CN114858224A - 一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置及方法，涉及瓦斯检测辅助设备的技术领域，包括带有甲烷浓度探测器的行进测量装置，行进测量装置包括U型拱板，U型拱板两外侧分别设置有抵接行进组件，抵接行进组件包括输出端垂直于U型拱板外侧面的转动电缸，转动电缸输出端上设置有C型安装架，C型安装架内侧转动连接有滚轮，C型安装架外侧固定设置有驱动滚轮转动的电机，电机上设置有计步器，电机输出端与滚轮转动轴固定连接，C型安装架与U型拱板之间的转动电缸外侧套设有弹簧，U型拱板内侧设置超声波测速仪，超声波测速仪和计步器连接有控制器，所述控制器连接有地面信息处理终端，本发明具有准确探测管道堵塞和泄露程度的技术效果。

Description

一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯检测辅助设备的技术领域，尤其是指一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置及方法。

背景技术

煤矿瓦斯，又称煤层气，腐植型的有机质，被细菌分解，可生成瓦斯，其后随着沉积物埋藏深度增加，在漫长的地质年代中，由于煤层经受高温、高压的作用，进入煤的碳化变质阶段，煤气挥发分减少，固定碳增加，又生成大量瓦斯，保存在煤层或岩层的孔隙和裂隙内。煤矿瓦斯抽采就是向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上。

现有技术中的瓦斯抽采过程一般都需要检测管道是否有堵塞或者泄露的情况，但是目前瓦斯抽采只能探测到管道是否出现堵塞和泄露，无法准确判断管道泄露或者堵塞程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置及方法，其具有准确探测管道堵塞和泄露程度的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置，包括带有甲烷浓度探测器的行进测量装置，所述行进测量装置包括U型拱板，所述U型拱板两外侧分别设置有抵接行进组件，所述抵接行进组件包括输出端垂直于U型拱板外侧面的转动电缸，所述转动电缸输出端上设置有C型安装架，所述C型安装架内侧转动连接有滚轮，所述C型安装架外侧固定设置有驱动滚轮转动的电机，所述电机上设置有计步器，所述电机输出端与滚轮转动轴固定连接，所述C型安装架与U型拱板之间的转动电缸外侧套设有弹簧，所述U型拱板内侧设置超声波测速仪，所述超声波测速仪的输出端和接收端分别位于U型拱板两内侧壁上，所述U型拱板内壁顶部设置有水平仪，所述U型拱板内壁顶部还设置有角度传感器，所述转动电缸和电机的输入端连接有控制器，所述控制器分别与计步器、超声波测速仪、水平仪和角度传感器的输出端连接，所述控制器无线连接有地面信息处理终端。

优选的，所述U型拱板顶部设置有抵接滑轮，所述抵接滑轮至少设置2个，所述抵接滑轮沿着U型拱板轴向设置。

根据以上所述的一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置的一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，包括以下步骤：

S1：将行进测量装置放进管道内，然后调整转动电缸使得其抵接管道内壁，然后对电机上的计步器进行调零，然后驱动电机行进并实时监测其位移，并通过角度传感器感知其转向从而确定行进测量装置在管道内部的具体位置，同时在管道顶端匀速抽采保持管道内稳定负压，采用超声波测速仪持续性监测U型拱板内壁的风速Vx变化；

S2：将监测数据通过无线实时传输到地面信息处理终端进行数据处理并判断管道内是否发生堵塞或者泄露；

S3:如果判断结果为堵塞，那么根据监测数据计算堵塞物体积，然后根据计算值判断堵塞严重程度。

S31：实时监测风速Vx，已知同一根管道内相同时间内每等量长的管道内流经的风量是相同的，风量Q=风速Vx*管道横截面积Sx，管道内放置行进测量装置的无堵塞的管道横截面积为S。

S32：如果风速开始变大，计步器行进的位移为a，如果风速开始恢复正常，计步器行进的位移为b，那么堵塞体积为

。

优选的，所述步骤S2包括：

S21：在无泄漏的管道一端匀速抽采负压的情况下，管道各处的风速V为恒定值，如果风速Vx相对于在管道顶部无泄漏处的风速V突然变大，则为发生堵塞，如果风速Vx相对于在管道顶部无泄漏处的风速V突然变小，则为发生泄露，即可根据计步器判断其泄露或者堵塞位置。

优选的，在S21步骤后将泄露情况严重程度依据V-Vx的差值划分优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的泄露点，并对等级为良的泄露点进行提示预警。

优选的，在S32步骤后将堵塞体积划分为优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的堵塞点，并对等级为良的堵塞点进行提示预警。

综上所述，本发明的有益效果：

本发明将转动电缸、电机、计步器、超声波测速仪、水平仪、角度传感器以及控制器安装于行进测量装置上，通过水平仪保持行进测量装置保持水平行进，侧歪时能够远程调节回来，然后保持抽采端口稳定负压，对测量行进装置行进过程中的的管道内风速进行持续测量，通过风速和管道内横截面积之间的关系，得到管道内的堵塞物横截面积，再对其进行积分，从而得到管道内每个堵塞点的堵塞体积，从而可以判断堵塞点的位置和程度，以及通过风速可以判断管道的泄露情况。

附图说明

图1为本发明行进测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明矿井作业瓦斯检测用抽采装置在堵塞管道中的工作状态剖面示意图；

图3是本发明中堵塞管道的剖面示意图；

图4是本发明控制原理示意图。

图中标识分别为，1、行进测量装置；11、U型拱板；111、抵接滑轮；12、抵接行进组件；121、转动电缸；122、C型安装架；123、滚轮；124、电机；1241、计步器；125、弹簧；13、超声波测速仪；14、水平仪；15、角度传感器；16、控制器；17、地面信息处理终端；2、管道；3、堵塞物。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1到图4，一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置，包括带有甲烷浓度探测器的行进测量装置1，所述行进测量装置1包括U型拱板11，所述U型拱板11两外侧分别设置有抵接行进组件12，所述抵接行进组件12包括输出端垂直于U型拱板11外侧面的转动电缸121，所述转动电缸121输出端上设置有C型安装架122，所述C型安装架122内侧转动连接有滚轮123，所述C型安装架122外侧固定设置有驱动滚轮123转动的电机124，所述电机124上设置有计步器1241，所述电机124输出端与滚轮123转动轴固定连接，所述C型安装架122与U型拱板11之间的转动电缸121外侧套设有弹簧125，所述U型拱板11内侧设置超声波测速仪13，所述超声波测速仪13的输出端和接收端分别位于U型拱板11两内侧壁上，所述U型拱板11内壁顶部设置有水平仪14，所述U型拱板11内壁顶部还设置有角度传感器15，所述转动电缸121和电机124的输入端连接有控制器16，所述控制器分别与计步器1241、超声波测速仪13、水平仪14和角度传感器15的输出端连接，所述控制器16无线连接有地面信息处理终端17。

所述U型拱板11顶部设置有抵接滑轮111，所述抵接滑轮111至少设置2个以上，所述抵接滑轮111沿着U型拱板11轴向设置，采用这样的结构能够使得管道2内壁与U型拱板11之间不发生摩擦。

根据以上一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置所采用的一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，包括以下步骤：

S1：将行进测量装置1放进管道2内，然后调整转动电缸121使得其抵接管道2内壁，然后对电机124上的计步器1241进行调零，然后驱动电机124行进并实时监测其位移，并通过角度传感器15感知其转向从而确定行进测量装置1在管道2内部的具体位置，同时在管道（2）顶端匀速抽采保持管道内稳定负压，采用超声波测速仪13器持续性监测U型拱板11内壁的风速Vx变化；

S2：将监测数据通过无线实时传输到地面信息处理终端17进行数据处理并判断管道2内是否发生堵塞或者泄露；

S3:如果判断结果为堵塞，那么根据监测数据计算堵塞物3体积，然后根据计算值判断堵塞严重程度。

所述步骤S3包括：

S31：实时监测风速Vx，已知同一根管道2内相同时间内每等量长的管道2内流经的风量是相同的，风量Q=风速Vx*管道截面积Sx，管道2内放置行进测量装置1的无堵塞的管道2横截面积为S。

S32：如果风速开始变大，计步器1241行进的位移为a，如果风速开始恢复正常，计步器1241行进的位移为b，那么堵塞体积为

。

所述步骤S2包括：

S21：在无泄漏的管道2一端匀速抽采负压的情况下，管道2各处的风速V为恒定值，如果风速Vx相对于在管道2顶部无泄漏处的风速V突然变大，则为发生堵塞，如果风速Vx相对于在管道2顶部无泄漏处的风速V突然变小，则为发生泄露，即可根据计步器1241判断其泄露或者堵塞位置。

在S21步骤后将泄露情况严重程度依据V-Vx的差值划分优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的泄露点，并对等级为良的泄露点进行提示预警。

在S32步骤后将堵塞体积划分为优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的堵塞点，并对等级为良的堵塞点进行提示预警。

本发明将转动电缸121、电机124、计步器1241、超声波测速仪13、水平仪14、角度传感器15以及控制器16安装于行进测量装置1上，通过水平仪14保持行进测量装置1保持水平行进，侧歪时能够远程调节回来，然后保持抽采端口稳定负压，对测量行进装置行进过程中的的管道2内风速进行持续测量，通过风速和管道2内横截面积之间的关系，得到管道2内的堵塞物3横截面积，再对其进行积分，从而得到管道2内每个堵塞点的堵塞体积，从而可以判断堵塞点的位置和程度，以及通过风速可以判断管道2的泄露情况。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置，其特征在于，包括带有甲烷浓度探测器的行进测量装置（1），所述行进测量装置（1）包括U型拱板（11），所述U型拱板（11）两外侧分别设置有抵接行进组件（12），所述抵接行进组件（12）包括输出端垂直于U型拱板（11）外侧面的转动电缸（121），所述转动电缸（121）输出端上设置有C型安装架（122），所述C型安装架（122）内侧转动连接有滚轮（123），所述C型安装架（122）外侧固定设置有驱动滚轮（123）转动的电机（124），所述电机（124）上设置有计步器（1241），所述电机（124）输出端与滚轮（123）转动轴固定连接，所述C型安装架（122）与U型拱板（11）之间的转动电缸（121）外侧套设有弹簧（125），所述U型拱板（11）内侧设置超声波测速仪（13），所述超声波测速仪（13）的输出端和接收端分别位于U型拱板（11）两内侧壁上，所述U型拱板（11）内壁顶部设置有水平仪（14），所述U型拱板（11）内壁顶部还设置有角度传感器（15），所述转动电缸（121）和电机（124）的输入端连接有控制器（16），所述控制器分别与计步器（1241）、超声波测速仪（13）、水平仪（14）和角度传感器（15）的输出端连接，所述控制器（16）无线连接有地面信息处理终端（17）。

2.根据权利要求1所述一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置，其特征在于：所述U型拱板（11）顶部设置有抵接滑轮（111），所述抵接滑轮（111）至少设置2个，所述抵接滑轮（111）沿着U型拱板（11）轴向设置。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种矿井作业瓦斯检测用抽采装置的一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将行进测量装置（1）放进管道（2）内，然后调整转动电缸（121）使得其抵接管道（2）内壁，然后对电机（124）上的计步器（1241）进行调零，然后驱动电机（124）行进并实时监测其位移，并通过角度传感器（15）感知其转向从而确定行进测量装置（1）在管道（2）内部的具体位置，同时在管道（2）顶端匀速抽采保持管道内稳定负压，采用超声波测速仪（13）持续性监测U型拱板（11）内壁的风速Vx变化；

S2：将监测数据通过无线实时传输到地面信息处理终端（17）进行数据处理并判断管道（2）内是否发生堵塞或者泄露；

S3:如果判断结果为堵塞，那么根据监测数据计算堵塞物（3）体积，然后根据计算值判断堵塞严重程度；

S31：实时监测风速Vx，已知同一根管道（2）内相同时间内每等量长的管道（2）内流经的风量是相同的，风量Q=风速Vx*管道横截面积Sx，管道（2）内放置行进测量装置（1）的无堵塞的管道（2）横截面积为S；

S32：如果风速开始变大，计步器（1241）行进的位移为a，如果风速开始恢复正常，计步 器（1241）行进的位移为b，那么堵塞体积为

。

4.根据权利要求3所述一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21：在无泄漏的管道（2）一端匀速抽采负压的情况下，管道（2）各处的风速V为恒定值，如果风速Vx相对于在管道（2）顶部无泄漏处的风速V，风速Vx突然变大，则为发生堵塞，如果风速Vx对于在管道（2）顶部无泄漏处的风速V突然变小，则为发生泄露，即可根据计步器（1241）判断其泄露或者堵塞位置。

5.根据权利要求4所述一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，其特征在于，在S21步骤后将泄露情况严重程度依据V-Vx的差值划分优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的泄露点，并对等级为良的泄露点进行提示预警。

6.根据权利要求5所述一种矿井作业瓦斯检测用抽采方法，其特征在于，在S32步骤后将堵塞体积划分为优、良、劣3个等级，并着重处理等级为劣的堵塞点，并对等级为良的堵塞点进行提示预警。

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