CN206132639U - 一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，包括实验台装置和视频监测终端，实验台装置包括实验台骨架、桩承台和透明巷道模拟模块，透明巷道模拟模块上设置有开关阀、风机和执行机构，透明巷道模拟模块内设置有传感器组件，传感器组件和开关阀的数量均为多个；执行机构包括依次安装在输送管上的烟气发生器、第一流量计、烟气开关、加热器和第二流量计；桩承台包括多个支桩，支桩包括伸缩支架、云台和卡扣环；视频监测终端包括操作主机、数据采集器和多个高速摄像机，操作主机的输出端接有云台驱动模块。本实用新型可通过多个高速摄像机全方位的监测透明模拟矿井巷道通风量、冒顶现象和烟气产生速率的变化对烟气蔓延的影响。

Description

一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统

技术领域

本实用新型属于矿井热动力灾害模拟技术领域，具体涉及一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统。

背景技术

近年来，我国煤矿事故数量呈下降趋势，小型事故得到了有效控制。但重特大事故仍然较多，尤其是矿井热动力灾害(火灾或瓦斯爆炸)事故较为严重，其发生数量及致死人数占到特重大事故的50％以上。而且，单次事故的致死人数大，事故后果严重。热动力灾害往往会产生大量高温有害气体，造成井下巷道通风系统紊乱，致使高浓度烟气在井下灾区及相连巷道蔓延传播，极大地降低井下某些区域巷道可见度，严重影响遇险矿工的逃生以及救援人员的搜救工作。然而，由于热动力灾害的特殊性，目前我国对煤矿热动力灾害有害烟气蔓延扩散的研究，主要通过数值模拟来实现，无法采用实验手段来研究井下某一位置发生热动力灾害后，有害烟气蔓延扩散的规律和特点。因此，现如今缺少一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，模拟矿井巷道通风量、冒顶程度和烟气产生速率的变化对热动力灾害烟气蔓延规律的影响，为具体矿井热动力灾害应急预案的制定、热动力灾害的应急演练，以及矿井热动力灾害救援的指挥决策，提供可靠的理论和技术支持。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其设计新颖合理，可通过多个高速摄像机全方位的监测透明模拟矿井巷道通风量、冒顶现象和烟气产生速率的变化对烟气蔓延的影响，具有参考和指导功能，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：包括用于模拟矿井热动力灾害烟气蔓延的实验台装置和用于监测所述实验台装置烟气蔓延视频的视频监测终端，所述实验台装置包括实验台骨架、设置在实验台骨架内的桩承台和安装在所述桩承台上的透明巷道模拟模块，所述透明巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀、用于模拟矿井通风设施的风机和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构，所述透明巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的传感器组件，传感器组件和开关阀的数量均为多个；执行机构包括输送管以及依次安装在输送管上的烟气发生器、第一流量计、烟气开关、加热器和第二流量计；所述桩承台包括多个支桩，支桩包括伸缩支架、安装在伸缩支架上的云台和安装在云台上用于锁紧透明巷道模拟模块的卡扣环；所述视频监测终端包括操作主机和与操作主机相接用于处理传感器组件采集数据的数据采集器，以及多个设置在实验台骨架外用于采集所述透明巷道模拟模块内烟气蔓延视频数据且均与操作主机输入端相接的高速摄像机，操作主机的输出端接有用于调节云台转动方位的云台驱动模块，云台驱动模块的数量为多个且与多个云台一一对应，风机、开关阀和烟气发生器均与操作主机的输出端相接且由操作主机控制。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述透明巷道模拟模块包括模拟主井巷道、与模拟主井巷道相平行的模拟副井巷道、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道，模拟主井巷道、模拟副井巷道、主回风巷道、所述模拟采区巷道和运输大巷道通过联络巷道相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道、工作面回风巷道和工作面回风巷道，运输大巷道与工作面巷道相平行设置且与工作面回风巷道和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道的数量为多个，风机安装在主回风巷道上，所述模拟主井巷道、模拟副井巷道、主回风巷道、所述模拟采区巷道、运输大巷道和联络巷道均由多个透明节管拼接而成，多个透明节管之间均通过快速接头连接。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述透明节管为耐高温透明钢化玻璃节管，所述实验台骨架为立方体钢架。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述操作主机通过通信模块与数据采集器相接，所述通信模块包括与数据采集器相接的第一通信模块和与操作主机相接的第二通信模块，第一通信模块和第二通信模块均为有线通信模块或无线通信模块。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述桩承台还包括多个供伸缩支架安装的桩基，所述桩基的数量大于伸缩支架的数量，所述伸缩支架的侧壁上沿伸缩支架的长度方向上依次设置有多个用于固定云台的安装孔。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述高速摄像机的数量为五个，五个高速摄像机分别布设在所述立方体钢架除底面的另外五个面外侧且用于全方位采集矿井热动力灾害烟气蔓延视频数据。

上述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述传感器组件包括感知所述透明巷道模拟模块内气压的压力传感器、检测所述透明巷道模拟模块内能见度的能见度传感器、检测所述透明巷道模拟模块内风速的风速传感器和感知所述透明巷道模拟模块内温度参数的温度传感器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型设计新颖合理，根据某一矿井的实际巷道布置和通风情况，采用物理相似原理按照一定比例搭建，更加贴近真实巷道和灾变情况，针对矿井内灾害的传播过程做实时监控，获取可靠数据，并可借助高速摄像机与操作主机结合的方式进行视频数据分析，更加科学准确地掌握多种情况下全矿井范围内热动力灾害烟气蔓延的演化规律，有利于对矿井热动力灾害的预防、应急预案的编制和救援工作的开展具有很好的参考和指导意义，便于推广使用。

2、本实用新型通过多个支桩组成桩承台，其中，桩承台中的每个支桩均采用伸缩支架安装云台的形式，可自由旋转调节透明巷道模拟模块的倾角和位置，模拟真实的矿井煤层巷道环境，每个支桩均采用卡扣环将透明巷道模拟模块固定好，便于推广使用。

3、本实用新型每类巷道均以快速接头的方式连接，气密性良好。

4、本实用新型通过风机风量、开关阀开度以及烟气发生器安装位置和烟气输出量的任意组合，确定烟气蔓延路径，同时采用高速摄像机记录烟气蔓延的全过程，采用传感器组件记录透明巷道模拟模块的关键参数，为了保证采集的信息传输的稳定性和可靠性，所有传感器采集到的信息将通过无线或有线的方式实时传输到操作主机，实现模拟热动力灾害发生后多种可能情况下的可视化全矿井热动力灾害烟气蔓延变化过程。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，其设计新颖合理，可通过多个高速摄像机全方位的监测透明模拟矿井巷道通风量、冒顶现象和烟气产生速率的变化对烟气蔓延的影响，具有参考和指导功能，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型支桩的结构示意图。

图3为本实用新型执行机构的结构示意图。

图4为本实用新型视频监测终端、传感器组件、风机、开关阀和烟气发生器的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—实验台骨架； 2—支桩； 2-1—伸缩支架；

2-2—安装孔； 2-3—云台； 2-4—卡扣环；

2-5—云台驱动模块； 3-1—工作面巷道； 3-2—工作面回风巷道；

3-3—模拟副井巷道； 3-4—模拟主井巷道； 3-5—运输大巷道；

3-6—快速接头； 3-7—联络巷道； 3-8—主回风巷道；

4—传感器组件； 4-1—压力传感器； 4-2—能见度传感器；

4-3—风速传感器； 4-4—温度传感器； 5—风机；

6—开关阀； 7—执行机构； 7-1—输送管；

7-2—烟气发生器； 7-3—第一流量计； 7-4—烟气开关；

7-5—加热器； 7-6—第二流量计； 8—数据采集器；

9—第一通信模块； 10—第二通信模块； 11—操作主机；

12—高速摄像机。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括用于模拟矿井热动力灾害烟气蔓延的实验台装置和用于监测所述实验台装置烟气蔓延视频的视频监测终端，所述实验台装置包括实验台骨架1、设置在实验台骨架1内的桩承台和安装在所述桩承台上的透明巷道模拟模块，所述透明巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀6、用于模拟矿井通风设施的风机5和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构7，所述透明巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的传感器组件4，传感器组件4和开关阀6的数量均为多个；执行机构7包括输送管7-1以及依次安装在输送管7-1上的烟气发生器7-2、第一流量计7-3、烟气开关7-4、加热器7-5和第二流量计7-6；所述桩承台包括多个支桩2，支桩2包括伸缩支架2-1、安装在伸缩支架2-1上的云台2-3和安装在云台2-3上用于锁紧透明巷道模拟模块的卡扣环2-4；所述视频监测终端包括操作主机11和与操作主机11相接用于处理传感器组件4采集数据的数据采集器8，以及多个设置在实验台骨架1外用于采集所述透明巷道模拟模块内烟气蔓延视频数据且均与操作主机11输入端相接的高速摄像机12，操作主机11的输出端接有用于调节云台2-3转动方位的云台驱动模块2-5，云台驱动模块2-5的数量为多个且与多个云台2-3一一对应，风机5、开关阀6和烟气发生器7-2均与操作主机11的输出端相接且由操作主机11控制。

需要说明的是，执行机构7的位置可选，通过确定执行机构7的位置向所述透明巷道模拟模块涌入烟气，当涌入烟气时，打开烟气开关7-4，通过第一流量计7-3记录烟气发生器7-2输出的烟气量，可通过操作主机11控制烟气发生器7-2不同速度涌出烟气的情况，通过是否使用加热器7-5对烟气加热，可以模拟有源火灾和无源火灾情况下的热动力灾害烟气蔓延的变化过程，有源火灾为灾变后有持续火源存在，持续产生热效应和烟气的情况，使用加热器7-5持续对烟气加热时模拟有源火灾发生的情况，无源火灾为灾变后不存在持续火源，没有热效应和持续烟气的情况。

如图1所示，本实施例中，所述透明巷道模拟模块包括模拟主井巷道3-4、与模拟主井巷道3-4相平行的模拟副井巷道3-3、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道3-8和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道3-5，模拟主井巷道3-4、模拟副井巷道3-3、主回风巷道3-8、所述模拟采区巷道和运输大巷道3-5通过联络巷道3-7相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道3-1、工作面回风巷道3-2和工作面回风巷道，运输大巷道3-5与工作面巷道3-1相平行设置且与工作面回风巷道3-2和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道3-5的数量为多个，风机5安装在主回风巷道3-8上，所述模拟主井巷道3-4、模拟副井巷道3-3、主回风巷道3-8、所述模拟采区巷道、运输大巷道3-5和联络巷道3-7均由多个透明节管拼接而成，多个透明节管之间均通过快速接头3-6连接。

本实施例中，所述透明节管为耐高温透明钢化玻璃节管，所述实验台骨架1为立方体钢架。

如图4所示，本实施例中，所述操作主机11通过通信模块与数据采集器8相接，所述通信模块包括与数据采集器8相接的第一通信模块9和与操作主机11相接的第二通信模块10，第一通信模块9和第二通信模块10均为有线通信模块或无线通信模块。

实际使用时，当第一通信模块9和第二通信模块10均采用有线通信模块时，数据传输稳定；当第一通信模块9和第二通信模块10均采用无线通信模块时，布线简单，数据传输方便，数据结果对矿井热动力灾害的预防、应急预案的编制和救援工作的开展具有很好的参考和指导意义。

如图1所示，本实施例中，所述桩承台还包括多个供伸缩支架2-1安装的桩基，所述桩基的数量大于伸缩支架2-1的数量，所述伸缩支架2-1的侧壁上沿伸缩支架2-1的长度方向上依次设置有多个用于固定云台2-3的安装孔2-2。

本实施例中，在立方体钢架内底部设置阵列式桩基，用于固定伸缩支架2-1，实际使用根据某一矿井的实际环境，考察其煤层、方位、倾斜角和规模，选择合适的桩基位置安装伸缩支架2-1，安装方便，拆卸便捷，可重复使用，根据实际矿井的情况调节每个伸缩支架2-1的高度并通过实验控制终端调整安装在伸缩支架2-1上的云台旋转角度，实现模拟煤层巷道的倾斜的调整，其中，安装孔2-2便于云台2-3固定，卡扣环2-4锁紧透明巷道模拟模块。

本实施例中，所述高速摄像机12的数量为五个，五个高速摄像机12分别布设在所述立方体钢架除底面的另外五个面外侧且用于全方位采集矿井热动力灾害烟气蔓延视频数据。

如图4所示，本实施例中，所述传感器组件4包括感知所述透明巷道模拟模块内气压的压力传感器4-1、检测所述透明巷道模拟模块内能见度的能见度传感器4-2、检测所述透明巷道模拟模块内风速的风速传感器4-3和感知所述透明巷道模拟模块内温度参数的温度传感器4-4。

实际使用中，传感器组件4中的能见度传感器4-2为烟气蔓延的判定依据提供数据支持，能见度传感器4-2可实时监测所述透明巷道模拟模块内实际的能见度，提供能见度表来判定烟气蔓延的范围及程度，实际可已将能见度划分为五个等级，五个能见度等级分为一级能见度等级、二级能见度等级、三级能见度等级、四级能见度等级和五级能见度等级，所述一级能见度等级为安全等级，所述二级能见度等级为较安全等级，所述三级能见度等级为一般安全等级，所述四级能见度等级为较危险等级，所述五级能见度等级为危险等级，五个能见度等级均设置距离阈值；实际还可已将能见度划分为更为细致的等级，且各等级的具体阈值，将通过现场调研和专家咨询来确定；通过这种等级划分，就可以判定井下被监测巷道位置处烟气波及到的时间和程度，以及井下任意时刻烟气的波及范围。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：包括用于模拟矿井热动力灾害烟气蔓延的实验台装置和用于监测所述实验台装置烟气蔓延视频的视频监测终端，所述实验台装置包括实验台骨架(1)、设置在实验台骨架(1)内的桩承台和安装在所述桩承台上的透明巷道模拟模块，所述透明巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀(6)、用于模拟矿井通风设施的风机(5)和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构(7)，所述透明巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的传感器组件(4)，传感器组件(4)和开关阀(6)的数量均为多个；执行机构(7)包括输送管(7-1)以及依次安装在输送管(7-1)上的烟气发生器(7-2)、第一流量计(7-3)、烟气开关(7-4)、加热器(7-5)和第二流量计(7-6)；所述桩承台包括多个支桩(2)，支桩(2)包括伸缩支架(2-1)、安装在伸缩支架(2-1)上的云台(2-3)和安装在云台(2-3)上用于锁紧透明巷道模拟模块的卡扣环(2-4)；所述视频监测终端包括操作主机(11)和与操作主机(11)相接用于处理传感器组件(4)采集数据的数据采集器(8)，以及多个设置在实验台骨架(1)外用于采集所述透明巷道模拟模块内烟气蔓延视频数据且均与操作主机(11)输入端相接的高速摄像机(12)，操作主机(11)的输出端接有用于调节云台(2-3)转动方位的云台驱动模块(2-5)，云台驱动模块(2-5)的数量为多个且与多个云台(2-3)一一对应，风机(5)、开关阀(6)和烟气发生器(7-2)均与操作主机(11)的输出端相接且由操作主机(11)控制。

2.按照权利要求1所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述透明巷道模拟模块包括模拟主井巷道(3-4)、与模拟主井巷道(3-4)相平行的模拟副井巷道(3-3)、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道(3-8)和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道(3-5)，模拟主井巷道(3-4)、模拟副井巷道(3-3)、主回风巷道(3-8)、所述模拟采区巷道和运输大巷道(3-5)通过联络巷道(3-7)相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道(3-1)、工作面回风巷道(3-2)和工作面回风巷道，运输大巷道(3-5)与工作面巷道(3-1)相平行设置且与工作面回风巷道(3-2)和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道(3-5)的数量为多个，风机(5)安装在主回风巷道(3-8)上，所述模拟主井巷道(3-4)、模拟副井巷道(3-3)、主回风巷道(3-8)、所述模拟采区巷道、运输大巷道(3-5)和联络巷道(3-7)均由多个透明节管拼接而成，多个透明节管之间均通过快速接头(3-6)连接。

3.按照权利要求2所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述透明节管为耐高温透明钢化玻璃节管，所述实验台骨架(1)为立方体钢架。

4.按照权利要求2所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述操作主机(11)通过通信模块与数据采集器(8)相接，所述通信模块包括与数据采集器(8)相接的第一通信模块(9)和与操作主机(11)相接的第二通信模块(10)，第一通信模块(9)和第二通信模块(10)均为有线通信模块或无线通信模块。

5.按照权利要求2所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述桩承台还包括多个供伸缩支架(2-1)安装的桩基，所述桩基的数量大于伸缩支架(2-1)的数量，所述伸缩支架(2-1)的侧壁上沿伸缩支架(2-1)的长度方向上依次设置有多个用于固定云台(2-3)的安装孔(2-2)。

6.按照权利要求3所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述高速摄像机(12)的数量为五个，五个高速摄像机(12)分别布设在所述立方体钢架除底面的另外五个面外侧且用于全方位采集矿井热动力灾害烟气蔓延视频数据。

7.按照权利要求2所述的一种矿井热动力灾害烟气蔓延视频监测系统，其特征在于：所述传感器组件(4)包括感知所述透明巷道模拟模块内气压的压力传感器(4-1)、检测所述透明巷道模拟模块内能见度的能见度传感器(4-2)、检测所述透明巷道模拟模块内风速的风速传感器(4-3)和感知所述透明巷道模拟模块内温度参数的温度传感器(4-4)。