CN205387929U - 一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，包括：水平井、操作台、第一报警器、泵、管道、控制器、瓦斯传感器、电源箱、瓦斯泄露紧急呼吸器、瓦斯抑爆装置。本实用新型的瓦斯呼吸器可以在瓦斯泄露后为人们提供氧气，争取了宝贵的救援时间，增加了矿井工作的安全性，本实用新型的瓦斯抑爆系统整体动作时间在30ms之内，传统行业的系统反应时间在1S-3S之间，甚至时间还要长，从而降低了整个系统的误爆系数，保证系统的安全性，该高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统在地面上设置真空泵伸入到所述水平井的井口中对所述水平井进行抽采，在裂隙带布置水平井，由于裂隙带的瓦斯浓度高，所以瓦斯抽采效率高。

Description

一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统

技术领域

本实用新型属于瓦斯煤矿采集技术领域，尤其涉及一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统。

背景技术

目前，根据采矿理论，随着煤炭的开采，采面的上覆岩层自下而上会形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带：在采场由支架暂时支撑，在采空区已垮落，呈规则或不规则排列，高度一般为采高的3～4倍；裂隙带：虽已断裂成块，仍整齐排列，约为采高的15倍，裂隙相当发育，是预防透水事故的重要地带。弯曲下沉带：岩层破坏较小，结果是在地表形成沉降盆地。冒落带和裂隙带下部的强裂隙区为采煤后亏空卸压形成的渗透性极强的区带，存在着大量的新生裂缝。这些新生裂缝是混合气的主要储集空间和抽采的主要运移通道。

现有的高瓦斯煤矿在地下采煤的同时，在采煤工作面内抽采瓦斯，这样虽然可以同时采煤和抽采瓦斯，但采煤工作面位于冒落带内，这样会带来许多问题。冒落带不稳定，容易出现冒落现象，在井下施工带有很大风险；冒落带内瓦斯浓度不是很高，瓦斯抽采效率低；冒落带内铺设的抽采管路不稳定，容易随冒落带的变化而破坏，不能长期稳定的抽采瓦斯。

若矿井内瓦斯泄露后，当矿井内没有明火时，虽然不会发生爆炸，但是很容易导致人们因得不到足够的氧气而窒息，给人们的生命造成威胁。

因井下瓦斯抽采须与煤炭开采工序相协调，很难保证在抽采瓦斯、降低工作面瓦斯超限压力的同时还达到煤炭高效开采的要求，常造成抽、掘、采接替紧张，而且各种井下抽采方法或多或少均存在一定的局限性，如煤矿井下顺煤层长钻孔抽采效率高、成本较低，但顺层钻孔施工经常遇到卡钻、喷孔等工程技术难题，尤其是在突出松软煤层，钻孔成孔率很低；穿层钻孔抽采方法抽采效率高，但必须辅助开挖顶板或底板岩巷进行抽采设备布置和钻孔施工，这样就会导致工期长、工程成本高。

实用新型内容

本实用新型为解决瓦斯泄露后容易导致工人因缺氧而窒息，在瓦斯泄露后为人们提供氧气，争取了宝贵的救援时间，增加了矿井工作的安全性，而且现有技术不能长期稳定的抽采瓦斯的技术问题而提供一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，该高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统包括：水平井、操作台、第一报警器、泵、管道、控制器、瓦斯传感器、电源箱、瓦斯泄露紧急呼吸器、瓦斯抑爆装置；

所述瓦斯抑爆装置包括至少一个紫外火焰传感器和抑爆器，所述的紫外火焰传感器与控制器的输入端相连，所述的抑爆器与控制器的输出端相连；所述的抑爆器包括一个壳体，内部充装有ABC超细干粉灭火剂壳体内并且设有与控制器输出端的电触发机构相连的燃气发生器；

所述瓦斯泄露紧急呼吸器设有一个筒状的换气箱，换气箱的中间设有一个可进行气体交换的隔层，隔层将换气箱分隔成空气室和富氧气室，空气室的上部连接着吸气管，连接处设有单向阀Ⅰ，富氧气室的上部连接着呼气管，连接处设有单向阀Ⅱ，吸气管及呼气管分别与呼吸头套相连通；

操作台和泵均安装在地面上，操作台与泵相连接，第一报警器安装在操作台，泵的输出端通过管道与水平井连通，水平井设置在地下；管道与水平井的连接处安装有控制器，控制器的输出端与瓦斯传感器相连接，瓦斯传感器设置在水平井内，控制器的输入端与电源箱相连接，电源箱安装在管道内。

进一步，所述的管道包括：表层套管、技术套管、尾管悬挂器、组合套管；

管道的表面设置有表层套管，管道的入口端设置有尾管悬挂器，管道内设置有贯通管道的技术套管，技术套管的手段与泵相连通，技术套管的末端与水平井的井口相连通，管道与水平井的连接处设置有组合套管。

进一步，所述泵为真空泵；所述的真空泵包括：第一泵体、第二泵体、真空阀门、输气管、截止阀、真空表；

所述第一泵体的进口与真空阀门连接，真空阀门与第二泵体的出口连接，输气管与第二泵体的进口连接，输气管上装截止阀和真空表，真空表的信号输出端与第二泵体的控制端相连通。

进一步，所述控制器采用PLC可编程控制器；所述的PLC可编程控制器包括人机交互处理器和PLC控制处理器，人机交互处理器和PLC控制处理器之间通过CAN总线连接；

PLC控制处理器上设置有输出和接受信号的输出接口和输入接口；

人机交互处理器上还连接有用于远程控制和远程输入的以太网接口和与其他设备进行通讯的人机CAN总线接口；

PLC控制处理器连接有与其他设备连接的RS485接口。

PLC控制处理器上安装有进行信号分配的信号分配器和控制阀门，信号分配器至少有3个或3个以上串联在一起。

进一步，所述采用光纤瓦斯传感器固定于所述管道末端。

进一步，所述电源箱固定于所述管道上，内部存放可充电锂电池。

进一步，所述高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统还包括连接线，操作台通过连接线与泵相连接。

进一步，所述换气箱的侧面设有第二报警器和压力表，所述第二报警器与操作台连接，所述换气箱的底部设有轮子。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的瓦斯呼吸器可以在瓦斯泄露后为人们提供氧气，争取了宝贵的救援时间，增加了矿井工作的安全性。

本实用新型的瓦斯抑爆系统整体动作时间在30ms之内，传统行业的系统反应时间在1S-3S之间，甚至时间还要长，为了确保系统动作的准确性，检测输入端设置四路传感器输入，只有在四个传感器同时动作时，控制器才会输出动作，从而降低了整个系统的误爆系数，保证系统的安全性，灭火剂采用干粉灭火，对事物不会产生二次危害，并且喷雾式的灭火效果比传统灭火效果强好几十倍，瓦斯抑爆系统可在危险发生初期进行扑救，减小了危害。

该高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统在地面上设置真空泵伸入到所述水平井的井口中对所述水平井进行抽采，所以，抽采瓦斯不是在井下进行，因而，避免了井下施工的危险，增加了施工的安全。进而，本发明在裂隙带布置水平井，由于裂隙带的瓦斯浓度高，所以瓦斯抽采效率高。另外，井在采煤以后可以长期使用，用以抽采采空区瓦斯，因而具有利用率高，运行费用低，综合效益高的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的泵的结构示意图；

图中：1、水平井；2、操作台；3、第一报警器；4、泵；4-1、第一泵体；4-2、第二泵体；4-3、真空阀门；4-4、输气管；4-5、截止阀；4-6、真空表；5、管道；5-1、表层套管；5-2、技术套管；5-3、尾管悬挂器；5-4、组合套管；6、控制器；7、瓦斯传感器；8、电源箱；9、连接线；10、呼吸头套；11、吸气管；12、呼气管；13、第二报警器；14、压力表；15、轮子；16、空气室；17、单向阀Ⅰ；18、隔层；19、富氧气室；20、单向阀Ⅱ。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

图1至图2：

一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统包括：水平井1、操作台2、第一报警器3、泵4、管道5、控制器6、瓦斯传感器7、电源箱8、连接线9；

操作台2和泵4均安装在地面上，操作台2通过连接线9与泵4相连接，第一报警器3安装在操作台2，泵4的输出端通过管道5与水平井1连通，水平井1设置在地下；管道5与水平井1的连接处安装有控制器6，控制器6的输出端与瓦斯传感器7相连接，瓦斯传感器7设置在水平井1内，控制器6的输入端与电源箱8相连接，电源箱8安装在管道5内。

所述的管道5包括：表层套管5-1、技术套管5-2、尾管悬挂器5-3、组合套管5-4；

管道5的表面设置有表层套管5-1，管道5的入口端设置有尾管悬挂器5-3，管道5内设置有贯通管道5的技术套管5-2，技术套管5-2的手段与泵4相连通，技术套管5-2的末端与水平井1的井口相连通，管道5与水平井1的连接处设置有组合套管5-4；

所述的组合套管5-4包括：用于在负压抽采的过程中，防止地层水和砂子进入井筒中形成水堵和砂堵的筛管和防砂管，筛管和防砂管置于管道5的内部。

所述泵4采用真空泵；所述的真空泵包括：第一泵体4-1、第二泵体4-2、真空阀门4-3、输气管4-4、截止阀4-5、真空表4-6；第一泵体4-1的进口与真空阀门4-3连接，真空阀门4-3与第二泵体4-2的出口连接，输气管4-4与第二泵体4-2的进口连接，输气管4-4上装截止阀4-5和真空表4-6，真空表4-6的信号输出端与第二泵体4-2的控制端相连通，输气管4-4内的真空度达到一定深度时自动启动第二泵体4-2，使得抽真空速度增加和保证极高的真空度。

所述水平井1具有一个或多于一个的位于管道5内的水平井眼，在多于一个的水平井眼的情况下，两个水平井眼之间的间距在5m以上。

所述控制器6采用PLC可编程控制器；所述的PLC可编程控制器包括人机交互处理器和PLC控制处理器，人机交互处理器和PLC控制处理器之间通过CAN总线连接，人机交互处理器上连接有显示界面和指令的显示模块，人机交互处理器上还连接有用于输入信息的键盘模块；

PLC控制处理器上设置有输出和接受信号的输出接口和输入接口；

人机交互处理器上还连接有用于远程控制和远程输入的以太网接口和与其他设备进行通讯的人机CAN总线接口

PLC控制处理器连接有与其他设备连接的RS485接口。

PLC控制处理器上安装有进行信号分配的信号分配器和控制阀门，信号分配器至少有3个或3个以上串联在一起。

所述瓦斯传感器7固定于所述管道5末端，可以拆卸；瓦斯传感器7采用光纤瓦斯传感器；

光纤瓦斯传感器包括光源产生部分、气室、信号控制部分，光源产生部分由激光器、单模双向光纤耦合器、分光器、光纤光栅构成，信号控制部分由光电探测器、锁相放大器、数据采集卡、波长解调器构成，激光器发出宽带光，宽带光经单模双向光纤耦合器后传至光纤光栅获得窄带出射光，窄带出射光经分光器分成两路，一路穿过气室后传至信号控制部分中光电探测器，光电探测器的输出信号经锁相放大器放大后传至数据采集卡；另一路经波长解调器得到中心波长值，中心波长值由信号控制部的数据采集卡采集。

所述电源箱8固定于所述管道上，可以拆卸，内部存放可充电锂电池；

电源箱8包括：

用于将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出的电压转换模块；

与所述电压转换模块相连接，用于检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出的电压检测模块；

与所述电压检测模块相连接，用于接收所述电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号的主机控制模块；

与所述电压转换模块及主机控制模块相连接，用于进行充电及放电转换的充放电切换模块。

上电复位后先对CDMA模块3-1进行初始化，并检测SIM卡及网络状态，如网络不正常或无SIM信息网络，错误提示灯将点亮，否则进入正常运行状态。改变单片机模块3-3中BM1拨码开关状态可使系统进入设置模式，进入系统模式后，使用手机给机内卡号发送设置短信，设置受权手机号码，完成后拨回BM1拨码，系统入正常运行状态。在正常运行状态，可通过本地遥控或手机进行设防和撤防操作，当通过手机操作时系统校对发送方是否为受权手机如不是则忽略该条信息。当进入设防状态时，如红外检测芯片模块3-5检测到有人进入，或本地无线解码芯片模块3-6接收到报警量则将报警信息通过中断发送给单片机模块3-3，单片机模块3-3控制报警语音板模块3-4触发本地扬声器报警，同时控制CDMA模块3-1的C200PLUS按照设置规则进行语音电话拨打或短信息发送报警信息，如拨打电话接通，此时可监听现场声音，并对现场进行喊话。电压转换模块将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出，电压检测模块检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出，主机控制模块接收电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号，充放电切换模块进行充电及放电转换。由瓦斯传感器7对地下瓦斯进行检测，检测到的数据信息通过控制器6处理分析后返回操作台2，来控制泵4来进行瓦斯的抽取，如果地下发现异常，控制器6则通知操作台2连接的第一报警器3，发出报警信息。电源箱8对控制器6和瓦斯传感器7供电。本发明将水平井1钻井与煤矿采矿理论的有机结合，将地下工程移植到地面实施，减少了煤矿井下施工的风险。

如图1中，一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统还包括瓦斯泄露紧急呼吸器，瓦斯泄露紧急呼吸器设有一个筒状的换气箱，换气箱的中间设有一个可进行气体交换的隔层18，隔层18将换气箱分隔成空气室16和富氧气室19，空气室16的上部连接着吸气管11，连接处设有单向阀Ⅰ17，富氧气室19的上部连接着呼气管2，连接处设有单向阀Ⅱ20，吸气管11及呼气管12分别与呼吸头套10相连通；换气箱的侧面设有第二报警器13和压力表14，所述第二报警器13与地面上的操作台连接，可显示瓦斯浓度过高或泄露时传过来的报警指示，为采取相应措施提供报警，压力表14可实时显示矿井下的瓦斯的压力，换气箱的底部设有方便移动该呼吸器的轮子15。当第二报警器13报警，发生危险状况时，人们可以及时将呼吸头套10戴在头上，鼻孔与吸气管20对应，可从空气室16中吸入空气，嘴与呼气管12对应，则呼出的气体进入富氧气室19，富氧气室19与空气室16通过隔层18进行气体交换，如此便可以为被困人员及时提供氧气，防止窒息情况的发生，给救援提供了充足的时间。

如图1所示：一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统还包括瓦斯抑爆系统，为提高煤矿的采煤效率，有效防治瓦斯爆炸，瓦斯抑爆系统安装于有气体和粉尘爆炸危险的场所，当出现火源(如摩擦火花、撞击火花、静电火花、电气火花、内因火灾、外因火灾等)或发生爆炸事故时，由紫外火焰传感器及时探测到火源或爆炸火焰信号，通过控制器向抑爆器输出触发电平，迅速喷射出灭火剂，扑灭火源或爆炸火焰，将爆炸抑制在始发阶段或起到阻断爆炸范围进一步扩大的作用。成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素。常规或单一的瓦斯灾害防治技术已不能满足煤矿高效安全生产的需要，强化瓦斯抽采才是防止瓦斯灾害事故最有效的根本途径。但是针对我国煤层赋存条件复杂，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用抽采率低下抽采效果不明显瓦斯事故仍时有发生。

瓦斯抑爆系统是利用军工技术应用于瓦斯预防治理领域的先进灭火技术。将这种技术移植应用于瓦斯预防治理领域的“瓦斯抑爆系统”，瓦斯爆炸时间很快，利用这一技术将瓦斯爆炸苗头抑制在爆炸之前。紫外火焰传感器将摄取的火焰信号传送到控制器然后再控制抑爆器将干粉喷射到有火焰的区域，将火焰扑灭，有效防止了瓦斯爆炸。整个反应时间不会超过15ms抑爆器内充装有ABC超细(纳米级)干粉灭火剂。抑爆器的燃气发生器为电点火启动。装置中抑爆器内充装高效ABC超细(纳米级)干粉灭火剂。超细灭火粒子由于表面积大，活性高，受热分解速度快，捕获自由基能力强，故灭火效能急剧提高能在空气中悬浮数分钟，形成相对稳定的冷气溶胶，不仅灭火效能很高，且使用方法也完全不同于一般传统干粉灭火剂，超细干粉灭火剂可以长时间悬浮，它能类似气体释放并能绕过障碍物，散布到各个角落，在相对封闭的空间实现全淹没式灭火。因干粉灭火时粉体沉降后的物理覆盖特点，又能实现大空间内(或开放场所)局部淹没方式灭火。

抑爆器中的燃气发生器为电点火启动。燃气发生器启动后在壳体内充压，当壳体内达到一定压力后，干粉灭火剂被高压燃气推出壳体，按照预定方向射向火场。与传统的氮气驱动的干粉灭火剂相比，燃气型干粉灭火装置喷放的动能大、喷射距离远、灭火效率高、使用寿命长、且不受干粉受潮结块的影响。

紫外火焰传感器，采用军工技术，反应速度在5ms之内。比传统的传感器反应速度快几百倍甚至几千倍。其具有以下特点：安全：装置中抑爆器内无储压，安全可靠；快速：快速灭火，整个装置灭火时间小于15ms；简捷：无管网、无阀门、系统简单、安装方便；存放：贮存期长，干粉灭火剂的使用寿命可达5年以上；环保：无污染，无次生灾害，环保产品。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，该高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统包括：水平井、操作台、第一报警器、泵、管道、控制器、瓦斯传感器、电源箱、瓦斯泄露紧急呼吸器、瓦斯抑爆装置；

所述瓦斯抑爆装置包括至少一个紫外火焰传感器和抑爆器，所述的紫外火焰传感器与控制器的输入端相连，所述的抑爆器与控制器的输出端相连；所述的抑爆器包括一个壳体，内部充装有ABC超细干粉灭火剂壳体内并且设有与控制器输出端的电触发机构相连的燃气发生器；

所述瓦斯泄露紧急呼吸器设有一个筒状的换气箱，换气箱的中间设有一个可进行气体交换的隔层，隔层将换气箱分隔成空气室和富氧气室，空气室的上部连接着吸气管，连接处设有单向阀Ⅰ，富氧气室的上部连接着呼气管，连接处设有单向阀Ⅱ，吸气管及呼气管分别与呼吸头套相连通；

操作台和泵均安装在地面上，操作台与泵相连接，第一报警器安装在操作台，泵的输出端通过管道与水平井连通，水平井设置在地下；管道与水平井的连接处安装有控制器，控制器的输出端与瓦斯传感器相连接，瓦斯传感器设置在水平井内，控制器的输入端与电源箱相连接，电源箱安装在管道内。

2.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述的管道包括：表层套管、技术套管、尾管悬挂器、组合套管；

管道的表面设置有表层套管，管道的入口端设置有尾管悬挂器，管道内设置有贯通管道的技术套管，技术套管的手段与泵相连通，技术套管的末端与水平井的井口相连通，管道与水平井的连接处设置有组合套管。

3.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述泵为真空泵；所述的真空泵包括：第一泵体、第二泵体、真空阀门、输气管、截止阀、真空表；

所述第一泵体的进口与真空阀门连接，真空阀门与第二泵体的出口连接，输气管与第二泵体的进口连接，输气管上装截止阀和真空表，真空表的信号输出端与第二泵体的控制端相连通。

4.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述控制器采用PLC可编程控制器；所述的PLC可编程控制器包括人机交互处理器和PLC控制处理器，人机交互处理器和PLC控制处理器之间通过CAN总线连接；

PLC控制处理器上设置有输出和接受信号的输出接口和输入接口；

人机交互处理器上还连接有用于远程控制和远程输入的以太网接口和与其他设备进行通讯的人机CAN总线接口；

PLC控制处理器连接有与其他设备连接的RS485接口；

PLC控制处理器上安装有进行信号分配的信号分配器和控制阀门，信号分配器至少有3个或3个以上串联在一起。

5.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述瓦斯传感器固定于所述管道末端。

6.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述电源箱固定于所述管道上，内部存放可充电锂电池。

7.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统还包括连接线，操作台通过连接线与泵相连接。

8.如权利要求1所述的高瓦斯煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于，所述换气箱的侧面设有第二报警器和压力表，所述第二报警器与操作台连接，所述换气箱的底部设有轮子。