控接收电路、气体采样模组接口电路、报警电路、采样泵控制电路和液晶显示模块9。
进一步，所述主板8上设置有两路独立的电源输入，一路电源供给采样泵组件3；一路电源供给激光甲烷检测模组4和多个气体浓度检测模组6，以及主板8上的电压转换电路、微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块9。
进一步，所述电压转换电路将矿用隔爆兼本安型直流电源输出的电压转换为主板8内微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块9的工作电压；所述通讯电路将装置的各种气体浓度检测数据及采样泵组件3的工作状态上传至安全监控系统平台。
进一步，所述采样泵组件3还包括本安保护与控制电路，与电压转换电路连接，给负压抽气泵提供稳定的工作电压。
进一步，所述一级过滤器5和二级过滤器2具有自动或手动放水功能。
进一步，该装置的检测方法具体包括以下步骤：
S1：微处理器初始化，读取用户设置存储的各种气体浓度报警点、装置通讯地址、装置采样时长及周期；
S2：依次读取激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据；
S3：判断采样泵组件3启动工作时间是否达到，若时间达到，微处理器控制采样泵控制电路输出启动信号，采样泵组件3工作，将采空区内气体通过取样管路抽送到装置内各个气体浓度检测模组气室；当采样泵组件3工作时长达到装置采样时长，采样泵组件3停止工作，启动装置采样周期计时；
S4：将激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据在液晶显示模块9显示；
S5：微处理器判断激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据是否大于或等于相应气体浓度报警点，若是则微处理器控制声光报警电路进行声光报警；
S6：微处理器判断遥控接收电路是否接收到信号，若是则在液晶显示模块9显示相应提示，进行人机交互操作；
S7：微处理器根据通讯电路接收到的命令回复相应数据，其中包括气体浓度检测数据查询命令与响应；
S8：循环执行步骤S2～S7。
本发明的有益效果在于：本发明监测装置能够靠近采空区安装使用，装置内部有甲烷、一氧化碳、氧气、乙烯、乙炔、二氧化碳六种气体浓度检测模组，并根据本发明检测方法对气体浓度进行检测和超限报警，从而时间采空区自然发火关键特征气体就近实时安全监测，保障矿工的生命安全和煤矿安全生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明采空区气体原位监测装置结构图；
图2为本发明采空区气体原位监测装置电气连接图；
图3为本发明采空区气体原位监测装置正视图；
图4为本发明采空区气体原位监测装置仰视图；
图5为本发明采空区气体原位监测装置俯视图；
附图标记：1-外壳，2-二级过滤器，3-采样泵组件，4-激光甲烷检测模组，5-一级过滤器，6-多个气体浓度检测模组，7-电池组件，8-主板，9-液晶显示模块。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图5，本实施例提供了一种采空区气体原位监测装置，包括气体取样组件、甲烷检测模组4、多个气体浓度检测模组6、主板8和电池组件7。
气体取样组件包括过滤器组件、采样泵组件3和取样管路。过滤器组件包括一级过滤器5和二级过滤器2。采样泵组件3包括负压抽气泵和本安保护与控制电路。多个气体浓度检测模组6包括一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组和二氧化碳检测模组。主板8包括电压转换电路、微处理器、通讯电路、遥控接收电路、气体采样模组接口电路、报警电路、采样泵控制电路和液晶显示模块9。
采样泵组件3的进气端连接一级过滤器5，出气端连接二级过滤器2的进气端，二级过滤器2的出气端通过气管连接多个气体浓度检测模组6。气体取样组件由采样泵组件3产生负压，将采空区内气体通过取样管路抽送到各个气体浓度检测模组的气室。主板8上的采样泵控制电路与负压抽气泵没有电气连接，通过光或磁隔离器件控制负压抽气泵的工作，实现采空区气体的远距离抽气取样，以及浓度的测量分析。
主板8通过气体采样模组接口电路与甲烷检测模组4和多个气体浓度检测模组6连接；主板8与采样泵控制电路电气连接，控制采样泵控制电路的启停工作。
主板8上设置有两路独立的电源输入，一路电源供给采样泵组件3；一路电源供给激光甲烷检测模组4和多个气体浓度检测模组6，以及主板8上的电压转换电路、微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块9。
电压转换电路将矿用隔爆兼本安型直流电源输出的电压转换为主板8内微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块9的工作电压；所述通讯电路将装置的各种气体浓度检测数据及采样泵组件3的工作状态上传至安全监控系统平台。
本安保护与控制电路与电压转换电路连接，给负压抽气泵提供稳定的工作电压。电池组件7与气体采样模组接口电路电气连接。
一级过滤器5和二级过滤器2具有自动或手动放水功能。
本实施例提供的监测装置的检测方法具体包括以下步骤：
S1：微处理器初始化，读取用户设置存储的各种气体浓度报警点、装置通讯地址、装置采样时长及周期；
S2：依次读取激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据；
S3：判断采样泵组件3启动工作时间是否达到，若时间达到，微处理器控制采样泵控制电路输出启动信号，采样泵组件3工作，将采空区内气体通过取样管路抽送到装置内各个气体浓度检测模组气室；当采样泵组件3工作时长达到装置采样时长，采样泵组件3停止工作，启动装置采样周期计时；
S4：将激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据在液晶显示模块9显示；
S5：微处理器判断激光甲烷检测模组4、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据是否大于或等于相应气体浓度报警点，若是则微处理器控制声光报警电路进行声光报警；
S6：微处理器判断遥控接收电路是否接收到信号，若是则在液晶显示模块9显示相应提示，进行人机交互操作；
S7：微处理器根据通讯电路接收到的命令回复相应数据，其中包括气体浓度检测数据查询命令与响应；
S8：循环执行步骤S2～S7。
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 (9)
1.一种采空区气体原位监测装置，其特征在于，该装置包括气体取样组件、甲烷检测模组(4)、多个气体浓度检测模组(6)和主板(8)；
所述气体取样组件包括过滤器组件、采样泵组件(3)和取样管路；所述过滤器组件包括一级过滤器(5)和二级过滤器(2)；所述采样泵组件(3)包括负压抽气泵；
所述采样泵组件(3)的进气端连接一级过滤器(5)，出气端连接二级过滤器(2)的进气端，二级过滤器(2)的出气端通过气管连接多个气体浓度检测模组(6)；所述气体取样组件由采样泵组件(3)产生负压，将采空区内气体通过取样管路抽送到多个气体浓度检测模组(6)的气室；所述主板(8)上的采样泵控制电路与采样泵组件(3)没有电气连接，通过隔离器件控制负压抽气泵的工作，实现采空区气体的远距离抽气取样，以及浓度的测量分析；
所述主板(8)通过气体采样模组接口电路与甲烷检测模组(4)和多个气体浓度检测模组(6)连接；所述主板(8)与采样泵控制电路电气连接，控制采样泵控制电路的启停工作电平。
2.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述多个气体浓度检测模组(6)包括一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组和二氧化碳检测模组。
3.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述主板(8)包括电压转换电路、微处理器、通讯电路、遥控接收电路、气体采样模组接口电路、报警电路、采样泵控制电路和液晶显示模块(9)。
4.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述主板(8)上设置有两路独立的电源输入，一路电源供给采样泵组件(3)；一路电源供给激光甲烷检测模组(4)和多个气体浓度检测模组(6)，以及主板(8)上的电压转换电路、微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块(9)。
5.根据权利要求3所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述电压转换电路将矿用隔爆兼本安型直流电源输出的电压转换为主板(8)内微处理器、采样泵控制电路、气体采样模组接口电路、通讯电路、报警电路和液晶显示模块(9)的工作电压；所述通讯电路将装置的各种气体浓度检测数据及采样泵组件(3)的工作状态上传至安全监控系统平台。
6.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述采样泵组件(3)还包括本安保护与控制电路，与电压转换电路连接，给负压抽气泵提供稳定的工作电压。
7.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，所述一级过滤器(5)和二级过滤器(2)具有自动或手动放水功能。
8.根据权利要求1所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，该装置还包括电池组件(7)，与气体采样模组接口电路电气连接。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的采空区气体原位监测装置，其特征在于，该装置的检测方法具体包括以下步骤：
S1：微处理器初始化，读取用户设置存储的各种气体浓度报警点、装置通讯地址、装置采样时长及周期；
S2：依次读取激光甲烷检测模组(4)、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据；
S3：判断采样泵组件(3)启动工作时间是否达到，若时间达到，微处理器控制采样泵控制电路输出启动信号，采样泵组件(3)工作，将采空区内气体通过取样管路抽送到装置内各个气体浓度检测模组气室；当采样泵组件(3)工作时长达到装置采样时长，采样泵组件(3)停止工作，启动装置采样周期计时；
S4：将激光甲烷检测模组(4)、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据在液晶显示模块(9)显示；
S5：微处理器判断激光甲烷检测模组(4)、一氧化碳检测模组、氧气检测模组、乙烯检测模组、乙炔检测模组、二氧化碳检测模组的气体浓度检测数据是否大于或等于相应气体浓度报警点，若是则微处理器控制声光报警电路进行声光报警；
S6：微处理器判断遥控接收电路是否接收到信号，若是则在液晶显示模块(9)显示相应提示，进行人机交互操作；
S7：微处理器根据通讯电路接收到的命令回复相应数据，其中包括气体浓度检测数据查询命令与响应；
S8：循环执行步骤S2～S7。
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Citations (6)
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-
2022
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