CN210422693U - 一种煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及煤矿开采领域。目的是提供一种灵活性强、预警度高、安全性好的煤矿掘进面预防瓦斯爆炸装置，包括监控主机、监控分机、通风装置、断电装置和移动装置；所述监控主机为布设在地面上的用于数据分析与预测的上位监控机；所述监控分机为具有瓦斯浓度监测、氧气浓度监测、数据通信和警报功能的瓦斯监测报警仪；所述监控分机背面固定在跟随煤矿掘进工作面移动的移动装置上；所述通风装置安装在掘进巷道口；所述断电装置安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端。本实用新型使用方便，灵活性强，通过数据监测和模拟提前预警，并采取断电和调整进风的措施控制险情，更加保障了煤矿掘进的安全性。

Description

一种煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置

技术领域

本实用新型属于煤矿开采领域，具体涉及煤矿开采时，煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置的改进。

背景技术

煤矿瓦斯是指古代植物在成煤过程中生成的大量气体，又称煤层气。腐植型的有机质，被细菌分解，可生成瓦斯；其后随着沉积物埋藏深度增加，在漫长的地质年代中，由于煤层经受高温、高压的作用，进入煤的碳化变质阶段，煤中挥发分减少，固定碳增加，又生成大量瓦斯，保存在煤层或岩层的孔隙和裂隙内，在煤矿掘进过程中，瓦斯可能会缓慢渗透或突然喷出，瓦斯为无色无味气体，浓度高于55％会引发窒息，有高温火源和充足氧情况下会引发链锁反应式爆炸，具有隐蔽性强，危险度高的特点。

现有技术一般是在煤矿挖掘的巷道中大量定点布置瓦斯感应器，通过监控中心实时监控感应器传达的数据进行瓦斯防爆工作。但随着煤矿掘进工作的进行，必须重新在煤矿掘进工作面附近布置瓦斯感应装置，耗时耗力；并且，现有技术方案因为仅具有警报功能，遇到险情时，无法与区域电源和通风设备间联动，无法及时切断区域电源或开启通风装置，无法及时控制险情；另外，现有技术虽然对瓦斯浓度进行了实时监测，但响起警报时，瓦斯浓度已经达到了危险临界，若人员过于密集或瓦斯浓度上升过快可能导致不能及时将所有人员全部撤离，因此现有技术存在预警性不够强的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种灵活度高、安全性好、预警性强的煤矿掘进面预防瓦斯爆炸装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：包括监控主机、监控分机、通风装置、断电装置和移动装置；所述监控主机为布设在地面上的用于数据分析与预测的上位监控机；所述监控分机为具有瓦斯浓度监测、氧气浓度监测、数据通信和警报功能的瓦斯监控报警仪；所述监控分机背面固定在跟随煤矿掘进工作面移动的移动装置上；所述通风装置安装在掘进巷道口；所述断电装置安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端。

优选的：所述监控分机内部设有喇叭、信号处理器、无线收发终端和电池模块；所述监控分机正面的外表面设有警报灯、对应喇叭的喇叭孔、瓦斯浓度传感器、瓦斯浓度指示灯、氧气浓度传感器和氧气浓度指示灯；所述电池模块分别与喇叭、信号处理器、无线收发终端、警报灯、瓦斯浓度传感器、瓦斯浓度指示灯、氧气浓度传感器和氧气浓度指示灯电性连接；所述瓦斯浓度传感器、氧气浓度传感器通过无线通信以一定频率发送数据给信号处理器；所述信号处理器分别与氧气浓度指示灯、瓦斯浓度指示灯、警报灯和喇叭信号连接；所述信号处理器6有线通信连接有无线收发终端；所述无线收发终端与监控主机通过无线通信进行数据交互。

优选的：所述移动装置包括顶板，顶板的固定连接有导轨，所述导轨的两侧设有导轨槽，所述导轨槽内均设置有滚轮；滚轮分别通过第一转轴和第二转轴连接竖向连接杆和承载板；竖向连接杆和承载板下端固定于底板上；底板上固定有电机，电机驱动两滚轮同步滚动；所述监控分机背面固定在所述承载板上。

优选的：所述电机为步进电机，其输出轴上设置蜗轮，与蜗轮相配的蜗杆两端均连接有第一齿轮，第一齿轮通过链条与固定在第一转轴和第二转轴上的第二齿轮连接。

优选的：所述断电装置包括断路器和第一无线信号接收器，无线信号接收器与断路器信号连接，断路器安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端。

优选的：所述通风装置包括局部通风机和第二无线信号接收器，无线信号接收器与局部通风机信号连接，所述局部通风机设有风量调节装置。

优选的：所述瓦斯浓度指示灯、氧气浓度指示灯为三色指示灯，分别有安全色、警戒色、危险色三种颜色。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的监控分机能通过移动装置跟随掘进工作面的推进而移动，避免反复重新安装传感器，节约成本，灵活度高；本实用新型监控分机通过无线信号控制通风装置和断电装置，在险情发生时，能及时切断相关区域全部非本质安全型电气设备的电源，避免电气设备工作时的电火花引发爆炸，还能及时调节通风装置增加进风量，降低掘进面瓦斯浓度；本实用新型还通过监控主机的数据预测功能进行瓦斯浓度变化趋势预测，从而能发出提前预警，使相关人员及时有序撤离，给险情应对留出充足的缓冲时间。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为监控分机的移动装置结构正视图；

图3为监控分机的正视图。

图中：1-监控主机、2-监控分机、3-通风装置、4-断电装置、5-喇叭、6-信号处理器、7-无线收发终端、8-警报灯、9-喇叭孔、10-瓦斯浓度传感器、11-瓦斯浓度指示灯、12-氧气浓度传感器、13-氧气浓度指示灯、14-顶板、15-导轨、16-导轨槽、17-滚轮、18-第一转轴、19-竖向连接杆、20-输出轴、21-链条、22-电机、23-底板、24-第二转轴、25-承载板、26-蜗杆。

具体实施方式

参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：包括监控主机1、监控分机2、通风装置3、断电装置4和移动装置；

所述监控主机1为布设在地面上的用于数据分析与预测的上位监控机。该上位监控机可以通过应用时间序列预测模型或灰色预测模型进行瓦斯浓度变化趋势模拟。若煤矿处于平稳运行一段时间的阶段，则将煤矿掘进工作面对瓦斯浓度和氧气浓度的历史监控数据和实时监测的监控数据导入时间序列，监控主机1从该时间序列所反映出来的发展过程、方向和趋势，进行类推或延伸，借以预测下一段时间煤矿掘进工作面瓦斯浓度内可能达到的水平。若煤矿掘进处于复杂施工环境，周遭影响因素多而杂，则可应用灰色预测模型。灰色预测是一种对含有不确定因素的系统进行预测的方法。处于复杂施工环境下的煤矿掘进面的瓦斯浓度影响因素无法确定量化，可以认为是灰色系统。灰色预测通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成有较强规律性的数据序列，然后建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来发展趋势的状况。监控主机1用等时距观测到的瓦斯浓度监测数据构造灰色预测模型，预测未来某一时刻的瓦斯浓度，或达到瓦斯浓度危险限界的时间，或氧气浓度降低至危险警戒线的时间，从而为提前预警提供依据。

所述监控分机2为具有瓦斯浓度监测、氧气浓度监测、数据通信和警报功能的瓦斯监测报警仪。该报警仪是在现有瓦斯监测报警仪的基础上进行改进，如市场上CJY－4/25B型甲烷－氧气两用检测报警仪、MIC-600-CH4甲烷检测仪等，现有报警仪一般设有可视化显示屏，且没有远程数据收发的功能，而本实用新型监控分机2固定在移动装置上，移动装置安装在掘进巷顶部的顶板上，所以将可视化显示屏改进为相应浓度指示灯，更加直观表现环境浓度是否安全，并且整合了无线通信功能，使报警仪能与监控主机1、通风装置3、断电装置4之间进行信息流通和功能协作。

所述监控分机2背面固定在跟随煤矿掘进工作面移动的移动装置上，从而能跟随煤矿掘进工作面推进进度进行实时瓦斯浓度监测；所述监控主机1与监控分机2通过无线通信进行数据交互，监控分机将监测数据发送给监控主机，监控主机将预测结果、报警指令、区域广播等命令以数据形式发送给监控分机；所述监控分机2通过无线通信控制通风装置3和断电装置4，从而能在得到相关指令后进行加大通风风量和断电的操作，及时控制险情。

所述通风装置3安装在掘进巷道口。煤矿在开采过程中，为了形成回采工作面，需要掘进一条进风巷和回风巷，但由于煤矿掘进过程中，没有形成回风，掘进工作面所在的掘进巷空气污浊，氧气含量较低，工作人员难以呼吸到新鲜空气，另外还由于掘进过程中渗出的瓦斯容易引发爆炸，所以通过在掘进工作面所在的掘进巷的巷口设立通风装置进行送风，从而送入新鲜空气，降低瓦斯含量，保障生产安全。所述通风装置3可以是受无线信号控制的局部送风机，也可以是带调节风门的风筒。

所述断电装置4安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端，从而能在瓦斯超限时，及时切断非本质安全型电气设备的电源，避免设备工作的电火花引起瓦斯爆炸。所述断电装置4可以是受无线信号控制的断路器，也可以是受无线信号控制的馈电开关。

所述监控分机2内部设有喇叭5、信号处理器6、无线收发终端7和电池模块；所述监控分机2正面的外表面设有警报灯8、对应喇叭5的喇叭孔9、瓦斯浓度传感器10、瓦斯浓度指示灯11、氧气浓度传感器12和氧气浓度指示灯13，瓦斯传感器10和氧气浓度传感器12能实时监测周围区域的瓦斯浓度和氧气浓度，瓦斯浓度指示灯11和氧气浓度指示灯13能通过指示灯不同的颜色直观告诉区域人员周围的氧气浓度和瓦斯浓度是否正常，警示灯8能发出警报提示相关人员撤离，喇叭5通过喇叭孔9可以播报警示语或传达由监控主机发来的语音播报指示，协助人员撤离或救灾。

所述电池模块与喇叭5、信号处理器6、无线收发终端7、警报灯8、瓦斯浓度传感器10、瓦斯浓度指示灯11、氧气浓度传感器12和氧气浓度指示灯13电性连接，从而保障各个部件的正常运转。

所述瓦斯浓度传感器10、氧气浓度传感器12通过无线通信以一定频率发送数据给信号处理器6；所述信号处理器6与氧气浓度指示灯13、瓦斯浓度指示灯11、警报灯8和喇叭5信号连接。所述信号处理器6有线通信连接有无线收发终端7；所述无线收发终端7与监控主机1通过无线通信进行数据交互。信号处理器6将瓦斯浓度传感器10、氧气浓度传感器12的监测数据进行初步处理，判断瓦斯浓度和氧气浓度是否达到警戒线，从而传达给氧气浓度指示灯13和瓦斯浓度指示灯11使之发出对应颜色的光，然后信号处理器6将数据发送给无线收发终端7，无线收发终端7将数据发送给监控主机1，监控主机1进行数据处理和预测后将结果通过无线收发终端7传达给信号处理器6，信号处理器6将相应命令传达给氧气浓度指示灯13、瓦斯浓度指示灯11、警报灯8和喇叭5，执行相关警示操作或语音播报。

所述移动装置包括顶板14，顶板14的固定连接有导轨15，所述导轨15的两侧设有导轨槽16，所述导轨槽16两侧内均设置有滚轮17；滚轮17分别通过第一转轴18和第二转轴24连接竖向连接杆19和承载板25；竖向连接杆19和承载板25下端固定底板23；底板23上固定有电机22，电机22驱动两滚轮17同步滚动；所述监控分机2背面固定在所述承载板25上。该结构顶板设在掘进巷的顶端，通过延伸顶板和导轨，该移动装置可以跟随掘进工作面推进而移动，从而完成监控分机2对掘进工作面瓦斯浓度和氧气浓度的实时监测。

所述电机22为步进电机，其输出轴20上设置蜗轮，与蜗轮相配的蜗杆26两端均连接有第一齿轮，第一齿轮通过链条21与固定在第一转轴18和第二转轴24上的第二齿轮连接。电机22工作给输出轴20提供转动力，通过蜗轮带动蜗杆26自转，蜗杆26通过两端的第一齿轮和链条21带动第一转轴18和第二转轴24上的第二齿轮转动，从而使第一转轴18和第二转轴24转动，最终实现两滚轮17同步滚动。滚轮17在导轨槽16中滚动，带动底板23和承载板25在掘进巷道中移动，保证了监控分机2对掘进工作面的位置同步。

为了更好地完成断电操作，更好的实施方式是：所述断电装置4包括断路器和无线信号接收器，无线信号接收器与断路器信号连接，断路器安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端，并连接上述电气设备的电路。这样断路器就作为一个电路开关安装在相关电气设备的电路上，通过接收无线信号接通或断开电路，从而配合监控分机2完成相应指令。

为了更好地调节掘进巷通风，更好的实施方式是：所述通风装置3包括局部通风机和无线信号接收器，无线信号接收器与局部通风机信号连接，所述局部通风机设有风量调节装置。瓦斯浓度处于警戒状态或超限时，局部通风机可以通过接收无线信号加大通风量，从进风巷推送更多新鲜空气进掘进巷，降低瓦斯浓度。

为了更直观地显示掘进面工作巷瓦斯浓度和氧气浓度是否处于安全范围，更好的实施方式是：所述瓦斯浓度指示灯11、氧气浓度指示灯13为三色指示灯，分别有安全色、警戒色、危险色三种颜色。依据现有煤矿安全规范的要求，将掘进工作面瓦斯浓度超过0.8％时，定义为危险瓦斯浓度环境，此时瓦斯指示灯11显示为红色危险色；将掘进面瓦斯浓度低于0.8％时，但依据监控主机1预测结果，掘进面瓦斯浓度将会在预设安全撤离时间内升高至0.8％及以上，定义为警戒瓦斯浓度环境，此时瓦斯浓度指示灯11显示为黄色警戒色；若掘进工作面瓦斯浓度低于0.8％且监控主机1预测瓦斯浓度不会在预设安全撤离时间内超限，此时为安全瓦斯浓度环境，此时瓦斯浓度指示灯11显示为绿色安全色。依据规范，将氧气浓度低于20％作为危险限界，依据相同预警原理，氧气浓度指示灯13也具有红色危险色、黄色警戒色和绿色安全色三种颜色。

工作时，掘进工作面向更深处推进时，通过在掘进巷道顶端延长原有的顶板14和导轨15，电机22启动，其输出轴20上的蜗轮转动带动蜗杆26旋转，从而通过蜗杆26两端的第一齿轮和链条21带动第一转轴18和第二转轴24转动，两转动轴使两滚轮17同步滚动，使整个装置沿导轨向更深处移动，从而完成与掘进工作面的位置同步。到达推进后的掘进工作面后，电机22停止工作，装置停止移动，监控分机2开始工作。监控分机2上的瓦斯浓度传感器10和氧气浓度传感器12以一定频率监测周围的环境，并将监测数据发送给信号处理器6，信号处理器6将监测数据初步分析，判断瓦斯浓度和氧气浓度是否超限，同时向瓦斯浓度指示灯11和氧气浓度指示灯13发送相关指令显示对应颜色，此时仅显示绿色安全色或红色危险色；然后信号处理器6将监测数据发送给无线收发终端7，由无线收发终端7将监测数据发送给监控主机1；若瓦斯超限或氧气浓度过低，信号处理器6一边向警报灯8发出指令使警报灯闪烁，一边向喇叭5发送指令播报预设警报提示相关人员撤离，同时向无线收发终端7发出指令，无线收发终端7将指令传达给通风装置3和断电装置4，通风装置3开始加大通道送风量，断电装置4切断掘进工作全部非本质安全型电气设备的电源，完成对险情的控制；监控主机1收到监测数据后，进行分析和预测，若预测结果安全则将数据储存起来用于预测模型的修正；若预测结果显示掘进工作面瓦斯浓度会在预设安全撤离时间达到危险限界，或氧气浓度会在预设安全撤离时间降低至危险限界，则发送预警指令给无线收发终端7，无线收发终端7将命令传达给信号处理器6，信号处理器6发送信号给瓦斯浓度指示灯11或氧气浓度指示灯13，使之显示为黄色警戒色，同时信号处理器6按上述瓦斯超限或氧气浓度过低时情况进行相应处理；救灾指挥时，信号处理器6还可以通过无线收发终端7接收指挥人员用监控主机1发送的救灾指令，并通过喇叭5播报相应内容。

本实用新型的监控分机2能通过移动装置跟随掘进工作面的推进而移动，避免反复重新安装传感器，节约成本，灵活度高；本实用新型监控分机2通过无线信号控制通风装置3和断电装置4，在险情发生时，能及时切断相关区域全部非本质安全型电气设备的电源，避免电气设备工作时的电火花引发爆炸，还能及时调节通风装置3增加进风量，降低掘进面瓦斯浓度；本实用新型还通过监控主机1的数据预测功能进行瓦斯浓度变化趋势预测，从而能发出提前预警，使相关人员及时有序撤离，给险情应对留出充足的缓冲时间。本实用新型灵活度高、安全性好、预警性强，适用于煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸。

在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：包括监控主机(1)、监控分机(2)、通风装置(3)、断电装置(4)和移动装置；所述监控主机(1)为布设在地面上的用于数据分析与预测的上位监控机；所述监控分机(2)为具有瓦斯浓度监测、氧气浓度监测、数据通信和警报功能的瓦斯监测报警仪；所述监控分机(2)背面固定在跟随煤矿掘进工作面移动的移动装置上；所述监控主机(1)与监控分机(2)通过无线通信进行数据交互；所述监控分机(2)通过无线通信控制通风装置(3)和断电装置(4)；所述通风装置(3)安装在掘进巷道口；所述断电装置(4)安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端。

2.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述监控分机(2)内部设有喇叭(5)、信号处理器(6)、无线收发终端(7)和电池模块；所述监控分机正面的外表面设有警报灯(8)、对应喇叭(5)的喇叭孔(9)、瓦斯浓度传感器(10)、瓦斯浓度指示灯(11)、氧气浓度传感器(12)和氧气浓度指示灯(13)；所述电池模块分别与喇叭(5)、信号处理器(6)、无线收发终端(7)、警报灯(8)、瓦斯浓度传感器(10)、瓦斯浓度指示灯(11)、氧气浓度传感器(12)和氧气浓度指示灯(13)电性连接；所述瓦斯浓度传感器(10)、氧气浓度传感器(12)通过无线通信以一定频率发送数据给信号处理器(6)；所述信号处理器(6)分别与氧气浓度指示灯(13)、瓦斯浓度指示灯(11)、警报灯(8)和喇叭(5)信号连接；所述信号处理器(6)有线通信连接有无线收发终端(7)；所述无线收发终端(7)与监控主机(1)通过无线通信进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述移动装置包括顶板(14)，顶板(14)的固定连接有导轨(15)，所述导轨(15)的两侧设有导轨槽(16)，所述导轨槽(16)内均设置有滚轮(17)；滚轮(17)分别通过第一转轴(18)和第二转轴(24)连接竖向连接杆(19)和承载板(25)；竖向连接杆(19)和承载板(25)下端固定于底板(23)上；底板(23)上固定有电机(22)，电机(22)驱动两滚轮(17)同步滚动；所述监控分机(2)背面固定在所述承载板(25)上。

4.根据权利要求3所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述电机(22)为步进电机，其输出轴(20)上设置蜗轮，与蜗轮相配的蜗杆(26)两端均连接有第一齿轮，第一齿轮通过链条(21)与固定在第一转轴(18)和第二转轴(24)上的第二齿轮连接。

5.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述断电装置(4)包括断路器和第一无线信号接收器，无线信号接收器与断路器信号连接，断路器安装在掘进工作面全部非本质安全型电气设备的电源输出端。

6.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述通风装置(3)包括局部通风机和第二无线信号接收器，无线信号接收器与局部通风机信号连接，所述局部通风机设有风量调节装置。

7.根据权利要求2所述的煤矿掘进工作面预防瓦斯爆炸装置，其特征在于：所述瓦斯浓度指示灯(11)、氧气浓度指示灯(13)为三色指示灯，分别有安全色、警戒色、危险色三种颜色。

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