CN201738955U - 瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置 - Google Patents

Abstract

一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，在采样气流主管道内设置上、中、下电动阀门及采气扇、排气扇，形成隔离室和燃烧室，主管道燃烧室侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；瓦斯或可燃气体压缩罐通过配气管道、电动可调气体流量表连接至主管道的进气咀，电动阀门、采气扇、排气扇、电动可调气体流量表、电子点火头、压力传感器和/或温度传感器连接控制电路板，控制电路板分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备及应急处理系统。本实用新型采用一种崭新的装置，连续不断试验和测试混合可燃气体动态数据，快速发现可燃气体超限，并提前预警，快速处置，避免人民生命财产重大损失。

Description

瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置

技术领域：

本实用新型涉及一种安全预警装置，具体涉及一种快速测试发现并及时预警处置矿山井下瓦斯及其它可燃气体爆炸的预警装置。

背景技术：

长期以来，涉及可燃气体危爆行业的重特大安全事故连续不断，特别是煤矿井下瓦斯爆炸，群死群伤，损失最为惨重，社会影响也十分恶劣。根据瓦斯特性，只要最低含量达到5％，氧气含量充足(国家矿山安全法规定，井下氧气含量不得低于20％)，就随时能被引爆燃烧；而白磷在温度40多度时就能自燃，沼气在阳光照射下也可以自燃……等等。由于矿山蕴藏复杂，存有多种混合可燃气体，这些不同杂质含量的混合气体，给检测带来了极大的困难，也给监测预警部门提出了难以解决的技术难题。市场上虽说已有一些瓦斯含量的监测设备，但还是不能对多种可燃混合气体在不同杂质、温度、湿度、压力、氧气环境等复杂条件下的燃爆和自燃进行监测和预警。而这些可燃混合气体的各种元素，在各自不同氧气、压力、湿度、温度等环境条件下，有着各自不同的燃烧爆炸特性和自燃特性参数。这些元素物质在杂质、含量、温度、湿度、氧气等复杂条件下混合形成的可燃气体，改变了原来单质元素物质的爆炸和自燃特性参数。这些复杂情况，给监测预警带来了极大的困难。瓦斯及其它可燃气体的爆炸燃烧和自燃，具有复杂和极强的突发性、隐蔽性，国家和矿工的生命财产随时受到严重的威胁，因此，研制一种能及时监测瓦斯及其它可燃气体混合物，并提前预警、处置，避免人民生命财产重大损失的方法及设备，是迫切需要并至关重要的。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种连续不断试验和测试混合可燃气体动态数据、快速发现可燃气体超限、提前预警、迅速处置、避免人民生命财产重大损失的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置。

本实用新型采用的技术方案是：在采样气流主管道内设置上、中、下电动阀门，形成隔离室和燃烧室，在主管道采气口下方安装采气扇，在主管道排气口上方安装排气扇，电动阀门和采气扇、排气扇都由控制电路板连接控制，主管道燃烧室侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；配气系统为：瓦斯或可燃气体压缩罐通过配气管道、电动可调气体流量表连接至主管道的进气咀，电动可调气体流量表与控制电路板连接；电子点火系统为：主管道内的电子点火头连接控制电路板；测试报警系统为：主管道的燃烧室内壁安装有压力传感器和/或温度传感器，压力传感器和/或温度传感器通过信号线连接控制电路板，控制电路板分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备及应急处理系统。

上述技术方案中，主管道侧壁还连接安装有清理冷却系统，清理冷却系统为：主管道隔离室和燃烧室连接安装有喷气咀，喷气咀通过管道连接气泵，气泵受控制电路板连接控制，主管道外周连接安装有循环冷却水箱，循环冷却水箱通过连接水管、水泵与底座水箱连接。

上述技术方案中，主管道内上、中、下电动阀门关闭到位处，安装有上、中、下电磁开关，电磁开关与控制电路板连接。

本实用新型解决了下述实质性技术问题：

1.对煤矿空气中瓦斯和可燃混合气体含量逐步增加，报警器能及时作出相应报警提示。

2.对煤矿瓦斯和可燃混合气体含量在空气中氧气、温度、湿度、压力等条件下达到或可能接近爆炸边缘，报警器发出预警、警报信号，提示人员撤离。

3.对煤矿瓦斯和可燃混合气体含量的逐步上升，启动应急措施，合理抽排混合气体与加强通风，及时稀释井下采掘作业场、点涌出的瓦斯和可燃混合气体。

4.连接互联网、物联网，进行远程监控管理。

本实用新型最为重要的一个实质性特点是：采用瓦斯“等同法”，测出煤矿井下或矿山井下空气中可燃混合气体的燃烧爆炸含量及上升速率、动态趋势，并将采样数据输入控制电路板，进行相应的安全处理。这种瓦斯等“同法法”测试，设计极其巧妙，解决了历年来井下空气中瓦斯及可燃混合气体爆炸或自燃含量难以测试的技术难题。

这是因为：煤矿井下或矿山井下爆炸时，空气中实际其成分是极其复杂的，不是人们所想象的那样纯粹由瓦斯和自然空气所组成，也不是人们所推断的爆炸完全是由于单一瓦斯含量超限所引起的，不同的矿井空气成分不同，而且不同的矿井其温度、湿度、压力、氧气环境不同，如有的矿井不仅含有瓦斯，还含有沼气、白磷、煤油等，而白磷的自燃点仅40多度，煤油的自燃点仅80多度，等等，又如有的矿井温度低、湿度大、氧气含量不足。不易自燃，而有的矿井温度高、氧气含量过高，极易自燃和爆炸，因此，以往仅凭测量瓦斯含量来判断井下安全状况是不全面的，不科学的，也是与实际不符的，仍然有可能发生重大爆炸或自燃事故。

由于矿井空气成分复杂，温度、湿度、氧气、压力等条件不同，而且是不断变化的，因此，对这些不断变化的复杂空气成分在复杂环境条件下的测试和安全判断，实际是无法实现的，这也是一直无法解决的技术难题。本实用新型巧妙地设计了这种“等同测试法”解决了这一技术难题，每秒钟定量向燃烧室注入瓦斯，并连续不断进行电子点火。如第1秒钟注入含量0.5％的瓦斯，电子点火后爆炸，那就意味着矿井空气中已含有相当于4.5％瓦斯的可燃气体，十分危险，应立即报警并进行撤离，如第9秒、10秒，注入含量4.5％、5％的瓦斯，在电子点火引燃下爆炸，则说明空气中只有很少、很稀薄的可燃气体，矿井处于安全状态。因此，不管矿井空气成分多么复杂，工况条件多么特殊，采用“瓦斯等同法”就能准确测出矿井空气的安全程度，而且根据连续不断的等同法，还可以掌握可燃气体含量的上升或下降的动态趋势，提前预警。

由于矿井空气成分复杂，工况条件不同，矿井和矿井之间差异性大，因此逐一单质气体测试及确定燃爆含量是不可能做到的，也是不科学的，与实际情况及突发事故是不相符合的。本实用新型的“瓦斯等同法”测试预警及装置，看似简单，却成功地解决了这一难题，而且是符合实际的，科学的。

附图说明：

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型装置电控原理图。

附图标注：

1——主管道      2——上电动阀门    3——中电动阀门

4——下电动阀门  5——隔离室        6——燃烧室

7——采气扇      8——排气扇        9——上电磁开关

10——中电磁开关                11——下电磁开关    12——控制电路板

13——瓦斯或可燃气体压缩罐      14——配气管道      15——电动可调气体流量表

16——进气咀                    17——电子点火头

18——压力传感器或温度传感器    19——信号线        20——报警电路

21——安全控制中心安全、系统网络、安全系统控制设备、应急处理系统

22——喷气咀                    23——循环冷却水箱  24——连接水管

25——水泵                      26——底座水箱      27——气泵

28——充电电池。

具体实施方式：

参见图1、图2，本实用新型的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置为：在采样气流主管道1内设置上、中、下电动阀门，形成隔离室5和燃烧室6，在主管道采气口下方安装有采气扇7，在主管道排气口上方安装排气扇8、电动阀门和采气扇、排气扇都由控制电路板12连接控制，主管道燃烧室6侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；配气系统为：瓦斯或可燃气体压缩罐13通过配气管道14、电动可调气体流量表15连接至主管道的进气咀16，电动可调气体流量表15表与控制电路板12连接；电子点火系统为：主管道内的电子点火头17连接控制电路板12；测试报警系统为：主管道1的燃烧室6内壁安装有压力传感器18和/或温度传感器，压力传感器和/或温度传感器通过信号线19连接控制电路板12，控制电路板12分别连接报警电路20、安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备及应急处理系统21。

本实用新型主管道1侧壁还连接安装有清理冷却系统，清理冷却系统为：主管道隔离室5和燃烧室6连接安装有喷气咀22，主管道1外周连接安装有循环冷却水箱23，循环冷却水箱23通过连接水管24、水泵25与底座水箱26连接连通。

前述主管道内壁的上、中、下电动阀门关闭到位处，安装有上、中、下电磁开关9、10、11，电磁开关与控制电路板连接。

上述清理冷却系统中的喷气咀22通过管道连接气泵25，气泵25受控制电路板连接控制。

本实用新型的具体实施工作过程及原理：

抽样测试

采取抽取大样即矿区当前样(大样已经包括为矿区的氧气、温度、湿度、压力与瓦斯及其它可燃气体和其它物质形成的混合气)，在燃烧室内点火测试方式进行。

1.当抽取采集的大样，在燃烧室点火时发生燃烧爆炸，说明矿区存在很大风险，只要有明火或温度达到相当时，即刻爆炸或自燃爆炸。或者由于白磷存在以及其它不明低燃点物质气体存在，当其混合含量逐步上升达到一定混合比例，自然爆炸也随时因达到合适温度而发生。报警器及时发出预警信号，撤离人员，启动应急措施。

不停采集抽样进行点火测试的好处就在于：

可燃混合气上升还没达到燃烧爆炸条件时，包括白磷及其它可燃混合气逐步上升，还没达到燃烧爆炸条件时和没达到合适温度时，我们已经提前在燃烧室测试点火燃烧爆炸，从而提前掌握了燃烧爆炸的变化进度。

无论瓦斯气体含量上升，还是白磷等低燃点气体物质含量上升，我们采集抽样是在矿区相同温度下，再向燃烧室提前加注喷射瓦斯、同步点火测试燃烧爆炸，从而进一步提前稳定的掌握了这些可燃气体含量在上升或在下降的变化，也提前掌握了这些混合气还没达到可燃温度和自燃温度标准时，已经完成了点火燃烧爆炸测试，从而能够提前作出预警，报警器及时提示发出警报，撤离人员及采取应急处理措施。

2.当矿区的可燃混合气含量从0.01％上升时，抽取矿区里大样或多个点抽样，每设1至30秒点火测试一次，点不着，不燃烧即不爆炸，属正常范围。

可燃混合气点着燃烧试验安全参数变化波动范围：

0.001％---0.1％    点不着     矿区安全

0.1％--------1％    点不着    矿区安全

1％--------1.5％    点不着    矿区安全

1.5％--------2％    点不着    矿区安全

2％--------2.5％    点不着    矿区安全

2.5％--------3％    点不着    矿区安全

3.5％--------4％    点不着    矿区安全

4.5％--------5％    勉强点着  危及矿区安全开始产生

5％--------5.1％    点着燃烧  危及矿区安全已经产生

当点着燃烧时，证明矿区可燃混合气在压力、温度、湿度、氧气条件下已经达到警戒值，随时都可能出现由于人为操作，机械故障，明火等现象引发事故，报警器及时发出预警信号。

同样，如果有不明气体物质包括白磷低燃点物质混合其中，含量逐步上升，点火器由原来的10秒点着，到9秒点着，到8秒点着……证明危险在加剧，报警器及时发出预警信号。

3.当矿区的可燃混合气在不知不觉中增加上升，从0.01％加速上升达到5％边缘，也就是随时接近爆炸燃点的这一过程，人们自身器官难以觉察到，市场虽有关于瓦斯浓度含量的检测设备，但不能确定可燃混合气气体在氧气、温度、湿度、压力及其它物质和变化下燃烧的可能性。同时，矿区空气中本身就含有其它可燃气体或者有乃至于存在低燃点的白磷，那么，单一的对瓦斯含量监测还不能根本解决可能爆炸问题。本设备通过不停的反复抽样点火试验，在氧气、温度、湿度、压力条件下，得到的可燃混合气气体被点着燃烧爆炸时间变化，如从花较长时间如30秒点着，到花20秒点着，18秒点着，到花15秒点着.......到花1秒点着，本设备利用点火燃烧掌握了这个加速变化过程，实际也就提前掌握了矿区内包括所有物质在温度、湿度、压力等条件下，形成的可能被点着燃烧的可燃混合气体的变化过程，从而对这个危险在加剧的变化过程作出预警。

那么，在一个固定容器的燃烧室里加注一定数量的瓦斯，要求单位时间的流量流速一致，即每秒注入量相等。

例：单位时间注入瓦斯变化见下表

1秒    0.5％    6秒    3％

2秒    1％      7秒    3.5％

3秒    1.5％    8秒    4％

4秒    2％      9秒    4.5％

5秒    2.5％    10秒   5％

由于燃烧室不停地在点火，如果在10秒钟时点燃，也就是在注入了5％的瓦斯后爆炸，那么，矿区内瓦斯的含量及其它可燃气体的含量很低，矿区可燃气体是安全的。

如果在8秒钟时点燃，也就是在注入瓦斯含量达4％时爆炸，那么矿区可燃气体含量也在1％左右。

当在6秒钟时点燃，也就是在注入瓦斯3％后爆炸，那么，矿区可燃气体含量在2％左右。

当在点火一秒钟时点燃，也就是向燃烧室注入0.5％的瓦斯后爆炸，说明矿区可燃气体已经达到4.5％左右.......

由于本产品针对这些可燃气体点着燃烧能统计计算时间的功能，从而测算出矿区可燃气体在矿区的浓度含量变化，由于不停的点火试验，抽取大样也就是当前样，是抽取相同温度、湿度、压力、氧气及其它物质等变化条件的可燃混合气，点火燃烧也在这些变化条件下进行，同样也就提前掌握了这些可燃气体随温度变化而爆炸的功能，从而达到提前提示数据变化和预警报警的目的。

加注瓦斯与矿区可燃气体含量及点火燃烧的安全变化关系：

加注瓦斯量比    点火燃烧时间    矿区可燃气体存量比     安全程度

10秒加注5％     10秒            很稀薄                 安全

9秒加注4.5％    9秒             很稀薄或上升了0.5％    安全

8秒加注4％      8秒             较稀薄或上升了1％      安全

7秒加注3.5％    7秒             比较薄或上升了1.5％    安全

6秒加注3％      6秒             稀薄或上升了2％        比较安全

5秒加注2.5％    5秒             较稀薄或上升了2.5％    比较安全

4秒加注2％      4秒             上升了3％              隐患上升

                                                       启动应急处理

3秒加注1.5％    3秒             上升了3.5％            隐患加大

                                                       启动应急处理

2秒加注1％    2秒    上升了4％                    危及安全

                                                  报警提示

1秒加注0.5％ 1秒     上升了4.5％                  危及安全

                                                  报警撤离

从上表获知，危险是在矿区可燃气体增加达到一定时，就可能由于人为操作，明火而点燃这些可燃气体。乃至与不同物质气体，以及燃点低的物质混合而成的混合气体，上升到一定混合比和一定温度下，产生自燃。

报警设备及时提示这些数据变化，同时预警作出相应降低风险措施。

矿区气体采样：

1.控制电路板接通采气扇和排气扇电源，风扇开始运转工作。同时切断上阀门、中阀门、下阀门的电源，三个电动阀门处于打开状态，矿区的当前气流经隔离仓，燃烧室，通向通风井出口。

2.控制电路板接通上阀门、中阀门、下阀门的电源，在电磁开关的作用下，三个电动阀门同时关闭，将当前气体截留隔离在隔离室和燃烧室。同时断开采气扇电源和排气扇电源，采气扇和排气扇停止工作。

3.上阀门和中阀门形成隔离室，中阀门和下阀门形成燃烧室。

4.控制电路板可设置整个采气过程为10秒、20秒、30秒三种。

燃烧测试报警：

1.当控制电路板将中阀门关闭的最后时刻，同时打开接通了气体流量开关，瓦斯或液化压缩可燃气体，在单位时间里被匀速等量的喷入燃烧室，与原来的气体形成可燃混合气。

2.当控制电路板将下阀门关闭的最后时刻，同时接通了点火器，点火器在燃烧室不停的点火。

3.当瓦斯可燃气体达到一定比例时，燃烧室被点着燃烧爆炸。在爆炸压力的作用下，压力探测报警器根据开始点火至点着燃烧爆炸的时间统计，也就是开始向燃烧室加注喷射瓦斯可燃气体至点着燃烧爆炸的总时间，这个时间段里，总计注入喷射了多少瓦斯量，从而得知矿区可燃气体的含量，多次反复测试，可以统计得到矿区可燃气体含量的增减状况，进一步可以对矿区可燃气体含量进行预报、报警，切断开采设备电源，警报，撤离人员，调节空气流通，抽排矿区可燃气体，调节降温，降水等相关措施。

4.控制电路板连接物联网，进行相关预报与报警和相关监管管理。

5.控制电路板设置整个测试燃烧爆炸时间为10秒、20秒、30秒三种形式。

清理冷却系统

1.燃烧爆炸压力产生后，控制电路板断开了上阀门，中阀门，下阀门的电源，三个阀门自动打开。

2.三个阀门打开的同时，控制电路板切断点火器电路开关，电源被切断，点火器停止工作，控制电路板同时切断气体流量表开关，气体流量表停止了喷注瓦斯的工作。

3.控制电路板将三个阀门电源断开同时，打开接通了气泵开关，大量气体喷向燃烧室，洗除燃烧室污垢和对燃烧室降温。

4.控制电路板将三个阀门电源断开同时，接通水泵电源，水泵开始工作，水循环设备进行降温处理。

5.可燃气体不足5％含量时，进行重复测试。

6.控制电路板设置整个清理冷却处理时间为10秒、20秒、30秒三种形式。

应急处理系统启动

1.当矿区瓦斯及其它可燃气体含量逐步上升，控制电路板启动通排风设施，随着可燃气体再度上升，加大通排风设施功率，最大限度及时调节降低矿区瓦斯可燃气体含量。

2.当矿区瓦斯上升到危及边缘，除及时报警，撤离人员之外，电路控制板将启动连接的所有处理应急设备，进行降温，喷水，抽排气体，并关停其它开采设备。

Claims (3)

1.一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于：在采样气流主管道内设置上、中、下电动阀门，形成隔离室和燃烧室，在主管道采气口下方安装采样气扇，在主管道排气口上方安装排气扇，电动阀门和采气扇、排气扇都由控制电路板连接控制，主管道燃烧室侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；配气系统为：瓦斯或可燃气体压缩罐通过配气管道、电动可调气体流量表连接至主管道的进气咀，电动可调气体流量表与控制电路板连接；电子点火系统为：主管道内的电子点火头连接控制电路板；测试报警系统为：主管道的燃烧室内壁安装有压力传感器和/或温度传感器，压力传感器和/或温度传感器通过信号线连接控制电路板，控制电路板分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备及应急处理系统。

2.根据权利要求1所述的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于：主管道侧壁还连接安装有清理冷却系统，清理冷却系统为：主管道隔离室和燃烧室连接安装有喷气咀，喷气咀通过管道连接气泵，气泵受控制电路板连接控制；主管道外周连接安装有循环冷却水箱，循环冷却水箱通过连接水管、水泵与底座水箱连接连通。

3.根据权利要求1所述的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于：主管道内上、中、下电动阀门关闭到位处，安装有上、中、下电磁开关，电磁开关与控制电路板连接。

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