CN214748150U - 一种采空区煤自燃监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采空区煤自燃监测装置，包括金属壳体、卡设在金属壳体内的安装壳体、设置在安装壳体内的气室、用于将金属壳体外的气体抽取至气室内的抽气泵、设置在气室内的气体传感器模组、以及设置在安装壳体内的控制电路板、外界气压监测组件和温度传感器。本实用新型通过设置多种传感器检测采空区状态，将气体检测与温度和压力检测隔离开来，保证气体传感器模组探测区域的被测气体浓度，测量结果更加准确，同时，针对各种气体的特性，分别采用电化学、红外和激光传感器以达到灵敏度高、稳定性好和寿命长的要求，多种传感器运算后的数据皆为煤自燃预警提供重要的信息。

Description

一种采空区煤自燃监测装置

技术领域

本实用新型属于采空区煤自燃监测技术领域，具体涉及一种采空区煤自燃监测装置。

背景技术

随着矿井重组和数年来持续的开采，煤炭生产基地下方已形成大量的采空区。各种类型的矿井火灾时有发生，造成大量的直接或间接经济损失。为了防治矿井内因火灾，研究了此空区煤自燃特征信息无线传感器，及时监测井下采空区煤自燃指标性气体，为逃生和防治煤自燃争取宝贵的时间。现有的煤火预警措施比较分散单一，矿用束管检测系统、矿用分布式光纤测温系统和分级预警系统等不能有效的联通和播报预警，耽误了疏散逃生和灭火作业。煤自燃的防范和处理措施主要分为四部分：首先是检测预警阶段，及时连续的对标志气体检测、分析和汇总得出该片区煤层自燃发火的危险性；其次是要提高工作面煤炭回收率，降低遗煤量；若发现有煤自燃情况，应封堵隐患漏风通道，及时灌注封堵材料或喷涂堵漏材料；最终对遗煤区域针对性灌注相应防灭火材料。由此可见，前期掌握煤炭自燃情况，及时的识别、预断并采取有效的防治措施，对防灭火工作具有举足轻重的作用。矿井火灾是煤矿生产过程中最主要的灾害之一，内因火灾占据了矿井火灾的90％，每年会烧毁大量的煤炭资源和设备，大量的高温烟流和有害气体严重威胁井下人员的生命安全。因此煤火灾害的预防是必不可少的，在火灾形成初期，有效的进行预防和采取扑救措施，确保完成灭早、灭小、灭初期，防止引起瓦斯及煤尘爆炸等更严重的事故。目前采用单一的气体传感器或者人工巡检，人工巡检效率低下，不能实时的分析监测数据和及时上报预警。井下环境复杂，巡检的数量和质量难易确保。

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，提供一种采空区煤自燃监测装置，其结构简单，设计合理，实用性强，通过设置多种传感器检测采空区状态，将气体检测与温度和压力检测隔离开来，保证气体传感器模组探测区域的被测气体浓度，测量结果更加准确，同时，针对各种气体的特性，分别采用电化学、红外和激光传感器以达到灵敏度高、稳定性好和寿命长的要求，多种传感器运算后的数据皆为煤自燃预警提供重要的信息。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：包括金属壳体、卡设在金属壳体内的安装壳体、设置在安装壳体内的气室、用于将金属壳体外的气体抽取至气室内的抽气泵、设置在气室内的气体传感器模组、以及设置在安装壳体内的控制电路板、外界气压监测组件和温度传感器；

所述抽气泵的进气端通过抽气管与金属壳体外部连通，抽气管与外部连通的一端安装有第一烧结滤片和隔水透气膜，所述气室的底部设置有进气管，气室的顶部设置有出气管，抽气泵的出气端与进气管连接，出气管远离气室的一端与金属壳体外部连通且安装有第二烧结滤片；

所述外界气压监测组件包括设置在控制电路板上的外界气压传感器和连接在外界气压传感器探测端的延长管，延长管远离外界气压传感器的一端与金属壳体外部连通且安装有第三烧结滤片；

所述气体传感器模组设置在气体探测电路板上，所述气体传感器模组包括氢气传感器、一氧化碳传感器、甲烷气体传感器、以及用于检测氧气浓度的VCSEL激光器、用于检测乙烯浓度的第一DFB激光器和用于检测乙炔浓度的第二DFB激光器。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述VCSEL激光器、第一DFB激光器和第二DFB激光器均靠近气室底部布设。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述控制电路板上集成有微控制器和与微控制器连接且用于与中心服务器远程通信的无线通信模块。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述金属壳体外侧设置有通信天线，通信天线与无线通信模块连接。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述温度传感器为缆式线型感温传感器，所述缆式线型感温传感器的一端依次穿过金属壳体和安装壳体伸入至安装壳体内并与控制电路板上的微控制器连接。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述抽气泵外套设有减振橡胶套。

上述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述金属壳体外侧设置有显示屏，显示屏与微控制器连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置多种传感器检测采空区状态，针对各种气体的特性，分别采用电化学、红外和激光传感器以达到灵敏度高、稳定性好和寿命长的要求，多种传感器运算后的数据皆可为煤自燃预警提供重要的信息。

2、本实用新型通过设置气室将气体传感器模组与其他器件隔离开来，保证气体传感器模组探测区域的被测气体浓度，测量结果更加准确，同时避免在安装壳体与气室之间的空间安装的元器件受采空区气体影响，延长电路板及其它元器件的使用寿命。

3、本实用新型通过设置烧结滤片和隔水透气膜过滤抽入气室内的气体，防止采空区煤渣、粉尘和水汽等杂质进入气室，从而保证气体传感器模组检测的准确度。

4、本实用新型通过设置延长管以延长设置在安装壳体内的外界气压传感器的检测范围，使外界气压传感器安装灵活，将外界气压传感器设置在安装壳体内，以满足装置的防爆要求，使用更加安全可靠。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，通过设置多种传感器检测采空区状态，将气体检测与温度和压力检测隔离开来，保证气体传感器模组探测区域的被测气体浓度，测量结果更加准确，同时，针对各种气体的特性，分别采用电化学、红外和激光传感器以达到灵敏度高、稳定性好和寿命长的要求，多种传感器运算后的数据皆为煤自燃预警提供重要的信息。

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为本实用新型的电路原理框图。

图3为本实用新型显示屏的安装位置示意图。

附图标记说明:

1-金属壳体； 2-安装壳体； 3-气室；

4-抽气泵； 5-控制电路板； 6-温度传感器；

7-抽气管； 8-第一烧结滤片； 9-隔水透气膜；

10-进气管； 11-出气管； 12-第二烧结滤片；

13-外界气压传感器； 14-延长管； 15-第三烧结滤片；

16-气体探测电路板； 17-氢气传感器； 18-一氧化碳传感器；

19-甲烷气体传感器； 20-VCSEL激光器； 21-第一DFB激光器；

22-第二DFB激光器； 23-微控制器； 24-中心服务器；

25-无线通信模块； 26-通信天线； 27-减振橡胶套；

28-显示屏。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括金属壳体1、卡设在金属壳体1内的安装壳体2、设置在安装壳体2内的气室3、用于将金属壳体1外的气体抽取至气室3内的抽气泵4、设置在气室3内的气体传感器模组、以及设置在安装壳体2内的控制电路板5、外界气压监测组件和温度传感器6；

所述抽气泵4的进气端通过抽气管7与金属壳体1外部连通，抽气管7与外部连通的一端安装有第一烧结滤片8和隔水透气膜9，所述气室3的底部设置有进气管10，气室3的顶部设置有出气管11，抽气泵4的出气端与进气管10连接，出气管11远离气室3的一端与金属壳体1外部连通且安装有第二烧结滤片12；

所述外界气压监测组件包括设置在控制电路板5上的外界气压传感器13和连接在外界气压传感器13探测端的延长管14，延长管14远离外界气压传感器13的一端与金属壳体1外部连通且安装有第三烧结滤片15；

所述气体传感器模组设置在气体探测电路板16上，所述气体传感器模组包括氢气传感器17、一氧化碳传感器18、甲烷气体传感器19、以及用于检测氧气浓度的VCSEL激光器20、用于检测乙烯浓度的第一DFB激光器21和用于检测乙炔浓度的第二DFB激光器22。

本实施例中，所述进气管10和出气管11分设在气室3的两个对角上，使进入气室3的气体能够从气室3底部开始缓慢充盈气室3，最后从出气管11流出，保证气体传感器模组检测时气室3内被测气体的浓度，保证检测的准确性。

本实施例中，第一烧结滤片8、第二烧结滤片12和第三烧结滤片15均为不锈钢五层烧结滤片。

本实施例中，所述金属壳体1和气室3的材质均为304不锈钢，由于金属壳体1不便于打孔安装电路板等内部结构，因此设置安装壳体2，所述安装壳体2为塑料壳体，塑料壳体便于打孔安装固定电路板，此外塑料壳体还具有一部分的减振作用，减少金属壳体1的报废率，使金属壳体1可以重复使用，节约成本且使用效果较好。

本实施例中，氢气传感器17的型号为CLE-0613-400，该传感器量程为0ppm到1000ppm，检测分辨率为1％，其响应时间小于70秒，漂零小于0.1％，可满足监测要求；一氧化碳传感器18的型号为CLE-0052-400，该传感器量程为0ppm到500ppm，检测分辨率为0.01％，其响应时间小于30秒，漂零小于0.6％，可满足监测要求；甲烷气体传感器19选用型号为MIPEX-02IR气体传感器，该传感器包含具有优化光谱和信号处理算法的LED光学系统，专门设计的光电二极管，使用红外技术可检测100％vol的甲烷气体，最小分辨率在0.1％vol。

本实施例中，用于检测氧气浓度的VCSEL激光器20采用oclaro牌APC1101传感器，该产品具有稳定的单模输出，无跳模现象稳定的偏振度高可靠度，响应时间小于1秒，该产品符合RoHS标准；

用于检测乙烯浓度的第一DFB激光器21采用波长为1620nm的DFB蝶形激光器，用于检测乙炔浓度的第二DFB激光器22采用波长为1532nm的DFB蝶形激光器，该类型激光器内置制冷器，热敏电阻，监控光电二极管，激光器可在不同的环境温度下正常工作，输出的波长和光功率具有高度的稳定性；

所述外界气压传感器13选用MPXV7002DP微型压差传感器，该传感器的测量范围为-2kPa到2kPa其中测量误差为2％，压差传感器及时监测巷道内的气体压力变化状况，以判断井下风流状况。

需要说明的是，通过设置多种传感器检测采空区状态，针对各种气体的特性，分别采用电化学、红外和激光传感器以达到灵敏度高、稳定性好和寿命长的要求，多种传感器运算后的数据皆可为煤自燃预警提供重要的信息；

通过设置气室3将气体传感器模组与其他器件隔离开来，保证气体传感器模组探测区域的被测气体浓度，测量结果更加准确，同时避免在安装壳体2与气室3之间的空间安装的元器件受采空区气体影响，延长电路板及其它元器件的使用寿命；

通过设置烧结滤片和隔水透气膜9过滤抽入气室3内的气体，防止采空区煤渣、粉尘和水汽等杂质进入气室3，从而保证气体传感器模组检测的准确度；

通过设置延长管14以延长设置在安装壳体2内的外界气压传感器13的检测范围，使外界气压传感器13安装灵活，将外界气压传感器13设置在安装壳体2内，以满足装置的防爆要求，使用更加安全可靠。

本实施例中，所述VCSEL激光器20、第一DFB激光器21和第二DFB激光器22均靠近气室3底部布设。

需要说明的是，本实施例中，VCSEL激光器20、第一DFB激光器21和第二DFB激光器22发射的激光线互相平行，靠近气室3底部设置的目的在于能够及时检测气体成分含量，保证检测的准确性。

本实施例中，所述控制电路板5上集成有微控制器23和与微控制器23连接且用于与中心服务器24远程通信的无线通信模块25。

需要说明的是，通过设置无线通信模块25将采空区内实时监测的众多煤自燃指标性气体检测数据传输至中心服务器进行后续的数据处理，发现异常立即报警，从而及时有效的进行煤自燃预警。

本实施例中，所述气体传感器模组、温度传感器6和外界气压传感器13均与微控制器23连接，抽气泵4由微控制器23进行控制。

本实施例中，所述中心服务器24为计算机，所述无线通信模块25选用型号为M5311的NB-IoT物联网通信模块。

本实施例中，所述金属壳体1外侧设置有通信天线26，通信天线26与无线通信模块25连接。

本实施例中，所述温度传感器6为缆式线型感温传感器，所述缆式线型感温传感器的一端依次穿过金属壳体1和安装壳体2伸入至安装壳体2内并与控制电路板5上的微控制器23连接。

本实施例中，所述温度传感器6选用JTW-LD-WT302型缆式线型感温火灾探测器，测量温度的范围为-40℃到60℃，该缆式线型感温火灾探测器具有连续的灵敏度，并且感温电缆的灵敏度不受环境温度变化和使用长度的影响，不需要调整和补偿；感温电缆在安全温度范围内，报警后不损坏感温电缆，可以重复使用；缆式线型感温火灾探测器具有内屏蔽层，可应用于强电磁干扰场所；感温电缆高强度的挤压护套，具有很强的抗腐蚀性、耐磨特性；缆式线型感温火灾探测器适用性强，可在狭窄、危险、恶劣的环境下应用。

本实施例中，所述抽气泵4外套设有减振橡胶套27。

本实施例中，所述金属壳体1外侧设置有显示屏28，显示屏28与微控制器23连接。

本实施例中，所述金属壳体1内部的电路板由电池供电，金属壳体1上还设置有用于向显示屏28供电的太阳能板，显示屏28为LCD显示屏，LCD显示屏可显示各个传感器的检测数据，方便矿工及时了解该片区的矿井气候条件。当矿工看向本装置时，头灯照射到太阳能板上，太阳能板发生光电效应产生电动势作为LCD显示屏的开关，使显示屏工作。

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)

1.一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：包括金属壳体(1)、卡设在金属壳体(1)内的安装壳体(2)、设置在安装壳体(2)内的气室(3)、用于将金属壳体(1)外的气体抽取至气室(3)内的抽气泵(4)、设置在气室(3)内的气体传感器模组、以及设置在安装壳体(2)内的控制电路板(5)、外界气压监测组件和温度传感器(6)；

所述抽气泵(4)的进气端通过抽气管(7)与金属壳体(1)外部连通，抽气管(7)与外部连通的一端安装有第一烧结滤片(8)和隔水透气膜(9)，所述气室(3)的底部设置有进气管(10)，气室(3)的顶部设置有出气管(11)，抽气泵(4)的出气端与进气管(10)连接，出气管(11)远离气室(3)的一端与金属壳体(1)外部连通且安装有第二烧结滤片(12)；

所述外界气压监测组件包括设置在控制电路板(5)上的外界气压传感器(13)和连接在外界气压传感器(13)探测端的延长管(14)，延长管(14)远离外界气压传感器(13)的一端与金属壳体(1)外部连通且安装有第三烧结滤片(15)；

所述气体传感器模组设置在气体探测电路板(16)上，所述气体传感器模组包括氢气传感器(17)、一氧化碳传感器(18)、甲烷气体传感器(19)、以及用于检测氧气浓度的VCSEL激光器(20)、用于检测乙烯浓度的第一DFB激光器(21)和用于检测乙炔浓度的第二DFB激光器(22)。

2.根据权利要求1所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述VCSEL激光器(20)、第一DFB激光器(21)和第二DFB激光器(22)均靠近气室(3)底部布设。

3.根据权利要求1所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述控制电路板(5)上集成有微控制器(23)和与微控制器(23)连接且用于与中心服务器(24)远程通信的无线通信模块(25)。

4.根据权利要求3所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述金属壳体(1)外侧设置有通信天线(26)，通信天线(26)与无线通信模块(25)连接。

5.根据权利要求3所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述温度传感器(6)为缆式线型感温传感器，所述缆式线型感温传感器的一端依次穿过金属壳体(1)和安装壳体(2)伸入至安装壳体(2)内并与控制电路板(5)上的微控制器(23)连接。

6.根据权利要求1所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述抽气泵(4)外套设有减振橡胶套(27)。

7.根据权利要求3所述的一种采空区煤自燃监测装置，其特征在于：所述金属壳体(1)外侧设置有显示屏(28)，显示屏(28)与微控制器(23)连接。

Images