CN115791311A - 一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，本发明属于瓦斯采样领域，包括：位置获取模块、瓦斯采样模块和监测模块，所述位置获取模块、所述瓦斯采样模块和所述监测模块依次连接；所述位置获取模块，用于根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；所述瓦斯采样模块，用于基于所述位置信息，采集瓦斯气体；所述监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。本发明能够解决现有技术中瓦斯采样工作效率低和测量结果不准确的问题，同时能够监测瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度出现异常时，及时采取相应措施避免出现瓦斯爆炸。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯采样领域，特别是涉及一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统。
背景技术
目前高浓度瓦斯可以加以利用，一般浓度30％以上的称为高浓度瓦斯，利用高浓度瓦斯可以进行发电。而用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样，大多数采用手动式负压瓦斯抽气筒，采气样时，拉动活塞拉杆，吸气端内的单向阀打开，管道内瓦斯被吸入气筒内，而后向前快速推动活塞拉杆，排气端内的单向阀打开，将气筒内的瓦斯送入瓦斯检定器或取样袋内，如此重复数次，即可将瓦斯采入瓦斯检定器或取样袋内，但该方法耗时耗力，极大的影响了工作效率，在将气样送入瓦斯测定器内的过程中，气样易被掺杂，测量结果不准确；现有的采样器在采集气样时，无法同时监测瓦斯浓度变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，包括：位置获取模块、瓦斯采样模块和监测模块，所述位置获取模块、所述瓦斯采样模块和所述监测模块依次连接；
所述位置获取模块，用于根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；
所述瓦斯采样模块，用于基于所述位置信息，采集瓦斯气体；
所述监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。
优选地，所述位置获取模块包括第一获取单元和第二获取单元，其中所述第一获取单元、所述第二获取单元分别与所述瓦斯采样模块连接；
所述第一获取单元，用于构建模拟实验模型，通过模拟实验模型，得到第一高度参数和第二高度参数，其中所述第一高度参数为煤矿采动裂隙带中外椭抛面的高度值，所述第二高度参数为煤矿采动裂隙带中内椭抛面的高度值；
所述第二获取单元，用于获取煤矿采动裂隙带中的现场实际参数，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和所述现场实际参数，得到瓦斯采样的位置信息。
优选地，所述第二获取单元中，基于所述现场实际参数，通过有限元数值模拟，计算得到带宽参数，其中所述带宽参数包括：切眼、工作面、进风巷和回风巷的带宽，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和带宽参数，得到瓦斯采样的位置信息。
优选地，所述瓦斯采样模块包括：钻孔单元和采集单元，其中所述钻孔单元、采集单元分别与所述监测模块依次连接；
所述钻孔单元，用于基于所述位置信息，安装煤矿钻机，通过所述煤矿钻机施工钻孔，钻孔深度为预设深度；
所述采集单元，用于基于所述钻孔，将密闭取芯装置通过钻机的钻杆前端输送至钻孔的孔底，通过密闭取芯装置采集瓦斯。
优选地，所述采集单元中，当所述煤矿钻机到达所述预设深度时，通过密闭取芯装置自动采集煤样并密封好，对所述煤矿钻机进行退钻操作，所述煤样到达钻孔孔口时，采用解吸法测得煤矿采动裂隙带中瓦斯含量值。
优选地，所述监测模块包括：传输单元和显示单元；
所述传输单元，用于通过无线传感器采集煤矿采动裂隙带中瓦斯含量值，并传输至地面监控中心的数据接收模块；
所述显示单元，用于通过地面监控中心，接受所述瓦斯含量值并转化成瓦斯浓度，同时将所述瓦斯浓度进行实时监控显示。
优选地，所述显示单元中，还包括：若瓦斯浓度超过30％时，则启动瓦斯抽采装置，将浓度超过30％的瓦斯抽采至储藏单元中。
优选地，还包括：报警模块，用于判断瓦斯浓度，若所述瓦斯浓度处于浓度阈值范围内，则启动煤矿采动裂隙带中声光报警装置，否则不启动声光报警装置，其中所述浓度阈值为瓦斯爆炸范围，设为5％～16％。
本发明的技术效果为：
本发明提供了一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，通过位置获取模块，根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；通过瓦斯采样模块，基于所述位置信息，采集瓦斯气体；通过监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。本发明能够解决现有技术中瓦斯采样工作效率低和测量结果不准确的问题，同时能够监测瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度出现异常时，及时采取相应措施避免出现瓦斯爆炸。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的瓦斯采样系统示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，包括：位置获取模块、瓦斯采样模块和监测模块，所述位置获取模块、所述瓦斯采样模块和所述监测模块依次连接；
所述位置获取模块，用于根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；
所述瓦斯采样模块，用于基于所述位置信息，采集瓦斯气体；
所述监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。
在一些实施例中，所述位置获取模块包括第一获取单元和第二获取单元，其中所述第一获取单元、所述第二获取单元分别与所述瓦斯采样模块连接；
所述第一获取单元，用于构建模拟实验模型，通过模拟实验模型，得到第一高度参数和第二高度参数，其中所述第一高度参数为煤矿采动裂隙带中外椭抛面的高度值，所述第二高度参数为煤矿采动裂隙带中内椭抛面的高度值；
本实施例中，构建模拟实验模型中，随煤矿开采工作面的推进，具有依次向上发展分层运动的破断与离层特征的上覆岩层，会形成覆岩采动裂隙带，其中的岩层层面离层裂隙和穿层破断裂隙相互贯通，在空间上产生形似椭圆抛物面的外部边界，称为外椭抛面；当工作面推进一定距离后，位于采空区中部的覆岩采动裂隙基本被压实，其边界也可用近似的椭圆抛物面来描述，称为内椭抛面。通过模拟实验模型，得到第一高度参数和第二高度参数。
所述第二获取单元，用于获取煤矿采动裂隙带中的现场实际参数，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和所述现场实际参数，得到瓦斯采样的位置信息。
在一些实施例中，所述第二获取单元中，基于所述现场实际参数，通过有限元数值模拟，计算得到带宽参数，其中所述带宽参数包括：切眼、工作面、进风巷和回风巷的带宽，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和带宽参数，得到瓦斯采样的位置信息。
本实施例中，将第一高度参数、所述第二高度参数和带宽参数带入煤矿采动裂隙椭抛带数学公式中，得到瓦斯采样的位置信息。基于位置信息，能够实现较高的瓦斯抽采浓度，减少了工作面瓦斯超限次数，达到了煤与瓦斯安全协调共采的目的。
在一些实施例中，所述瓦斯采样模块包括：钻孔单元和采集单元，其中所述钻孔单元、采集单元分别与所述监测模块依次连接；
所述钻孔单元，用于基于所述位置信息，安装煤矿钻机，通过所述煤矿钻机施工钻孔，钻孔深度为预设深度；
所述采集单元，用于基于所述钻孔，将密闭取芯装置通过钻机的钻杆前端输送至钻孔的孔底，通过密闭取芯装置采集瓦斯。
本实施例中，密闭取芯装置为双筒单动结构，其工作原理较简单，在取芯过程中，外筒总成带动取芯钻头钻取煤样，取芯内筒收集煤样，达到取芯长度后停钻，利用水压通过专用的传动机构关闭取芯内筒的球阀，从而使煤芯和解吸的气含量密闭在取芯筒内。提钻至孔口，卸下密闭取芯装置，取出取芯内筒连接解吸装置，即可进行现场解吸。该采样方式的优点：相比传统取芯器采样测试，测定结果更为真实；能够做到定点取样并使煤样密闭，减少煤芯提取过程中暴露的时间和瓦斯损失量，提高煤层瓦斯含量测试精度。
在一些实施例中，所述采集单元中，当所述煤矿钻机到达所述预设深度时，通过密闭取芯装置自动采集煤样并密封好，对所述煤矿钻机进行退钻操作，所述煤样到达钻孔孔口时，采用解吸法测得煤层中瓦斯含量值。
在一些实施例中，所述监测模块包括：传输单元和显示单元；
所述传输单元，用于通过无线传感器采集煤矿采动裂隙带中瓦斯含量值，并传输至地面监控中心的数据接收模块；
所述显示单元，用于通过地面监控中心，接受所述瓦斯含量值并转化成瓦斯浓度，同时将所述瓦斯浓度进行实时监控显示。
本实施例中，无线传感器网络包括多个瓦斯监测传感器节点和一个基站，其中瓦斯监测传感器节点包括处理器单元、无线通信单元、数据采集单元、能量供应单元和智能开关，无线通信单元、数据采集单元和智能开关皆与处理器单元连接。将无线传感器网络技术运用到瓦斯监测中，实现了对瓦斯监测数据的实时采集、处理和传输，便于相关人员进行远程监控。
无线传感器网络包括：所有瓦斯监测传感器节点均匀并随机地分布在设定的瓦斯监测区域内部，基站设置于瓦斯监测区域的外部；无线传感器网络采用周期性数据收集方式，并在收集数据的过程中对数据进行融合处理。
本实施例中，地面监控中心包括：数据接收模块、数据分析比较模块、报警信号生成模块，所述数据接收模块与所述数据分析比较模块连接，所述数据分析比较模块与所述报警信号生成模块连接。
在一些实施例中，所述显示单元中，还包括：若瓦斯浓度超过30％时，则启动瓦斯抽采装置，将浓度超过30％的瓦斯抽采至储藏单元中。
本实施例中，将浓度超过30％的瓦斯进行瓦斯抽采利用，例如瓦斯发电，低浓度瓦斯还可以抽采至种菜大棚，为蔬菜生长提供合适的温度。
在一些实施例中，还包括：报警模块，用于判断瓦斯浓度，若所述瓦斯浓度处于浓度阈值范围内，则启动煤矿采动裂隙带中声光报警装置，否则不启动声光报警装置，其中所述浓度阈值为瓦斯爆炸范围，设为5％～16％。
本实施中，报警模块还与地面监控中心通过无线通信连接，报警模块接受报警信号生成模块中的报警信号，报警信号驱动声光报警装置进行声光报警。
本实施例的技术效果为：
本实施例提供了一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，通过位置获取模块，根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；通过瓦斯采样模块，基于所述位置信息，采集瓦斯气体；通过监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。本实施例能够解决现有技术中瓦斯采样工作效率低和测量结果不准确的问题，同时能够监测瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度出现异常时，及时采取相应措施避免出现瓦斯爆炸。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，包括：位置获取模块、瓦斯采样模块和监测模块，所述位置获取模块、所述瓦斯采样模块和所述监测模块依次连接；
所述位置获取模块，用于根据煤矿采动裂隙带，获取瓦斯采样的位置信息；
所述瓦斯采样模块，用于基于所述位置信息，采集瓦斯气体；
所述监测模块，用于基于无线传感器，实时监测所述瓦斯气体的浓度变化。
2.根据权利要求1所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述位置获取模块包括第一获取单元和第二获取单元，其中所述第一获取单元、所述第二获取单元分别与所述瓦斯采样模块连接；
所述第一获取单元，用于构建模拟实验模型，通过模拟实验模型，得到第一高度参数和第二高度参数，其中所述第一高度参数为煤矿采动裂隙带中外椭抛面的高度值，所述第二高度参数为煤矿采动裂隙带中内椭抛面的高度值；
所述第二获取单元，用于获取煤矿采动裂隙带中的现场实际参数，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和所述现场实际参数，得到瓦斯采样的位置信息。
3.根据权利要求2所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述第二获取单元中，基于所述现场实际参数，通过有限元数值模拟，计算得到带宽参数，其中所述带宽参数包括：切眼、工作面、进风巷和回风巷的带宽，基于所述第一高度参数、所述第二高度参数和带宽参数，得到瓦斯采样的位置信息。
4.根据权利要求1所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述瓦斯采样模块包括：钻孔单元和采集单元，其中所述钻孔单元、采集单元分别与所述监测模块依次连接；
所述钻孔单元，用于基于所述位置信息，安装煤矿钻机，通过所述煤矿钻机施工钻孔，钻孔深度为预设深度；
所述采集单元，用于基于所述钻孔，将密闭取芯装置通过钻机的钻杆前端输送至钻孔的孔底，通过密闭取芯装置采集瓦斯。
5.根据权利要求4所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述采集单元中，当所述煤矿钻机到达所述预设深度时，通过密闭取芯装置自动采集煤样并密封好，对所述煤矿钻机进行退钻操作，所述煤样到达钻孔孔口时，采用解吸法测得煤矿采动裂隙带中瓦斯含量值。
6.根据权利要求1所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述监测模块包括：传输单元和显示单元；
所述传输单元，用于通过无线传感器采集煤矿采动裂隙带中瓦斯含量值，并传输至地面监控中心的数据接收模块；
所述显示单元，用于通过地面监控中心，接受所述瓦斯含量值并转化成瓦斯浓度，同时将所述瓦斯浓度进行实时监控显示。
7.根据权利要求6所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，所述显示单元中，还包括：若瓦斯浓度超过30％时，则启动瓦斯抽采装置，将浓度超过30％的瓦斯抽采至储藏单元中。
8.根据权利要求1所述的用于煤矿采动裂隙带的瓦斯采样系统，其特征在于，还包括：报警模块，用于判断瓦斯浓度，若所述瓦斯浓度处于浓度阈值范围内，则启动煤矿采动裂隙带中声光报警装置，否则不启动声光报警装置，其中所述浓度阈值为瓦斯爆炸范围，设为5％～16％。
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