CN116966731B - 一种低温等离子井下瓦斯处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于等离子处理技术领域，尤其是涉及一种低温等离子井下瓦斯处理装置，包括外部壳体、空气循环装置、等离子发生装置、活性物催化装置、低压电源、等离子电源、控制系统、排放装置；所述低温等离子井下瓦斯处理装置组成结构简单，占用体积可根据需处理量设计成不同大小；可分布式悬挂于矿井的各上隅角或协同行进机构部署于工作面；采用低温等离子技术，分解反应温和，不会产生高温。

Description

一种低温等离子井下瓦斯处理装置

技术领域

本发明属于等离子处理技术领域，尤其是涉及一种低温等离子井下瓦斯处理装置。

背景技术

在我国，大部分地区的矿井开采深度不断的增加，煤矿地下条件越来越复杂，煤矿事故时常发生，而且类型也较多。在全国各种类型的煤矿事故中，最为严重、比例最高、造成损失最大的就是煤矿瓦斯事故，因此瓦斯防治是影响我国煤矿深部开采的难点和热点。一是随着采深的不断加大，煤与瓦斯突出的危险成为制约煤矿安全高效开采的主要障碍；二是瓦斯含量在煤矿深部区域普遍呈现增大的趋势，对现场的通风管理提出了更高的要求。

随着科技的不断进步，大量先进的技术和设备不断的输送到矿井下，综合机械化放顶煤采煤是目前应用比较成熟的，范围较广的。综放采煤的优点是开采强度高、产煤量大等，同时也存在一些缺点。具体的缺点是会造成较多的采空区遗煤，同时工作面的漏风多，会造成采空区瓦斯积聚现象，对于U型通风系统还会引发回风流，往往会导致上隅角瓦斯浓度偏高，甚至是超过安全规定，这些都是安全隐患，这些隐患的存在严重威胁到工人的生命安全和工作面的正常生产。因此为了降低煤矿瓦斯事故的发生的可能性，尽最大程度努力减少损失，提高矿井生产的安全性，提高整体的经济效益。对综采面、上隅角瓦斯的高效处理是势在必行的，这样才能更加有效的治理矿井瓦斯。

本发明提供一种新型的低温等离子井下瓦斯处理装置，通过空气循环系统将进气口周边的空气吸入等离子发生器内，在高频高压电场作用下，气体被电离形成低温等离子体。等离子状态下，空气所含的瓦斯及氧气迅速反应，生成二氧化碳及水并被排出，从实现降低瓦斯浓度的目的。

发明内容

为提高瓦斯的高效处理的目的，本发明提供一种低温等离子井下瓦斯处理装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种低温等离子井下瓦斯处理装置，包括外部壳体、空气循环装置、等离子发生装置、活性物催化装置、低压电源、等离子电源、控制系统、排放装置；

所述等离子发生装置和活性物催化装置安装在等离子壳体内，所述等离子壳体一侧上设有进气口，另一侧设有出气口，所述等离子发生装置包括第一等离子栅和第二等离子栅，所述第一等离子栅和第二等离子栅具有相同结构，并呈十字交叉安装；所述第一等离子栅、第二等离子栅和等离子电源并联相连；

所述活性物催化装置用于将氧气被电离后产生的残留臭氧还原为氧气，包括外部的框架和内部的蜂窝状的臭氧分解催化剂，所述框架采用耐腐蚀材料制成，所述臭氧分解催化剂采用铝基材或活性炭基材附着锰化物制成；

所述空气循环装置安装于外部壳体内，所述空气循环装置的进风口通过管路和外部壳体的入风口相连，所述空气循环装置的出风口通过管路和等离子壳体的侧壁上的进气口相连；

所述低压电源采用市面常用的5V、12V开关电源，用于给空气循环装置、控制系统供电；

所述等离子电源输出3KV~6KV高压交流电，频率6~20KHz，用于为等离子发生装置进行供电；

所述控制系统，包括瓦斯浓度传感器、逻辑控制器、数据传输与存储器，用于对环境的感知并实现对低温等离子井下瓦斯处理装置工作状态的控制功能；

所述的排放装置用于对等离子发生装置和活性物催化装置处理完后的气体进行降温后排放；所述排放装置的管路的入口和等离子壳体上出气口相连。

进一步的，所述第一等离子栅或第二等离子栅包括若干个平行排列的介质层管，单个所述介质层管内同心插入内电极，所述内电极和介质层管的内部之间的间隙注入填充材料，所述介质层管的外层紧密螺旋缠绕有外电极；所述并行排列的介质层管固定在高压端头和低压端头之间，在高压端头的一端，所述内电极伸出介质层管，在低压端头的一端，所述介质层管的外部包覆有铜片，所述铜片和外电极的端部接触；

所述高压端头上设有若干和等距排列的第一接线孔，所述第一接线孔的前部插有第一压簧，所述第一压簧的一端和内电极相连，所述第一压簧的另一端和第一接线柱相连，所述第一接线柱和第一压簧塞入第一接线孔，第一接线柱压紧第一压簧；

所述低压端头上设有若干和等距排列的第二接线孔，所述第二接线孔的前部插有第二压簧，所述第二压簧的一端和铜片相连，另一端和第二接线柱相连，所述第二接线柱和第二压簧塞入第二接线孔，第二接线柱压紧第二压簧；

所述高压端头和低压端头的两侧固定有第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板的作用用来固定压紧第一接线柱和第二接线柱；

所述高压端头的第一接线孔内的第一接线柱通过导线和等离子电源的高压极相连，所述低压端头的的第二接线孔内的第二接线柱通过导线和等离子电源的低压极相连。

进一步的，所述等离子壳体分为上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体结合在一起构成安装仓，所述安装仓的两端固定有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板的中央设有进气口。所述第二侧板的中央设有出气口；所述第一侧板和第二侧板上预留有螺栓孔，所述上壳体和下壳体的侧面也预留有螺栓孔，所述第一侧板和上壳体和下壳体组合的安装仓通过螺栓固定连接，所述第二侧板和上壳体和下壳体组合的安装仓通过螺栓固定连接。

进一步的，所述安装仓内设有6个并行排列的隔板，相邻的两个隔板之间分别依次放置第一等离子栅、第二等离子栅和活性物催化装置；第一等离子栅和第二等离子栅的相邻的隔板之间的距离为5-10厘米；第二等离子栅和活性物催化装置的相邻的隔板之间的距离为5-10厘米。

进一步的，所述外电极为耐腐蚀导电材料，如不锈钢；所述内电极呈圆柱状或空心管状，采用导电材料制成；所述介质层管采用石英玻璃或陶瓷材料制成；所述介质层管壁厚为1-2mm；所述填充材料为导电浆料如导电银浆或导电铜浆；所述高压端头和低压端头采用耐高温绝缘材料制成，如聚四氟乙烯、陶瓷；所述第一压簧或第二压簧为导电弹簧；所述第一接线柱或第二接线柱为导电铜柱。

进一步的，所述第一固定板或第二固定板为内部空心的正方框结构，四个端角处预留有螺栓孔，所述低压端头和高压端头的两端预留有螺栓孔，所述第一固定板、第二固定板和低压端头、高压端头之间通过螺栓固定连接。

进一步的，所述排放装置包括U型的排放管路，所述排放管路上设有螺旋状的散热翅，所述U型的排放管路通过L型支架固定在外部壳体的外部。

所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，通过空气循环装置将周边的空气吸入等离子发生装置内，在高频高压电场作用下，气体被电离形成低温等离子体。等离子状态下，空气所含的瓦斯及氧气迅速反应，生成二氧化碳及水蒸气并被排出，从而实现降低瓦斯浓度的目的。

本发明的有益技术效果：

1.所述低温等离子井下瓦斯处理装置组成结构简单，占用体积可根据需处理量设计成不同大小。所述低温等离子井下瓦斯处理装置可分布式悬挂于矿井的各上隅角或协同行进机构部署于工作面。

2.所述低温等离子井下瓦斯处理装置采用低温等离子技术，分解反应温和，不会产生高温。

3.所述低温等离子井下瓦斯处理装置可24小时持续工作，或由控制系统根据瓦斯浓度自动启停，使得瓦斯浓度始终受控。

4.所述低温等离子井下瓦斯处理装置内的两个等离子栅以垂直90度的方式部署，在风路及电场力作用下，含瓦斯的气体将产生涡流，使得瓦斯更充分的参与氧化，避免因层流造成的只有局部气体被处理的问题。

5.所述低温等离子井下瓦斯处理装置设有排放装置，被处理完的气体在排放装置中进一步释放可能存在的高温，确保排放出来的气体接近室温，避免在突发情况下因排放气体温度过高造成井下安全隐患。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（省略连接的管路和线路）；

图2为第一等离子栅分解结构示意图（省略连接的管路和线路）；

图3为第二等离子栅的整体外部结构示意图（省略连接的管路和线路）；

图4为活性物催化装置的结构示意图；

图5为排放装置的结构示意图；

图6为等离子壳体的结构示意图；

图7为介质层管的结构示意图。

图中：1、外部壳体，2、空气循环装置，3、等离子发生装置，4、活性物催化装置，5、等离子电源，6、控制系统，7、排放装置，8、低压电源，9、等离子壳体，10、第一等离子栅，11、第二等离子栅，12、介质层管，13、内电极，14、外电极，15、高压端头，16、低压端头，17、铜片，18、第一接线孔，19、第一压簧，20、第一接线柱，21、第二接线孔，22、第二压簧，23、第二接线柱，24、第一固定板，25、第二固定板，26、排放管路，27、散热翅，28、上壳体，29、下壳体，30、隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1、4，一种低温等离子井下瓦斯处理装置，包括外部壳体1、空气循环装置2、等离子发生装置3、活性物催化装置4、低压电源8、等离子电源5、控制系统6、排放装置7；

所述等离子发生装置3和活性物催化装置4安装在等离子壳体9内，所述等离子壳体9一侧上设有进气口，另一侧设有出气口，所述等离子发生装置3包括第一等离子栅10和第二等离子栅11，所述第一等离子栅10和第二等离子栅11具有相同结构，并呈十字交叉安装；所述第一等离子栅10、第二等离子栅11和等离子电源5并联相连；第一等离子栅10和第二等离子栅11采用十字交叉安装方式，在风路及电场力作用下，含瓦斯的气体将产生涡流，使得瓦斯更充分的参与氧化，避免因层流造成的只有局部气体被处理的问题。

所述活性物催化装置4用于将氧气被电离后产生的残留臭氧还原为氧气，包括外部的框架和内部的蜂窝状的臭氧分解催化剂，所述框架采用耐腐蚀材料制成，所述臭氧分解催化剂采用铝基材或活性炭基材附着锰化物制成；

所述空气循环装置2安装于外部壳体1内，所述空气循环装置2的进风口通过管路和外部壳体1的入风口相连，所述空气循环装置2的出风口通过管路和等离子壳体9的侧壁上的进气口相连；

所述低压电源8采用市面常用的5V、12V开关电源，用于给空气循环装置2、控制系统6供电；

所述等离子电源5输出3KV~6KV高压交流电，频率6~20KHz，用于为等离子发生装置3进行供电；

所述控制系统6，包括瓦斯浓度传感器、逻辑控制器、数据传输与存储器，用于对环境的感知并实现对低温等离子井下瓦斯处理装置工作状态的控制功能；

所述的排放装置7，用于对等离子发生装置3和活性物催化装置4处理完后的气体进行降温后排放；所述排放装置7的管路的入口和等离子壳体9上出气口相连。

所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，通过空气循环装置2将周边的空气吸入等离子发生装置3内，在高频高压电场作用下，气体被电离形成低温等离子体。等离子状态下，空气所含的瓦斯及氧气迅速反应，生成二氧化碳及水蒸气并被排出，从而实现降低瓦斯浓度的目的。

所述低温等离子井下瓦斯处理装置组成结构简单，占用体积可根据需处理量设计成不同大小。所述低温等离子井下瓦斯处理装置可分布式悬挂于矿井的各上隅角或协同行进机构部署于工作面；采用低温等离子技术，分解反应温和，不会产生高温；可24小时持续工作，或由控制系统6根据瓦斯浓度自动启停，使得瓦斯浓度始终受控。

参见图2、3、7，在本实施例中，所述第一等离子栅10或第二等离子栅11包括若干个平行排列的介质层管12，单个所述介质层管12内同心插入内电极13，所述内电极13和介质层管12的内部之间的间隙注入填充材料，所述介质层管12的外层紧密螺旋缠绕有外电极14；所述并行排列的介质层管12固定在高压端头15和低压端头16之间，在高压端头15的一端，所述内电极13伸出介质层管12，在低压端头16的一端，所述介质层管12的外部包覆有铜片17，所述铜片17和外电极14的端部接触；

所述高压端头15上设有若干和等距排列的第一接线孔18，所述第一接线孔18的前部插有第一压簧19，所述第一压簧19的一端和内电极13相连，所述第一压簧19的另一端和第一接线柱20相连，所述第一接线柱20和第一压簧19塞入第一接线孔18，第一接线柱20压紧第一压簧19；

所述低压端头16上设有若干和等距排列的第二接线孔21，所述第二接线孔21的前部插有第二压簧22，所述第二压簧22的一端和铜片17相连，另一端和第二接线柱23相连，所述第二接线柱23和第二压簧22塞入第二接线孔21，第二接线柱23压紧第二压簧22；

所述高压端头15和低压端头16的两侧固定有第一固定板24和第二固定板25，所述第一固定板24和第二固定板25的作用用来固定压紧第一接线柱20和第二接线柱23；

所述高压端头15的第一接线孔18内的第一接线柱20通过导线和等离子电源5的高压极相连，所述低压端头16的的第二接线孔21内的第二接线柱23通过导线和等离子电源5的低压极相连。

在本实施例中，所述外电极14为耐腐蚀导电材料，如不锈钢；所述内电极13呈圆柱状或空心管状，采用导电材料制成；所述介质层管12采用石英玻璃或陶瓷材料制成；所述介质层管12壁厚为1-2mm；所述填充材料为导电浆料如导电银浆或导电铜浆；所述高压端头15和低压端头16采用耐高温绝缘材料制成，如聚四氟乙烯、陶瓷；所述第一压簧19或第二压簧22为导电弹簧；所述第一接线柱20或第二接线柱23为导电铜柱。

在本实施例中，所述第一固定板24或第二固定板25为内部空心的正方框结构，四个端角处预留有螺栓孔，所述低压端头16和高压端头15的两端预留有螺栓孔，所述第一固定板24、第二固定板25和低压端头16、高压端头15通过螺栓固定连接。

参见图6，在本实施例中，所述等离子壳体9分为上壳体28和下壳体29，所述上壳体28和下壳体29结合在一起构成安装仓，所述安装仓的两端固定有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板的中央设有进气口。所述第二侧板的中央设有出气口；所述第一侧板和第二侧板上预留有螺栓孔，所述上壳体28和下壳体29的侧面也预留有螺栓孔，所述第一侧板和上壳体28和下壳体29组合的安装仓通过螺栓固定连接，所述第二侧板和上壳体28和下壳体29组合的安装仓通过螺栓固定连接。

所述安装仓内设有6个并行排列的隔板30，相邻的两个隔板30之间分别依次放置第一等离子栅10、第二等离子栅11和活性物催化装置4；第一等离子栅10和第二等离子栅11的相邻的隔板30之间的距离为5-10厘米；第二等离子栅11和活性物催化装置4的相邻的隔板30之间的距离为5-10厘米。

参见图5，在本实施例中，所述排放装置7包括U型的排放管路26，所述排放管路26上设有螺旋状的散热翅27，所述U型的排放管路26通过L型支架固定在外部壳体1的外部。设有排放装置7，被处理完的气体在排放装置7中进一步释放可能存在的高温，确保排放出来的气体接近室温，避免在突发情况下因排放气体温度过高造成井下安全隐患。

本装置的工作流程：

设备通电后，空气循环装置2开始工作，瓦斯浓度传感器实时检测空气中瓦斯浓度。

在浓度<1%时，逻辑控制器关闭等离子电源5，使得等离子发生装置3不工作。空气通过空气循环装置2吸入后送入到未工作的等离子发生装置3，再经过排放装置7排出。同时数据传输模块将实时数据传送至指定服务器，本地存储器存储实时数据。

当浓度1%>，逻辑控制器开启等离子电源5，使得等离子发生装置3开始工作，此时等离子发生装置3的内电极13与外电极14被通入高压高频交流电。空气通过空气循环装置2吸入后进入等离子发生装置3，在电场作用下，吸入的气体被电离。在等离子状态下，空气所含的瓦斯及氧气迅速反应，生成二氧化碳与水蒸气形态的混合气体，再通过排放装置7降温后排出。从而实现降低瓦斯浓度的目的。同时数据传输模块将实时数据传送至指定服务器，本地存储器存储实时数据。

以上，虽然针对本发明的多种实施例进行了说明，但本发明并不限于上述的多种实施例以及特征，在不脱离根据本发明的权利要求书的范围的技术思想的范围内，可以进行多种变形以及更改。

Claims (6)

1.一种低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：包括外部壳体（1）、空气循环装置（2）、等离子发生装置（3）、活性物催化装置（4）、低压电源（8）、等离子电源（5）、控制系统（6）、排放装置（7）；

所述等离子发生装置（3）和活性物催化装置（4）安装在等离子壳体（9）内，所述等离子壳体（9）一侧上设有进气口，另一侧设有出气口，所述等离子发生装置（3）包括第一等离子栅（10）和第二等离子栅（11），所述第一等离子栅（10）和第二等离子栅（11）具有相同结构，并呈十字交叉安装；所述第一等离子栅（10）、第二等离子栅（11）和等离子电源（5）并联相连；

所述活性物催化装置（4）用于将氧气被电离后产生的残留臭氧还原为氧气，包括外部的框架和内部的蜂窝状的臭氧分解催化剂，所述框架采用耐腐蚀材料制成，所述臭氧分解催化剂采用铝基材或活性炭基材附着锰化物制成；

所述空气循环装置（2）安装于外部壳体（1）内，所述空气循环装置（2）的进风口通过管路和外部壳体（1）的入风口相连，所述空气循环装置（2）的出风口通过管路和等离子壳体（9）的侧壁上的进气口相连；

所述低压电源（8）采用市面常用的5V、12V开关电源，用于给空气循环装置（2）、控制装置供电；

所述等离子电源（5）输出3KV~6KV高压交流电，频率6~20KHz，用于为等离子发生装置（3）进行供电；

所述控制系统（6），包括瓦斯浓度传感器、逻辑控制器、数据传输与存储器，用于对环境的感知并实现对低温等离子井下瓦斯处理装置工作状态的控制功能；

所述的排放装置（7），用于对等离子发生装置（3）和活性物催化装置（4）处理完后的气体进行降温后排放；所述排放装置（7）的管路的入口和等离子壳体（9）上出气口相连；

所述第一等离子栅（10）或第二等离子栅（11）包括若干个平行排列的介质层管（12），单个所述介质层管（12）内同心插入内电极（13），所述内电极（13）和介质层管（12）的内部之间的间隙注入填充材料，外电极（14）紧密螺旋缠绕在介质层管（12）的外层；所述平行排列的介质层管（12）固定在高压端头（15）和低压端头（16）之间，在高压端头（15）的一端，所述内电极（13）伸出介质层管（12），在低压端头（16）的一端，所述介质层管（12）的外部包覆有铜片（17），所述铜片（17）和外电极（14）的端部接触；

所述高压端头（15）上设有若干和等距排列的第一接线孔（18），所述第一接线孔（18）的前部插有第一压簧（19），所述第一压簧（19）的一端和内电极（13）相连，所述第一压簧（19）的另一端和第一接线柱（20）相连，所述第一接线柱（20）和第一压簧（19）塞入第一接线孔（18），第一接线柱（20）压紧第一压簧（19）；

所述低压端头（16）上设有若干和等距排列的第二接线孔（21），所述第二接线孔（21）的前部插有第二压簧（22），所述第二压簧（22）的一端和铜片（17）相连，另一端和第二接线柱（23）相连，所述第二接线柱（23）和第二压簧（22）塞入第二接线孔（21），第二接线柱（23）压紧第二压簧（22）；

所述高压端头（15）和低压端头（16）的两侧固定有第一固定板（24）和第二固定板（25），所述第一固定板（24）和第二固定板（25）的作用用来固定压紧第一接线柱（20）和第二接线柱（23）；

所述高压端头（15）的第一接线孔（18）内的第一接线柱（20）通过导线和等离子电源（5）的高压极相连，所述低压端头（16）的的第二接线孔（21）内的第二接线柱（23）通过导线和等离子电源（5）的低压极相连。

2.根据权利要求1所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：所述等离子壳体（9）分为上壳体（28）和下壳体（29），所述上壳体（28）和下壳体（29）结合在一起构成安装仓，所述安装仓的两端固定有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板的中央设有进气口；

所述第二侧板的中央设有出气口；所述第一侧板和第二侧板上预留有螺栓孔，所述上壳体（28）和下壳体（29）的侧面也预留有螺栓孔，所述第一侧板和上壳体（28）和下壳体（29）组合的安装仓通过螺栓固定连接，所述第二侧板和上壳体（28）和下壳体（29）组合的安装仓通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求2所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：所述安装仓内设有6个平行排列的隔板（30），相邻的两个隔板（30）之间分别依次放置第一等离子栅（10）、第二等离子栅（11）和活性物催化装置（4）；第一等离子栅（10）和第二等离子栅（11）的相邻的隔板（30）之间的距离为5-10厘米；第二等离子栅（11）和活性物催化装置（4）的相邻的隔板（30）之间的距离为5-10厘米。

4.根据权利要求1所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：所述外电极（14）为耐腐蚀导电材料；所述内电极（13）程圆柱状或空心管状，采用导电材料制成；所述介质层管（12）采用石英玻璃或陶瓷材料制成；所述介质层管（12）壁厚为1-2mm；所述填充材料为导电浆料；所述高压端头（15）和低压端头（16）采用耐高温绝缘材料制成；所述第一压簧（19）或第二压簧（22）为导电弹簧；所述第一接线柱（20）或第二接线柱（23）为导电铜柱。

5.根据权利要求1所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：所述第一固定板（24）或第二固定板（25）为内部空心的正方框结构，四个端角处预留有螺栓孔，所述低压端头（16）和高压端头（15）的两端预留有螺栓孔，所述固定板和低压端头（16）、高压端头（15）通过螺栓固定连接。

6.根据权利要求1所述的低温等离子井下瓦斯处理装置，其特征在于：所述排放装置（7）包括U型的排放管路（26），所述排放管路（26）上设有螺旋状的散热翅（27），所述U型的排放管路（26）通过L型支架固定在外部壳体（1）的外部。